通信原理与技术第三章模拟信号的数字化传输.pptVIP

第三章 模拟信号的数字化传输;3.1模拟信号数字化的基本原理; T=1/2Fm是不失真抽样的最大时间间隔，称之为奈奎斯特间隔或奈奎斯特周期。 第一，在抽样之前加截止频率为Fm的低通滤波器，滤除Fm赫以上的频谱成分，从而消除折叠现象和避免由此引起的失真。 第二，由于收端的低通滤波器不可能做成理想的，特别是在截止频率附近，与理想的特性相差甚大。; 第三，实际的抽样频率不可能是单位冲激脉冲，只能是高度为A，宽度为Δt，重复频率为1/T的矩形窄脉冲序列s（t）,其表示式为 式中fs=1/T;（2） 带通信号的抽样 带通信号的带宽限制在［fL，fH］，fL为最低频率分量，fH为最高频率分量，其频率带宽为B=fH － fL。任何带通信号都可以通过混频将其频谱转换成低通型的基带信号。;2. 信号的量化 （1） 量化的基本原理 模拟信号经抽样得到的时间离散，幅度连续的信号，通常叫PAM信号（脉冲调幅信号）。量化便是使PAM信号的幅度离散化，量化通常由量化器完成。;（2） 量化噪声 量化是用量化电平值yk来代替x。显然这种替代是存在误差的，这个误差是由于量化产生的，故叫量化误差，表示为 e（t）=x － y 量化噪声的大小常用它的均方值e2（t），即量化噪声功率表示。它对通信质量的影响程度用量化器输出的信号功率与量化噪声功率的比SNR（dB）表示。;① 均匀量化 均匀量化的特点是量化级的间距d为常数，落入每个量化级（也叫量化区间）的PAM信号幅值x通常是随机变量，为分析方便设其概率密度函数为p（x），如果量化级数N足够多，在量化器工作范围\[－V，V]一定时，d=2V/N就足够的小，可以认为每一层间隔内的信号分布均可用量化电平值处的概率密度函数p（yk）表示，yk一般为量化区间的中间值，所以对于PAM信号幅度在量化器工作范围以内的情况，每个量化级的量化噪声功率为 ;② 非均匀量化 均匀量化因量化阶距d为常数，所以有直观、量化设备简单的优点。 3. 编码理论 模拟信号在抽样量化后，变成了时间离散、幅度离散的数字信号。通常为了减少量化误差，量化级数设置很多，也就是说量化后得到的数字信号的取值仍然很多，用这样的信号传输，收端复制很困难。; 已知l个二电平码可以构成2l个组合，所以一般量化级数都取N=2l，这样各个量化值便可由l个二电平码来表示，通常把量化后的多电平信号变成二电平信号的过程叫编码。; ① 自然二进码，就是人们熟悉的二进码，用（an，an-1，…a1）表示，每个码元只有二种状态，取“1”或“0”，一组自然二进码代表的量化电平为 Ｑ=an2n-1+an-12n-2+…+a120 式中n为二进码位数。; ② 反射二进码也称格雷（Grag）码。它的特点是相邻两组代码间的码距为1，因此如果传输中出了一位错产生的误差较小。设反射二进码为（cn，cn-1，…，c1），且各码元取“1”或“0”，则对应的量化电平值为 Ｑ=cn（2n-1）±cn-1（2n-1－1） ±…±c1（21－1）; ③ 折叠二进码，用（bn，bn-1，…，b1）表示，它可由自然二进码变换而得。;3.2 脉冲编码调制（PCM）;图3-12PCM系统原理方框图;2. 信号的压缩与扩张 话音信号通常是小信号出现的概率大，大信号出现的概率小。通常使用的压缩器中，多采用对数式压缩，广泛采用的对数压缩律是μ律和A律，归一化μ律特性为 式中 Y——归一化压缩器输出电压 X——归一化压缩器输入电压 μ——压缩参数，表示压缩程度;3. PCM编码器、译码器 （1） 编码器 实现将样值脉冲变成二进制代码的编码器种类很多，例如有计数型、直读型、逐次比较型、折叠级联型及混合型等。 整流器用来判别输入样值脉冲的极性，编出第一位码D1（极性码），同时将双极性脉冲变换成单极性脉冲。;比较器是编码器的核心，它通过对输入的样值电流I信和标准电流I权进行比较，从而对输入信号的抽样值实现非线性量化编码。 保持电路的作用是保持输入信号的抽样值在整个比较过程中具有一定的幅度。;所以确定D5选标准电流 I权4 = 段落起始电平 + 8 Δk = 1024+8×64 =1536个量化单位 I信﹤I权4，D5=0，I信处于第八段中1～8级。 同理确定D6选标准电流 I权5 = 段落起始电平 + 4 Δk =1024+4×64 =1280个量化单位;I信﹤I权5，D6=0，I信 处于第八段中1～4级。 确定D7选标准电流I权6 =1024+2Δk =1024+2×64 =1152个量化单位 I信﹥I权6，D7=1