《通信原理》——数字信号.ppt

第6章 数字信号 6.1 模拟信号的数字化 6.1.1 A/D变换（模拟/数字变换） A/D变换的步骤： 模拟信号通过: 采样（时间上离散）； 量化（幅度上量化）； 转为数字信号； 数字信号通过: 编码； 转换为数据信息。 6.1.2 模拟脉冲调制（PAM） 时间离散信号 模拟脉冲 单位冲激函数串 （单位冲激函数序列） 方波脉冲串 脉冲取样 脉冲幅度调制 脉冲宽度调制(PWM)和脉冲位置调制(PPM) 6.2 采 样 6.2.1 低通采样定律 以大于基带信号带宽2倍的频率采样，则可以恢复原信号。因此，2B的频率又被称为奈奎斯特率。 采样频率不够，则发生频谱混叠，无法恢复原信号。 由采样信号恢复模拟信号：应使用低通滤波器，进行内插。 6.2.2 带通采样定律 低通采样定律要求采样率大于信号最高频率分量的2倍。 对带通信号而言，这样的采样率要求太高且无必要。 带通采样定律 6.2.3 自然采样 自然采样又称门控采样， 自然采样的时域图如右图所示。 门控电路如下图所示。 方波序列的频谱和自然采样频谱 方波序列的频谱如图所示。 6.2.4 平顶采样（瞬时采样） 概述：自然平顶采样所得的每个脉冲顶部是平行的。瞬时采样的图形如下图所示。 可以理解为冲激采样后再与方波信号卷积，以 保持电路表达式。 6.3 脉冲编码调制（PCM） 6.3.1 PCM的概念 对脉冲调制信号PAM进行量化 编码和解码的概念 下图为PCM传输系统模型。 6.3.2 量 化 本节应掌握的内容： 量化的概念 量化电平和分层电平的概念 量化台阶和量化间隔 量化范围和过载 均匀量化和非均匀量化 中平型和中升型量化 6.3.3 量化误差和量化噪声 量化误差和量化噪声概念 量化误差为q=x-y=x-Q(x) 量化噪声功率为 6.3.4 均匀量化的量化噪声功率和信噪比 均匀量化的概念 量化间隔，量化层次和量化范围的关系 均匀量化PAM信号，即线性PCM编码 6.3.5 非均匀量化 解决动态范围和信噪比之间的矛盾 μ律15折线和A律13折线 6.3.6 线性编码 自然码（NBC），折叠码（FBC），格雷码（RBC）。 6.3.7 A律PCM编码规则 步骤 1，根据正负选择b1 2，根据幅度确认段落b2b3b4 3，确认落入该段内哪一个量化台阶选择b5b6b7b8。方法：从高到低，逐个比较。 解码时，需加上b8对应电平的一半。 6.3.8 PCM的性能简介 PCM优点：数字电路成本低廉，实用性广。容易与电脑、网络等兼容。有更强的抗噪声性能。 主要噪声为量化噪声。 缺点：传递同样多信息，要比模拟通信占用更多带宽。 6.4 差分脉冲编码调制与增量调制 6.4.1 差分脉冲编码调制（DPCM) 前提：很多信号具有冗余信息，可以对其进行压缩 实现：对信号的每个脉冲样本作一个预测，只传输预测值和实际的差值。 预测方式：根据之前若干个样本，预测当前样本值。 6.4.2 增量调制 增量调制的定义：只传输当前样本与前一个样本的大小比较。 斜率过载的定义 量化噪声的计算不过载时，每次误差在正负△之间，令其均匀分布，则量化噪声为 在简单的△调制中，信噪比与信号频率的平方成反比，而与采样频率的三次方成正比。 自适应增量调制系统 6.5 时分复用 6.5.1 时分复用的概念 帧，帧周期，帧频率，时隙，数据率。 6.5.2 数字电话系统 以美国、加拿大和日本地区的μ律标准为例。对语音采样率是每秒8000个样本。用7＋1＝8位二进制编码。每一路通话速率是64K比特/秒。“基群” 每秒8000帧，每一T1帧宽度为0.125ms。 本章小结 将模拟信号转换为数字信号，一般分为三步：采样使信号时间离散化；量化使信号幅度离散化；编码将量化后的幅度用若干二进制码元表示。 对信号采样选择合适的采样频率，则可以保证采样信号的频率不发生混叠。 编码选用不同的码型，如自然码，格雷码，折叠码等。 时分复用系统是将信道划分为若干帧，每一帧分为若干时隙，每个时隙插入不同路的信号。 * * 自然采样的频谱如下图所示。 对PAM频谱的影响。瞬时采样频谱示意图如下图所示。 信号和误差函数 非均匀量化示意图 A律和μ律的对数压缩 增量调制波形图 时分复用系统示意图 电子开关示意图 480×4＝1920 139264 672×6＝4032 274176 四次群 120×4=480 34368 96×7＝672 44736 三次群 30×4=120 8448 24×4＝96 6312 二次群 30 2048 24 1544 基群 包含