一、语音信号特性与频带限制
人类语音的有效频率范围通常为300Hz-3400Hz,经滤波器处理后形成标准4kHz带宽的模拟信号。根据奈奎斯特定理,8kHz采样率即可完整还原该频段信号,这为数字化处理奠定了基础。
二、PCM编码的数学原理
脉冲编码调制(PCM)技术通过三个核心步骤实现语音数字化:
- 采样:以8000次/秒的频率采集模拟信号
- 量化:每个样本用8位二进制编码
- 复用:将32个信道组合为2Mbps基群
单信道计算式为:8bit × 8000Hz = 64kbps。这种设计精确匹配人类语音需求,避免了带宽浪费。
三、传输效率与设备兼容性
传统电话网采用时分复用技术实现信道共享:
- 每帧包含32个时隙(TS0-TS31)
- 每个时隙承载64kbps数字流
- 通过PDH/SDH体系实现多级复用
这种架构既保证语音质量,又可兼容ISDN等扩展业务,同时充分利用现有铜缆基础设施。
64kbps带宽标准是语音信号特征、采样定理和设备演进共同作用的结果。该数值既满足语音还原需求,又适应电信网络的分层复用体系,成为全球固网通信的基准参数。
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