模拟数字信号的传输.docx

模拟数字信号的传输　学习目标：?1、掌握低通信号和带通信号抽样定理；???? 2、掌握PAM原理，自然抽样原理，半顶抽样原理及其脉冲振幅调判?3、掌握模拟信号的量化原理，均匀量化，量化噪声，最化信噪比；非均匀量化，?4、掌握PCM 原理及十三折线非均匀量化编码和PCM的抗噪声性能：。?5、了解△M，PPCM,及ADPCM原理?6、理解PCM 与△M的系统的比较 ??? 导言： ??? 通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统两类，本章在介绍抽样定理和脉冲振幅调制的基础上，将着重讨论用来传输模拟语音信号常用的脉冲编码调制(PCM)和增量调制(ΔM)原理及性能，并简要介绍时分复用与多路数字电话系统原理的基本概念。??? 采用脉码调制的模拟信号数字传输系统如图1所示。??? ?????????????????????????????????? 图1??模拟信号的数字传输　????在发送端把模拟信号转换为数字信号的过程简称为模数转换，通常用符号A/D表示。简单地说，模数转换要经过抽样、量化和编码三个步骤。其中抽样是把时间上连续的信号变成时间上离散的信号；量化是把抽样值在幅度进行离散化处理，使得量化后只有预定的Q个有限的值；编码是用一个M进制的代码表示量化后的抽样值，通常采用M＝2的二进制代码来表示。　　反过来在接收端把接收到的代码(数字信号)还原为模拟信号，这个过程简称为数模转换，通常用符号D/A表示。数模转换是通过译码和低通滤波器完成的。其中，译码是把代码变换为相应的量化值。??? 一、抽样定理??? 抽样定理告诉我们：如果对某一带宽有限的时间连续信号(模拟信号)进行抽样，且抽速率达到一定数值时，那么根据这些抽样值就能准确地确定原信号。也就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，只需传输 满足抽样定理要求的抽样值即可。因此，该定理就为模拟信号的数字传输奠定了理论基础。??? 抽样定理的具体内容如下：一个频带限制在(0，)内的时间连续信号，如果以不大于1/(2)秒的间隔对它进行等间隔抽样，则将被所得到的抽样值完全确定。也可以这么说：如果以的抽样速率进行均匀抽样上述信号，可以被所得到的抽样值完全确定。而最小抽样速率被称奈奎斯特速率。1/(2)这个最大抽样时间间隔称奈奎斯特间隔。????对于一个频带限制在(0，)内的时间连续信号而言，假定将信号和周期性冲激函数相乘，如图6-2(a)所示，???????????????????? ???????????????????????????????????? ?图2??抽样与恢复　????乘积函数便是均匀间隔为秒的冲激序列，这些冲激的强度等于相应瞬时上的值，它表示对函数的抽样，用表示此抽样函数，这样抽样函数可以表示为：(1-1)，??(1-2)　??? 假设、和的频谱分别为、和。根据频率卷积定理，可以写出式（6-1）对应的频域表达式：????????????????????????????(1-3)　????根据式（6-2）对周期性冲激函数的定义，可以得到其相应傅里叶变换：　所以(1-4)　????同样，用图解法也可以证明抽样定理的正确性。假设任意低通信号的频谱函数为如图6-3(a)所示，在0到范围内频谱函数可以是任意的，为作图方便假设它是三角形。图6-3(b)是周期性冲激函数的频谱函数图，在整个频率范围内每隔就有一个幅度相同的冲击函数（脉冲）。图6-3(c)是抽样后输出信号的频谱函数图。????　图3 ?抽样定理的全过程　???? 结合式(4)和图3可以得到以下关于抽样的结论：????（1）具有无穷大的带宽；????（2）只要抽样频率，中n值不同的频谱函数就不会出现重叠的现象；????（3）中n = 0时的成分是，它与的频谱函数只差一个常数，因此只要用一个带宽B满足的理想低通滤波器，就可以取出的成分，以不失真地恢复的波形。????需要指出，以上讨论均限于频带有限的信号。严格地说，频带有限的信号并不存在，如果信号存在于时间的有限区间，它就包含无限频率分量。但是，实际上对于所有信号，频谱密度函数在较高频率上都要减小，大部分能量由一定频率范围内的分量所携带。因而在实用的意义上，信号可以认为是频带有限的，高频分量所引入的误差可以忽略不计。????在工程设计中，考虑到信号绝不会严格带限，以及实际滤波器特性的不理想，通常取抽样频率为(2.5～5)，以避免失真。例如，电话中语音信号的传输带宽通常限制3400 Hz左右，因而抽样频率通常选择8kHz。????? 二、脉冲振幅调制(PAM)??????通常人们谈论的调制技术是采用连续振荡波形(正弦型信号)作为载波的，然而，正弦型信号并非是唯一的载波形式。在时间上离散的脉冲串，同样可以作为载波，这时的调制是用基带信号去改变脉冲的某些参数而达到的，人们常把