1.1 電話交換簡(jiǎn)介

電話交換的過程中要經(jīng)過電話機(jī)、交換機(jī)以及電話交換網(wǎng)。電話交換技術(shù)的發(fā)展也是經(jīng)歷了這樣的過程。一百多年來(lái)，這一技術(shù)得到了巨大的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，無(wú)論是在結(jié)構(gòu)方面，還是在功能方面，都已日趨成熟。

1.1.1 交換技術(shù)的發(fā)展

1875年，美國(guó)人貝爾發(fā)明了電話。最初的電話通信只能在固定的兩部電話機(jī)之間進(jìn)行，如圖1-1a所示。這種固定的兩部電話機(jī)之間的通話顯然不能滿足人們對(duì)社會(huì)交往的需要，人們希望有選擇地與對(duì)方通話，例如張三希望有選擇地與李四或王五通話。為了滿足張三的要求，就需要為他安裝兩部電話機(jī)，一部與李四相連，另一部與王五相連。同時(shí)，要分別架設(shè)從張三到李四和王五的電話線，如圖1-1b所示。可以想象，按照這種方法，隨著通話方數(shù)量的增加，要安裝的電話機(jī)和要架設(shè)的電話線的數(shù)量將會(huì)迅速增加，顯然是不可取的。因此，要想辦法解決這個(gè)問題，也就是既要實(shí)現(xiàn)一方有選擇地與其他各方通話，又要使配置的設(shè)備最經(jīng)濟(jì)合算、利用率高。

圖1-1 電話機(jī)間的固定連接

a)兩個(gè)用戶時(shí)的連接情況 b)3個(gè)用戶時(shí)的連接情況

為了解決上面提到的問題，人們想到建立一個(gè)電話交換站，所有電話機(jī)都與這個(gè)交換站相連，如圖1-2所示。站里有一個(gè)人工轉(zhuǎn)接臺(tái)，轉(zhuǎn)接臺(tái)的作用是把任意兩部電話機(jī)接通。當(dāng)某一方需要呼叫另一方時(shí)，他先通知轉(zhuǎn)接臺(tái)的話務(wù)員，告訴話務(wù)員要與誰(shuí)通話，話務(wù)員根據(jù)他的請(qǐng)求把他與對(duì)方的電話線接通。這就解決了一方有選擇地與其他各方通話的問題，而且連線也少。

圖1-2 電話機(jī)與電話交換站的連接

這種電話交換站的功能就是早期的電話交換，屬于人工交換。人工交換依靠的是話務(wù)員的大腦和手。1878年，美國(guó)人設(shè)計(jì)并制造了第一臺(tái)磁石人工電話交換機(jī)。用戶打電話時(shí)，需搖動(dòng)磁石電話機(jī)上的發(fā)電機(jī)，發(fā)送一個(gè)信號(hào)給交換機(jī)，話務(wù)員提起手柄，詢問用戶要和誰(shuí)通話，然后按用戶要求將接線塞子插入被叫用戶插孔，并搖動(dòng)發(fā)電機(jī)，使被叫電話機(jī)鈴響，被叫用戶拿起話機(jī)手柄即可進(jìn)行通話。通話完畢，雙方掛機(jī)，相應(yīng)指示燈滅，這時(shí)話務(wù)員將連接雙方的接線塞子拔下，整個(gè)通話過程結(jié)束。

磁石人工交換機(jī)自身需要安裝干電池來(lái)為碳粒送話器供電，加上手搖發(fā)電振鈴的方法極不方便，為了解決這些問題，1882年，出現(xiàn)了共電人工交換機(jī)和與之配套的共電電話機(jī)。與磁石電話機(jī)相比，共電電話機(jī)去掉了手搖發(fā)電機(jī)，也不用安裝干電池，用戶電話機(jī)的通話電源和振鈴信號(hào)都由交換機(jī)集中供給，用戶發(fā)呼叫和話終信號(hào)通過叉簧的接通與斷開來(lái)自動(dòng)控制。

人工交換的缺點(diǎn)是顯而易見的，速度慢、容易發(fā)生差錯(cuò)和難以做到大容量。如果能用機(jī)器來(lái)代替話務(wù)員的工作，那就能大大提高電話交換的工作效率，并且能大大增加交換機(jī)的容量，適應(yīng)人們對(duì)電話普及的要求，這就引出了自動(dòng)電話交換機(jī)的產(chǎn)生。

1892年，美國(guó)人史端喬發(fā)明了第一臺(tái)自動(dòng)電話交換機(jī)，起名史端喬交換機(jī)，也叫步進(jìn)制交換機(jī)，采用步進(jìn)制接線器完成交換過程。步進(jìn)制交換機(jī)是第一代自動(dòng)交換機(jī)，以后步進(jìn)制交換機(jī)又經(jīng)過不斷改進(jìn)，成為20世紀(jì)上半葉自動(dòng)交換機(jī)的主要機(jī)種，曾為電話通信立下汗馬功勞。后來(lái)瑞典人發(fā)明了一種交換機(jī)，稱為縱橫制交換機(jī)，采用縱橫制接線器。與步進(jìn)制交換機(jī)相比有以下改進(jìn)：入線數(shù)量和出線數(shù)量可以更多，級(jí)與級(jí)之間的組合更加靈活；其次，機(jī)械磨損更小，維護(hù)量相對(duì)更小；另外，它的接續(xù)過程不是由撥號(hào)脈沖直接控制的，而是由稱為“記發(fā)器”的公共部件接收撥號(hào)脈沖，由稱為“標(biāo)志器”的公共部件控制接續(xù)。簡(jiǎn)單來(lái)講，縱橫制交換機(jī)的接續(xù)過程是這樣的，用戶的撥號(hào)脈沖由記發(fā)器接收，記發(fā)器通知標(biāo)志器建立接續(xù)。

步進(jìn)制交換機(jī)和縱橫制交換機(jī)都屬于機(jī)械式的，入線和出線的連接都是通過機(jī)械觸點(diǎn)，觸點(diǎn)的磨損是不可避免的，時(shí)間一長(zhǎng)難免接觸不良，這是機(jī)械式交換機(jī)固有的缺點(diǎn)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，人們開始考慮改進(jìn)交換機(jī)。從硬件結(jié)構(gòu)上來(lái)說，交換機(jī)可分成話音通路和接續(xù)控制兩大部分，對(duì)交換機(jī)的改造也要從這兩部分入手。

計(jì)算機(jī)技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展為人類技術(shù)進(jìn)步、征服自然創(chuàng)造了有力的武器。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們逐步建立了“存儲(chǔ)程序控制”的概念。交換機(jī)中接續(xù)控制部分的工作由計(jì)算機(jī)來(lái)完成，這樣的交換機(jī)就稱為“程控交換機(jī)”。1965年，世界上第一臺(tái)程控交換機(jī)開通運(yùn)行，它是美國(guó)貝爾公司生產(chǎn)的ESS No.1程控交換機(jī)。這種程控交換機(jī)的話路部分還是機(jī)械觸點(diǎn)式的，傳輸?shù)倪€是模擬信號(hào)，固有缺點(diǎn)仍沒有克服，它實(shí)際上是“模擬程控交換機(jī)”。后來(lái)出現(xiàn)了一種新的技術(shù)，使話路部分的改造出現(xiàn)了曙光，這就是脈沖編碼調(diào)制（Pulse Code Modulation，PCM）技術(shù)。1970年，世界上開通了第一臺(tái)“數(shù)字程控交換機(jī)”，它就是在程控交換機(jī)中引入PCM技術(shù)的產(chǎn)物，由法國(guó)制造。數(shù)字程控交換機(jī)的話路部分完全由電子元器件構(gòu)成，克服了機(jī)械式觸點(diǎn)的缺點(diǎn)。從此以后，數(shù)字程控交換機(jī)得到了迅猛的發(fā)展。目前世界上公用電話網(wǎng)幾乎全部是數(shù)字程控交換機(jī)。數(shù)字程控交換機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)，它可以為用戶提供一些新型業(yè)務(wù)，如縮位撥號(hào)、三方通話和呼叫轉(zhuǎn)移等。本章提到的程控交換機(jī)實(shí)際均是指數(shù)字程控交換機(jī)。

1.1.2 電話交換網(wǎng)的組成

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們不僅要進(jìn)行本地電話交換，而且需要跟全國(guó)各地，甚至世界各地進(jìn)行通話聯(lián)系，這樣就要考慮如何把各地的電話連接起來(lái)，也就是如何組建電話網(wǎng)。

如果現(xiàn)在想打一個(gè)國(guó)際長(zhǎng)途電話，那么只要按照被叫號(hào)碼撥足夠的位數(shù)，就能與國(guó)外的某個(gè)用戶通話。這樣的通話由于距離很遠(yuǎn)，只經(jīng)過一個(gè)交換機(jī)是不可能接通的，一定要經(jīng)過多個(gè)交換機(jī)才能完成。圖1-3是一次國(guó)際通話的連接示意圖，廣州用戶連接在本地的某一臺(tái)交換機(jī)上，這個(gè)交換機(jī)稱為“端局”。端局將用戶的國(guó)際呼叫連接到“匯接局”，匯接局的作用是將不同端局來(lái)的呼叫集中后送到“長(zhǎng)途局”。長(zhǎng)途局與長(zhǎng)途傳輸線路相連，它的任務(wù)是將呼叫送到長(zhǎng)途傳輸線上。經(jīng)過幾個(gè)長(zhǎng)途局中轉(zhuǎn)后，這個(gè)呼叫就被送到北京的“國(guó)際局”，國(guó)際局是對(duì)外的出入口，國(guó)際局通過國(guó)際長(zhǎng)途線路與日本東京的國(guó)際局連通，呼叫被接到東京的國(guó)際局以后，再經(jīng)過東京的長(zhǎng)途局轉(zhuǎn)接到大阪的長(zhǎng)途局，接下來(lái)到大阪的匯接局和端局，最后到達(dá)被叫用戶。

圖1-3 一次國(guó)際通話的連接示意圖

交換局和交換局之間的連接電路稱為“中繼線”。由各類交換局和中繼線就構(gòu)成了電話交換網(wǎng)。最大的交換網(wǎng)是公用電話交換網(wǎng)（PSTN），它是由電信運(yùn)營(yíng)商經(jīng)營(yíng)、向全社會(huì)開放的通信網(wǎng)。此外，還有一些專用電話交換網(wǎng)，這些電話網(wǎng)是由一些特殊部門管理的（如公安、鐵路、電力等部門），只為本部門服務(wù)，不對(duì)外經(jīng)營(yíng)。由于公用電話交換網(wǎng)很大，網(wǎng)絡(luò)組成比較復(fù)雜，所以人們又把這個(gè)網(wǎng)劃分為3部分：本地電話網(wǎng)（或稱為市話網(wǎng)）、國(guó)內(nèi)長(zhǎng)途電話網(wǎng)、國(guó)際長(zhǎng)途電話網(wǎng)。

圖1-4是本地電話網(wǎng)組成的示意圖。本地網(wǎng)是指覆蓋一個(gè)城市或一個(gè)地區(qū)的電話網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)各用戶之間的通話不必經(jīng)過長(zhǎng)途局。本地網(wǎng)內(nèi)僅有端局和匯接局，端局是直接連接用戶的交換局，匯接局不直接連接用戶，它只連接交換局（如端局、長(zhǎng)途局）。在本地網(wǎng)中，由于端局?jǐn)?shù)量比較多，如果在每一個(gè)端局與其他端局之間都建立直達(dá)中繼線，也稱為“直達(dá)路由”，那么中繼線的數(shù)量就會(huì)很多，敷設(shè)中繼線的投資就會(huì)很大。另外，如果某兩個(gè)端局之間用戶通話的次數(shù)不多，這兩個(gè)端局間中繼線的利用率就不高。因此，在本地網(wǎng)中各端局之間不一定都有直達(dá)中繼線，在下面兩種情況時(shí)可能會(huì)有，即兩個(gè)端局之間的通話量比較大或兩個(gè)端局之間的距離比較近時(shí)。當(dāng)端局之間沒有直達(dá)中繼線時(shí)，端局和端局之間的連接就要靠匯接局來(lái)建立，這稱為“迂回路由”。如圖1-4所示，兩個(gè)端局之間可能直接連接，也可能通過一個(gè)匯接局或多個(gè)匯接局建立連接，每個(gè)匯接局之間都有直達(dá)中繼線。

圖1-4 本地電話網(wǎng)組成的示意圖

1.1.3 程控交換機(jī)的基本組成

程控交換機(jī)是指用計(jì)算機(jī)來(lái)控制的交換系統(tǒng)，它由硬件和軟件兩大部分組成，這里所說的基本組成只是它的硬件結(jié)構(gòu)。圖1-5是程控交換系統(tǒng)的基本組成框圖，它的硬件部分可以分為話路子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)的控制軟件都存放在控制系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中。

程控交換機(jī)模塊化結(jié)構(gòu)

1.話路子系統(tǒng)

話路子系統(tǒng)由交換網(wǎng)絡(luò)、用戶電路、中繼電路和信號(hào)終端等幾部分組成。交換網(wǎng)絡(luò)的作用是為話音信號(hào)提供接續(xù)通路并完成交換過程；用戶電路是交換機(jī)與用戶線之間的接口電路，它的作用有兩個(gè)，一是把模擬話音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)傳送給交換網(wǎng)絡(luò)，二是把用戶線上的其他大電流或高電壓信號(hào)（如鈴流等）和交換網(wǎng)絡(luò)隔離開來(lái)，以免損壞交換網(wǎng)絡(luò)；中繼電路是交換網(wǎng)絡(luò)和中繼線之間的接口，中繼電路除具有與用戶電路類似的功能外，還具有碼型變換、時(shí)鐘提取和同步設(shè)置等功能。信號(hào)終端負(fù)責(zé)發(fā)送和接收各種信號(hào)，如向用戶發(fā)送撥號(hào)音、接收被叫號(hào)碼等。

圖1-5 程控交換機(jī)的基本組成框圖

程控交換機(jī)實(shí)物圖

2.控制子系統(tǒng)

控制子系統(tǒng)的功能包括兩個(gè)方面：一方面是對(duì)呼叫進(jìn)行處理；另一方面對(duì)整個(gè)交換機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行管理、監(jiān)測(cè)和維護(hù)。

控制子系統(tǒng)的硬件是由掃描器、驅(qū)動(dòng)器、中央處理器、存儲(chǔ)器和輸入/輸出設(shè)備等幾部分構(gòu)成。掃描器是用來(lái)收集用戶線和中繼線信息（如忙閑狀態(tài)），用戶電路與中繼電路狀態(tài)的變化通過掃描器可送到中央處理器中；驅(qū)動(dòng)器是在中央處理器的控制下，使交換網(wǎng)絡(luò)中的通路建立或釋放；中央處理器也稱為CPU，它可以是普通計(jì)算機(jī)中使用的CPU芯片，也可以是交換機(jī)專用的CPU芯片；存儲(chǔ)器負(fù)責(zé)存儲(chǔ)交換機(jī)的工作程序和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；輸入/輸出設(shè)備包括鍵盤、打印機(jī)和顯示器等，從鍵盤可以輸入各種指令，進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)和管理等，打印機(jī)可根據(jù)指令定時(shí)打印出系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

控制子系統(tǒng)是整個(gè)交換機(jī)的核心，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)各種控制程序，發(fā)布各種控制命令，指揮呼叫處理的全部過程，同時(shí)完成各種管理功能。由于控制系統(tǒng)擔(dān)負(fù)如此重要的任務(wù)，為保證其安全可靠地工作，提出了集中控制和分散控制兩種工作方式。

所謂集中控制是指整個(gè)交換機(jī)的所有控制功能，包括呼叫處理、障礙處理、自動(dòng)診斷和維護(hù)管理等各種功能，都集中由一部處理器來(lái)完成，這樣的處理器稱為中央處理器（即CPU）。基于安全可靠起見，一般需要兩片以上CPU共同工作，采取主備用方式；分散控制是指多臺(tái)處理器按照一定的分工，相互協(xié)同工作，來(lái)完成全部交換的控制功能，如有的處理器負(fù)責(zé)掃描，有的負(fù)責(zé)話路接續(xù)。多臺(tái)處理器之間的分工方式有以下幾種：功能分擔(dān)方式、負(fù)荷分擔(dān)方式和容量分擔(dān)方式。

3.用戶交換機(jī)

交換機(jī)按用途可分為局用交換機(jī)和用戶交換機(jī)兩類。局用交換機(jī)用于電話局所轄區(qū)域內(nèi)用戶電話的交換與局間電話的交換，一般端局和匯接局內(nèi)采用的都是局用交換機(jī)。用戶交換機(jī)也稱為小交換機(jī)（PBX），用于單位內(nèi)的電話交換以及內(nèi)部電話與公共電話網(wǎng)的連接，它實(shí)際上是公共電話網(wǎng)的一種終端，可以將用戶線與局用交換機(jī)連接，也可以將中繼線與局用交換機(jī)連接。用戶交換機(jī)與局用交換機(jī)之間的連接方式有多種，最常見的是半自動(dòng)中繼方式和全自動(dòng)中繼方式。

如何確定用戶交換機(jī)和公用網(wǎng)之間的中繼電路數(shù)量呢？首先要承認(rèn)這樣一個(gè)事實(shí)，就是所有分機(jī)用戶不可能在同一個(gè)時(shí)間內(nèi)都與公用網(wǎng)上的用戶通話，同一時(shí)間內(nèi)只能保證部分分機(jī)用戶與公用網(wǎng)用戶通話。基于這個(gè)事實(shí)，兩局之間的中繼電路數(shù)量必然要小于分機(jī)用戶的數(shù)量。在這個(gè)前提下，中繼電路數(shù)量配置太多，將會(huì)造成不必要的浪費(fèi)；中繼電路數(shù)量太少，有可能造成分機(jī)用戶經(jīng)常打不出去或外部用戶打不進(jìn)來(lái)，這稱為“呼損”，也就是呼叫失敗。工程設(shè)計(jì)中常用“呼損率”來(lái)衡量呼損情況，它是一個(gè)百分比，是呼叫失敗次數(shù)與總呼叫次數(shù)之比。在確定用戶交換機(jī)和公用網(wǎng)之間的中繼電路數(shù)量時(shí)，既要考慮減少呼損率，又要考慮提高電路利用率。一般分機(jī)用戶呼出的呼損率不應(yīng)大于1%，公用網(wǎng)呼入的呼損率不應(yīng)大于0.5%。

拓展資源程控交換機(jī)數(shù)據(jù)的加載

1.1.4 PCM調(diào)制

話音信號(hào)是模擬信號(hào)，送到數(shù)字程控交換機(jī)后，必須轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，即完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)有很多種，最常用的是PCM，即脈沖編碼調(diào)制，簡(jiǎn)稱為PCM調(diào)制。它的任務(wù)就是把時(shí)間連續(xù)、幅值連續(xù)的模擬信號(hào)變換為時(shí)間離散、取值離散的數(shù)字信號(hào)，并按一定規(guī)律組合編碼，形成數(shù)字信號(hào)。該過程由抽樣、量化和編碼3個(gè)步驟組成。

1.抽樣

抽樣又稱為取樣，是指每隔一定的時(shí)間間隔抽取模擬信號(hào)的一個(gè)瞬時(shí)幅度值（稱為抽樣值或樣值）。由此得出的一串在時(shí)間上離散的抽樣值稱為樣值信號(hào)。抽樣的實(shí)現(xiàn)是在信號(hào)的通路上加一個(gè)電子開關(guān)，按一定的速率進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，信號(hào)通過；當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，信號(hào)被阻斷。這樣，通過開關(guān)后的信號(hào)就變成了時(shí)間上離散的脈沖信號(hào)，如圖1-6所示。

圖1-6 抽樣的示意圖

可能有人會(huì)問：采用這種方式，通話豈不會(huì)斷斷續(xù)續(xù)？其實(shí)這正是數(shù)字通信的特點(diǎn)。當(dāng)我們通過抽樣把話音這樣連續(xù)的模擬信號(hào)變成斷續(xù)的脈沖信號(hào)時(shí)，只要斷續(xù)的速度足夠快，用戶聽起來(lái)就不會(huì)有斷續(xù)的感覺。這如同我們看電影一樣，當(dāng)膠片旋轉(zhuǎn)的足夠快，能夠達(dá)到1s轉(zhuǎn)過24張膠片時(shí)，人眼是感覺不到膠片有斷續(xù)的。那么，1s應(yīng)該傳送多少個(gè)脈沖才能讓我們的耳朵感覺不到斷續(xù)呢？下面的抽樣定理告訴了結(jié)論。

抽樣定理：一個(gè)模擬信號(hào)f(t)，它所包含的最高頻率為f_H，對(duì)它進(jìn)行抽樣時(shí)，如果抽樣頻率f_S≥2f_H，則從抽樣后得到的樣值信號(hào)f_T(t)可以無(wú)失真地恢復(fù)原模擬信號(hào)f(t)。例如，一路電話信號(hào)的頻帶為300～3400Hz，則抽樣頻率f_S≥2×3400Hz=6800Hz。一般經(jīng)常選定f_S=2f_H=8000Hz，T_S=1/f_S=125μs。

2.量化

模擬信號(hào)經(jīng)過抽樣以后，在時(shí)間上離散化了，但幅值（即抽樣值）仍然可能出現(xiàn)無(wú)窮多種。如果要想用二進(jìn)制數(shù)字完全無(wú)誤差地表示這些幅值，就需用無(wú)窮多位二進(jìn)制數(shù)字編碼才能做到，這顯然是不可能的。實(shí)際上，只能用有限位數(shù)的二進(jìn)制數(shù)字來(lái)表示抽樣值。這種用有限個(gè)數(shù)值近似的表示某一連續(xù)信號(hào)的過程稱為“量化”，也就是分級(jí)取整。例如，我們將-4V到+4V的抽樣值分為8級(jí)，每級(jí)1V，即-4～-3V都取為-3.5V，稱為第0級(jí)，-3～-2V都取為-2.5V，稱為第1級(jí)，…，3～4V都取為3.5V，稱為第7級(jí)。這樣就把零散的抽樣值整理為8個(gè)量化值（-3.5V，-2.5V，…，3.5V），對(duì)應(yīng)為8個(gè)量化級(jí)（0，1，2，…，7）。圖1-7所示的是采用取中間值法對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣、量化和編碼時(shí)的結(jié)果。

圖1-7 PCM抽樣、量化和編碼的波形圖

在以上介紹的量化方法中，量化前的信號(hào)幅度與量化后信號(hào)的幅度出現(xiàn)了不同。這一差值稱為量化誤差。量化誤差在重現(xiàn)信號(hào)時(shí)將會(huì)以噪聲的形式表現(xiàn)出來(lái)，稱為“量化噪聲”。對(duì)于均勻分級(jí)的量化，其量化噪聲也是均勻的，這樣對(duì)于小信號(hào)的影響就會(huì)比較大，故要求減少小信號(hào)時(shí)的量化噪聲，或者說要求減少小信號(hào)時(shí)的量化誤差。一般來(lái)說可以有兩種解決辦法：一種是將量化級(jí)差分得細(xì)一些，這樣可以減少量化誤差，從而減少量化噪聲，但是這樣一來(lái)，量化級(jí)數(shù)多了，就要求有更多位編碼及更高的碼速，也就是要求更高的編碼器，這樣做不太合算；另一種辦法是采用非均勻量化分級(jí)，就是說將小信號(hào)的量化級(jí)差分得細(xì)一些，將大信號(hào)的量化級(jí)差分得粗一些，這樣可以使得在保持原來(lái)量化級(jí)數(shù)的條件下，將小信號(hào)時(shí)的信噪比予以提高，從而減少對(duì)小信號(hào)的影響，這種方法稱為“壓縮擴(kuò)張法”。

3.編碼

編碼就是給每個(gè)已量化的電平賦予一個(gè)特定的二進(jìn)制代碼，如量化級(jí)4可用二進(jìn)制碼元“100”表示，量化級(jí)6可用二進(jìn)制碼元“110”表示。最常用的編碼規(guī)則是自然碼。表1-1給出了自然碼的編碼規(guī)則（以3位二進(jìn)制數(shù)碼為例）。

表1-1 自然碼的編碼規(guī)則

每一個(gè)量化級(jí)對(duì)應(yīng)一個(gè)代碼，量化級(jí)數(shù)M與代碼位數(shù)N的關(guān)系是固定的，即M=2^N。在數(shù)字電話通信中，標(biāo)準(zhǔn)編碼位數(shù)N=8，故量化級(jí)數(shù)應(yīng)為M=2⁸=256。從前面已經(jīng)知道，對(duì)話音信號(hào)進(jìn)行抽樣時(shí)的抽樣周期為T_S=125μs，這就意味著在這個(gè)周期里要傳送8個(gè)二進(jìn)制代碼，這樣每個(gè)代碼所占用的時(shí)長(zhǎng)為T_B=125μs/8=15.625μs。

經(jīng)過編碼后就可以得到圖1-7最下面所示的數(shù)字信號(hào)。由上可知，在數(shù)字通信傳輸中，信息可以用二進(jìn)制代碼來(lái)表示的。而二進(jìn)制代碼是用1和0這兩種符號(hào)來(lái)代表的。這種在通信中傳送的數(shù)字信號(hào)的一個(gè)波形符號(hào)被稱為“碼元”，它所包含的信息量稱為比特（bit）。

在通信進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代后，不論信息是什么形式，是文字、數(shù)據(jù)、話音或是圖像，其信息量都可以用比特為單位來(lái)表示。因此，比特已成為現(xiàn)代信息技術(shù)領(lǐng)域里應(yīng)用最廣的單位，甚至有人把今天的世界稱為“比特世界”。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，通常是用單位時(shí)間里傳送信息量的多少來(lái)衡量系統(tǒng)的有效性，它反映了這個(gè)系統(tǒng)傳送信息的能力，簡(jiǎn)稱為傳輸速率或碼速。所用的單位就是bit/s（比特/秒）。它是數(shù)字傳輸?shù)亩攘繂挝唬Ｓ玫膯挝贿€有：kbit/s和Mbit/s。