抽样、量化、编码.ppt

通信原理 第9章模拟信号的数字传输 本章结构 9.1 引言 9.2 模拟信号的抽样 9.3 模拟脉冲调制 9.4 抽样信号的量化 9.5 脉冲编码调制(PCM) 9.6 差分脉冲编码调制（DPCM） 9.7 增量调制 9.8 时分复用和复接 “模拟信号数字化”(A/D变换)的作用 它是利用数字通信系统来实现模拟信源和信宿间通信的必不可少的一步 “A/D变换”在数字通信系统中所处的位置 在模拟信源之后，压缩或加密之前 它和压缩、加密都属于信源编码的范畴 “A/D变换”的3个步骤：抽样、量化、编码 9.2 模拟信号的抽样 如果想把时间连续的模拟信号变成0/1数字串，必须先抽样 但是，很显然，抽样以后的信号，与原来的信号是不同的 能否从抽样信号中恢复原信号呢？如果能，有什么条件？ 9.2.1 低通模拟信号的抽样定理 9.2.1 低通模拟信号的抽样定理 抽样定理：设一个连续模拟信号m(t)中的最高频率 fH，则以间隔时间为T ? 1/2fH的周期性冲激脉冲对它抽样时，m(t)将被这些抽样值所完全确定。 恢复原信号的方法： 用一个截止频率为fH的理想低通滤波器就能够从抽样信号中分离出原信号。 理想滤波器是不能实现的。所以实用的抽样频率fs比2fH大多一些 例如，典型电话信号的最高频率通常限制在3400 Hz，而抽样频率通常采用8000 Hz。 9.2.2 带通模拟信号的抽样定理 带通模拟信号的频带限制在fL和fH之间 信号带宽B = fH －fL 可以证明，此带通模拟信号所需最小抽样频率fs等于 式中，B － 信号带宽； n － 商(fH / B)的整数部分，n =1，2，…； k － 商(fH / B)的小数部分，0 k 1 [例]求下列信号的最低采样频率 我们前面的抽样用的是理想冲激函数（理想的），在实际中通常用窄脉冲抽样。 周期性脉冲序列作为载波，有4个参量：脉冲重复周期、脉冲振幅、脉冲宽度和脉冲相位（位置）。 其中脉冲重复周期（抽样周期）一般由抽样定理决定，故只有其他3个参量可以受调制。 3种脉冲调制： 脉冲振幅调制(PAM) 脉冲宽度调制(PDM, PWM) 脉冲位置调制(PPM) 仍然是模拟调制，因为其代表信息的参量仍然是可以连续变化的。 模拟脉冲调制波形 自然抽样可以理解为：一系列高度为1的窄脉冲与原始信号的乘积的结果 PAM的平顶抽样 又称“瞬时抽样”，抽到一个瞬间值后，并保持一小段时间，形成一个个平顶脉冲 PAM的平顶抽样 PAM的平顶抽样 平顶抽样：在实际应用中，常用“抽样保持电路”产生PAM信号。 9.4.1 量化原理 抽样：时间连续 → 时间离散 量化：样值连续 → 样值离散 均匀量化：量化间隔是均匀的 非均匀量化：量化间隔不均匀 均匀量化中的一些重要概念 量化区间： 为将多个模拟样值对应成一个数字值，而将纵轴划分的区间为量化区间，区间高度记为Δv 量化电平： 量化区间的中点，个数与量化区间数相同 量化误差 由于实际样值并不一定恰巧就等于该区间的中点电平，因此这二者的差，称为量化误差 量化误差不是由外来噪声引起的，而是量化过程中内部产生的 由量化误差引起的噪声，称为“量化噪声” 设模拟抽样信号的取值范围在a和b之间，量化电平数为M 量化间隔为 量化区间的端点为 若量化输出电平qi取为量化间隔的中点，则 量化噪声：mq(kT) －m(kT) 用信号功率与量化噪声之比So / Nq（信号量噪比）来衡量此误差对信号的影响。 量化噪声功率的平均值Nq 式中， f(mk)为抽样值mk的概率密度； 信号mk的平均功率： 例9.1 设一个均匀量化器的量化电平数为M，其输入信号抽样值在区间[-a, a]内具有均匀的概率密度。试求该量化器的平均信号量噪比。 解: 信号功率 平均信号量噪比 或 量化器的平均输出信号量噪比随量化电平数M的增大而提高。 9.4.3 非均匀量化 （1）为什么要进行非均匀量化（即均匀量化存在的缺陷） 非均匀量化的方法 (1) 直接非均匀量化(小信号量化区间小,大信号量化区间大) 输入x值小时，量化间隔?x也小； 输入x值大时，量化间隔?x也变大。 量化区间划分很多时，每一量化区间的曲线可近似看作一段直线。 直线的斜率： 作归一化处理 得到 为了对不同的信号强度保持信号量噪比恒定，即要求 ?x ? x 因此 或 线性微分方程，其解为： 要求压缩特性具有对数特性 在实际中要作适当修正，使x＝0时，y＝0。 电话信号的压缩特性，国际电信联盟(ITU)制定了两种建议： 式中，x － 压缩器归一化输入电压；