通信原理第8章 模拟信号的数字化传输课件.ppt

第8章 模拟信号的数字化传输 第一节 模拟信号数字化传输的基本原理 第二节 脉冲编码调制（PCM—Pulse Code Modulation） 第三节 增量调制 (△M 编码) 第四节 其他实用的话音编码技术 一、抽样定理的表述 抽样定理也叫取样定理或采样定理，它可表述为： 一个频带限制在（0，fH）内的时间连续信号m(t) ，如果以fs≥2 fH的抽样速率进行均匀抽样，则m(t)可以由抽样后的信号ms(t)完全地确定。 在上述抽样定理描述中，由于m(t)是低通信号，且进行的是等间隔抽样，故该定理又称低通信号的均匀抽样定理。其中，“m(t)可以由ms(t)完全地确定”的意思是指ms(t)包含了m(t)的全部信息，利用合适的理想低通滤波器可以从ms(t)中恢复出m(t) 。抽样后的信号ms(t)应称为已抽样信号，在不引起误解的情况下，也常称为抽样信号或样本信号。抽样定理中的最小抽样速率2fH常称为奈奎斯特速率，其对应的最大抽样间隔1/(2fH)则称为奈奎斯特间隔。 二、信号的抽样与恢复 设m(t)为频带限制在（0，fH）内的时间连续信号，图2-1a、b分别为其时域波形和频域频谱的示意图。对信号m(t)的抽样过程在理论上可以抽象为：将周期等于Ts的单位强度的冲激序列 δTs（t）与信号m(t)的相乘，若用ms(t)表示m(t)的抽样信号或样本信号，则有 ms(t) = m(t)δTs（t） = m(t)δTs（t －nTs ） = m(nTs)δTs（t －nTs ） 波形如图2-1c、e所示.假设M(f ) 、δfs(f)和Ms (f )分别表示m(t)、δTs(t)和ms(t)的频谱，根据傅里叶变换频域卷积定理， ms(t) = m(t)δTs（t）的频谱可表示 Ms（f）= M（f）*δfs（f） 式中 δfs（f）=（1/Ts） δ（f －n fs） fs = 1/Ts 即δfs（f）是频域中周期为fs = 1/Ts 的冲激序列，如图2-1d所示。由冲激函数的性质可得 　脉冲编码调制（PCM） PCM是模拟信号数字化的一种具体方法，它包括取样、量化和编码三个步骤。 8.2.1 取样信号的量化 1．量化及量化噪声 量化：用预先规定的有限个 电平来表示取样值 量化电平：预先规定的电平 量化台阶：相邻两个量化电平 之间的间隔 （1）量化将模拟信号变成 数字信号。 （2）量化电平与取样值之间 的差称为量化误差，称为量化噪声 1、均匀量化的量化电平数M 2、均匀量化的量化信噪比 均匀量化时的量化信噪比 均匀量化 ：等间隔设置量化电平的量化，量化误差最大不会超过 量化信号的功率： 噪声功率 ： 量化信噪比： 均匀量化时的量化信噪比 编码位数每增加一位，量化信噪声比增加6分贝。 正弦信号： 语音信号： 信号峰值小，量化噪声却不变， 　　量化信噪比下降 量化器的动态范围：达到一定信噪比 　　要求时所允许输入信号的变化范围（ 　　通常要求信噪比≥26dB）。 译码器 PCM信号的码元速率和带宽 PCM系统的抗噪声性能 自适应差分脉冲编码调制可在32kb/s的比特率上达到64kb/s的PCM数字电话质量。 ADPCM已成为长途传输中一种国际通用的语音编码方法。 ADPCM是在差分脉冲编码调制（DPCM）的基础上发展起来的。 ADPCM 有自适应系统的DPCM 自适应量化 自适应预测 ADPCM比PCM可改善16~21dB，相当于编码位数可以减少3位到4位。因此，在维持相同的语音质量下，ADPCM允许用32kb/s比特率编码 把时间帧划分为若干时隙； 各路信号占有各自时隙； 目的：实现在同一信道上传输多路信号。 三路时分复用的方框图 数字信号时分复用（每时隙8码元） A路 B路 合路 C路 PCM数字电话系统方框图 单路编译码器在PCM系统中的使用 PCM基群帧结构 PCM30/32系统：fs=8kHz，所以帧长度Ts=125us。传码率： PCM基群帧结构 DM32路制式的系统：fs=32kbit/s，所以帧长度Ts=3