第四章 模拟信号的数字化(通信原理).ppt

LPF的截止频率与课本不同。 * * * * * * * * * * * 信道中还应包括整个基带传输系统 D/A变换：译码+低通滤波 * * 8段折线，压缩、量化、编码一体化 * 语音压缩编码：需要先将对数PCM变为线性PCM码，便于二进制运算 * * * * * * * * * * * * * * * * 解码器： 编码器中预测器和相加器的连接电路和解码器中的完全一样。故当无传输误码时，即当编码器的输出就是解码器的输入时，这两个相加器的输入信号相同，即rk=r?k。所以，此时解码器的输出信号sk*?和编码器中相加器输出信号sk*相同，即等于带有量化误差的信号抽样值sk。 DPCM基本原理：当 p = 1，a1 = 1时， s?k = s*k-1，预测器简化成延迟电路，延迟时间为T。这时，线性预测就成为DPCM。 rk ＋ s*k DPCM的原理 量化噪声：即量化误差qk，其定义为 式中，sk －编码器输入模拟信号抽样值； sk* －量化后带有量化误差的抽样值。 设： (+?, -?) － 预测误差ek的范围； M － 量化器的量化电平数； ?v － 量化间隔； 则有 设：量化误差qk在(- ?v, +?v)间均匀分布 则qk的概率分布密度f (qk)可以表示为： DPCM系统的量化噪声和信号量噪比 * 并且，qk的平均功率可以表示成： 设： fs － 抽样频率， N = log2 M － 每个抽样值编码的码元数， Nfs － DPCM编码器输出的码元速率， E(qk2)在( 0, Nfs )间均匀分布， 则E(qk2)的功率谱密度为： 此量化噪声通过截止频率为fL的低通滤波器之后，其功率等于： － DPCM系统输出的量化噪声 DPCM系统的量化噪声和信号量噪比 * 信号功率： 当预测误差ek的范围限制在(+?, -?)时，同时也限制了信号的变化速度。 这就是说，在相邻抽样点之间，信号抽样值的增减不能超过此范围。一旦超过此范围，编码器将发生过载。若抽样点间隔为T ＝ 1 / fs，则将限制信号的斜率不能超过? / T。 设：输入信号是一个正弦波： 式中，A – 振幅； ?0 – 角频率 其斜率为 － 最大斜率等于 A?0 为了不发生过载，信号的最大斜率不应超过?/T，即要求 故最大允许信号振幅为： 最大允许信号功率为： DPCM系统的量化噪声和信号量噪比 * 将 代入 得到 信号量噪比： 上式表明，信号量噪比随编码位数N和抽样频率fs的增大而增加 。 DPCM系统的量化噪声和信号量噪比 * 增量调制 增量调制原理 增量调制系统中的量化噪声 * 增量调制： 当DPCM系统中量化器的量化电平数取为2，且 预测器仍是一个延迟时间为T 的延迟线时， 此DPCM系统就称作增量调制系统。 增量调制原理 * 原理方框图 预测误差ek = sk – sk’被量化成两个电平 +? 和－? 。 ? 值称为量化台阶。 rk只取两个值+? 或－? 。 例如，可以用“1”表示“+?”，及用“0”表示“－?”。 当无传输误码时，sk* ’ = sk*。 sk* 抽 样 二电平量化 ＋ － s(t) sk ek rk sk’ 延 迟 ＋ rk sk* (a) 编码器 (b)解码器 延 迟 ＋ 增量调制原理 * 在实用中，为了简单起见，通常用一个积分器来代替上述“延迟相加电路”，如下图所示。 (a) 编码器 (b)解码器 积分器 抽样 判决 ＋ － s(t) e(t) d(t) s’(t) 积 分 d(t) 低通 ?T(t) s(t) 增量调制原理 * 解码原理： 在解码器中，积分器只要每收到一个“1”码元就使其输出升高? V，每收到一个“0”码元 就使其输出降低? V，这样就 可以恢复出图中的阶梯形电压 。这个阶梯电压通过低通滤波 器平滑后，就得到十分接近编 码器原输入的模 拟信号。 增量调制原理 * 量化噪声的产生 两种产生原因：1. 由于编解码时用的阶梯波形本身的电压突跳产生的，见图(a)。这是基本量化噪声，称为e1(t)。它伴随着信号永远存在，即只要有信号，就有这种噪声。 2. 过载量化噪声，见图(b)。它发生在输入信号斜率的绝对值过大时。若信号上升的斜率超过阶梯波的最大可能斜率，则阶梯波的上升赶不上信号的上升，就发生了过载量化噪声e2(t)。 图中示出的这两