现代通信原理_清华大学出版社_第五章.ppt

第 5 章  模拟信号的数字传输 内容 概述 5.1 脉冲编码调制(PCM)基本原理 5.2 低通与带通抽样定理??? 5.3 实际抽样??? 5.4 模拟信号的量化 5.5 PCM编码原理??? 过程 模拟信号转化为数字信号又称为A/D变换传输到接收端在转换为模拟信号称为D/A变换。 模拟信号数字化的方法 5.1 脉冲编码调制(PCM)基本原理 脉冲编码调制(PCM)：用一组二进制代码来代替连续信号的抽样值的通信方式（将模拟信号的抽样量化值变换成代码）。系统组成框图如下： ? 抽样：按抽样定理把时间上连续的模拟信号转换成时间上离散的抽样信号。 量化：把幅度上仍连续的抽样信号进行幅度离散，即指定M个规定的电平，把抽样值用最接近的电平表示。 编码：用二进制码组表示量化后的M个样值脉冲。 编码器送出来的是串行二进制码，是典型的数字信号，经变换调制后（基带或频带传输）在信道上传输，接收端再还原为二进制代码。 5.2 抽样定理 ? 5.2.1 低通抽样定理????? 5.2.2 内插公式 5.2.3 带通抽样定理 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：一个频带限制在(0，fH)内的连续信号x(t),如果抽样频率fS大于或等于2fH,则可以由抽样序列{x(nTS)}无失真地重建恢复原始信号x(t)。 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。 由于δT(t)是周期性函数，其频谱δT(ω) 必然是离散的： δT(ω)= δ(ω-nωs), ωs=2πfs= 2π/Ts 根据冲击函数性质和频率卷积定理： 抽样示意图 理想低通抽样（续） ? ?5.2.3 带通抽样定理 思考：对于带通型信号，如果按fs≥2fH抽样，虽然能满足频谱不混叠的要求。但这样选择fs太高了，它会使0~fL一大段频谱空隙得不到利用，降低了信道的利用率。为了提高信道利用率，同时又使抽样后的信号频谱不混叠，那么fs到底怎样选择呢？ 高频窄带信号，fH大而B小，fL当然也大。因此带通信号通常可按2B速率抽样。 当 fS 2B(1+M/N) 时 可能出现频谱混叠现象（这一点是与低频现象不同的） 带通抽样定理在频分多路信号的编码以及语音信号的子带编码器中有很重要的应用 定义：抽样后的脉冲幅度（顶部）随被抽样信号变化，或者说保持了抽样信号的变化规律。 定义：抽样后信号中的脉冲均具有相同的形状－顶部平坦的矩形脉冲。 在实际应用中，恢复信号的低通滤波器也不可能是理想的，因此考虑到实际滤波器可能实现的特性，抽样速率fs要比2fH选的大一些，一般fs=（2.5~3）fH。例如语音信号频率一般为 300~3400 Hz，抽样速率fs一般取8000 Hz。 以上按自然抽样和平顶抽样均能构成PAM通信系统，也就是说可以在信道中直接传输抽样后的信号，但由于它们抗干扰能力差，目前很少实用。它已被性能良好的脉冲编码调制(PCM)所取代。 量化信噪比随量化电平数M的增加而提高。 均匀量化器广泛应用于线性A/D变换接口，例如在计算机的A/D变换中，常用的有 8位、12位、 16位等不同精度。在遥测遥控系统、仪表、图像信号的数字化接口等中，也都使用均匀量化器。 在语音信号数字化中，均匀量化有一个明显的不足：量化信噪比随信号电平的减小而下降。 5.5.2 非均匀量化 定义： 非均匀量化是一种在整个动态范围内量化间隔不相等的量化。信号幅度越小，量化间隔Δv也小；反之亦反。 优点： 首先，当输入信号具有非均匀分布的概率密度(实际中常常是这样)时，非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信噪比； 其次，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量化信噪比。 图中对y是均匀分割的，等效于对x是非均匀分割的。在每一量化间隔中 压缩特性的近似实现 早期的A律和μ律压扩特性是用非线性模拟电路实现的。 电路实现这样的函数规律是相当复杂的，因而精度和稳定度都受到限制。随着数字电路特别是大规模集成电路的发展，另一种压