7-模拟信号的数字传输.ppt

第 7 章 模拟信号的数字传输 抽样定理 脉冲振幅调制 模拟信号的量化 脉冲编码调制 差分脉冲编码调制 增量调制 DPCM中的量化噪声 时分复用和多路数字电话系统 抽样定理 理想低通信号的抽样定理 抽样信号的频谱 抽样信号的恢复 理想带通信号的抽样 抽样定理 分类： 根据信号分为：低通抽样定理和带通抽样定理； 根据抽样脉冲序列分：均匀抽样定理和非均匀抽样 根据抽样的脉冲波形：理想抽样和实际抽样。 理想低通信号的抽样定理 定理：频带限制在(0，fh)的时间连续信号m(t)，如果以T1／2 fh秒的间隔对它进行等间隔抽样，则m(t)将被所得到的抽样值完全确定。 意义：若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身,可以只传输按抽样定理得到的抽样值。因此，抽样定理为模拟信号的数字传输奠定了理论基础。 理想低通信号的抽样定理 理想低通信号的抽样定理 理想低通信号的抽样定理——重建 理想带通信号的抽样定理 结论 当fH=nB时，最低抽样率fs=2B 当fH=nB+kB，0k1时，最低无失真抽样频率为 可用的抽样频率限制在： 当模拟信号m(t)为窄带信号，即fHB时，最小抽样频率fs=2B 结论 对于一个携带信息的基带信号，可以视为随机基带信号。若该随机基带信号是广义平稳的随机过程。则可以证明： 一个广义平稳的随机信号，当其功率谱密度函数限于 以内，若以不大于1/2fH秒的间隔对随机信号进行均匀抽样，则可得一随机样值序列 如果让该随机样值序列通过一截止频率为fH的低通滤波器，那么其输出信号与原来的广义平稳随机信号的均方差在统计平均意义下为零 脉冲调制原理 脉冲调制的概念：脉冲调制是采用时间上离散的脉冲串作为载波，用基带信号去改变脉冲参数（幅度、宽度、时间位置）。脉冲调制传送的是基带信号的一系列抽样值。由于脉冲序列的参数随模拟基带信号的抽样值连续地变化，所以，脉冲调制仍属于模拟调制。 脉冲调制的分类：按基带信号改变脉冲参数的不同，把脉冲调制又分为脉幅调制（PAM）、脉宽调制（PDM）和脉位调制（PPM）等，其调制波形如下页图所示 脉冲振幅调制原理 脉冲振幅调制是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。若脉冲载波是冲激脉冲序列，则抽样定理就是脉冲振幅调制的原理。而实际上，由于真正的冲激脉冲串不能实现，通常只能采用窄脉冲串来实现。 设脉冲载波是周期为 、幅度为A、宽度为?的矩形脉冲序列。实际上，脉冲幅度调制的过程就是用脉冲序列对基带信号 进行抽样的过程，抽样间隔就是 ，所得的已抽样信号就是PAM信号。 实际抽样有自然抽样和平顶抽样（或称瞬时抽样）两种方式，故相应地有曲顶PAM和平顶PAM之分。 曲顶PAM（自然抽样） 用脉冲序列s(t)控制抽样门对基带信号m(t)进行抽样，所得的已抽样信号就是曲顶PAM信号。曲顶PAM信号ms(t)的脉冲“顶部”是随基带信号m(t)变化的 曲顶PAM（自然抽样） 平顶PAM 模拟信号量化 量化的概念 量化就是将抽样样值幅度连续的模拟信号变成样值幅度取值离散的数字信号（即利用有限个电平数M来表示模拟抽样值） 抽样是把一个时间连续信号变换成时间离散的信号，而量化则是将取值连续的抽样变成取值离散的抽样值序列 量化会产生量化误差，或称量化噪声 均匀量化 均匀量化，就是将模拟信号m(t)的取值范围等间隔分层，使相邻量化电平的间隔即量阶 在整个信号变化范围内固定不变，均匀量化亦称线性量化 均匀量化 均匀量化 均匀量化 均匀量化在大信号时的相对量化误差小，而在小信号时的相对量化误差很大。 小信号出现的概率较大，因此均匀量化的信噪比低 如何改善均匀量化的信噪比，可采用两种方法 增加量化电平级数（即增加编码位数），这种方法不经济。因为增加编码位数可以提高量化信噪比，但传输带宽也增加了 采用非均匀量化 非均匀量化 非均匀量化原理 概念：量化间隔是不相等的，根据信号的不同区间来确定量化间隔。即大信号区的量化间隔大，小信号区的量化间隔小 特点：提高了小信号的信噪比(小信号，△小，信噪比提高) ，降低了大信号的信噪比(大信号，△大,信噪比减小 )，使总的信噪比提高。同时减少了量化级数 非均匀量化 非均匀量化实现 把输入量化器的信号x先进行压缩处理 把压缩的信号y进行均匀量化 接收端采用一个与压缩特性相反的扩张器来恢复x μ律压扩特性 A律压扩特性 压缩特性的近似实现 模拟电路 数字电路 13折线近似A律压缩特性 13折线近似A律压缩特性 脉冲编码调制 脉冲编码调制 编码码型 二进码：由n位自然二进码组成的码字an-1，an-2，…，a0，所对应的电平值为：V= an-12n-1+ an-22n-2+?+ a