[物理]模拟信号的数字传输.ppt

第九章模拟信号的数字传输 赵华 第九章模拟信号的数字传输 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 9.6 差分脉冲编码调制 9.1 引言 9.1 引言 抽样（sampling）：按照一定时间间隔对模拟信号进行采样，通常是等时间间隔。模拟信号-抽样信号。 量化（quantization）：将取值离散化。抽样信号-量化信号。 编码（coding）：将量化后的信号变为二进制码元。最常见的为脉冲编码调制（PCM：Pulse Code Modulation）。 9.2 模拟信号的抽样 9.2.1 低通模拟信号的抽样定理 9.2.2 带通模拟信号的抽样定理 低通模拟信号的抽样定理 抽样：对时间连续的模拟信号在离散点上对信号抽取样值。通常是在等间隔T上抽样。 理论上，抽样过程＝周期性单位冲激脉冲?模拟信号。 实际上，抽样过程＝周期性单位窄脉冲?模拟信号。 低通模拟信号的抽样定理 抽样定理：设一个连续模拟信号s(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，s(t)将被这些抽样值所完全确定。 低通模拟信号的抽样定理 低通模拟信号的抽样定理 带通模拟信号的抽样定理 设带通模拟信号的频带限制在fL和fH之间，如图所示。 即其频谱最低频率大于fL，最高频率小于fH，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: 9.3 模拟脉冲调制 模拟振幅调制（PAM）-自然抽样 模拟振幅调制（PAM）-平顶抽样 9.4 抽样信号的量化 9.4.1 量化原理 9.4.2 均匀量化 9.4.3 非均匀量化 量化原理 均匀量化 均匀量化 均匀量化 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。 设模拟信号的最高频率为3300Hz，进行线性PCM调制（量化误差为峰峰值的0.5%）得到二电平信号，再转换为八电平信号试求：(1)二电平信号的最低信息速率；(2)八电平信号的最低码元速率以及理论最小信道带宽。 设模拟信号的幅值在［-2，2］V内均匀分布，最高频率为4 kHz。进行奈奎斯特速率抽样，并经均匀量化后编为二进制码。设量化间隔为1/64 V，试求：(1）该PCM系统的信息速率 ；(2)输出信号的量化信噪比。 非均匀量化 非均匀量化 非均匀量化 为了保持信号量噪比恒定，在理论上要求压缩特性为对数特性 。 关于电话信号的压缩特性，国际电信联盟(ITU)制定了两种建议，即A压缩律和?压缩律，以及相应的近似算法－13折线法和15折线法。 我国大陆、欧洲各国以及国际间互连时采用A律及相应的13折线法； 北美、日本和韩国等少数国家和地区采用?律及15折线法。 A压缩律 A压缩律 A压缩律 13折线压缩特性 － A律的近似 13折线压缩特性 － A律的近似 13折线压缩特性 13折线压缩特性 ?压缩律和15折线压缩特性 在A律中，选用A等于87.6有两个目的： 1）使曲线在原点附近的斜率等于16，使折线简化成13段； 2）使在13折线的转折点上A律曲线的横坐标x值接近1/2i (i = 0, 1, 2, …, 7) 。 若仅为满足第二个目的，则可以选用更恰当的A值。由上表可见，当仅要求满足x = 1/2i时，y = 1 – i/8，则将此条件代入式 得到： ?压缩律和15折线压缩特性 13折线特性和15折线特性比较 在A律中A值等于87.6，?律中相当A值等于94.18。A值越大，在大电压段曲线的斜率越小，即信号量噪比越差。 非均匀量化和均匀量化的比较 现以13折线法为例作一比较。若用13折线法中的（第1和第2段）量化为16间隔的最小量化间隔作为均匀量化时的量化间隔，则13折线法中第1至第8段包含的均匀量化间隔数分别为16、16、32、64、128、256、512、1024，共有2048个均匀量化间隔。 因此，在保证小信号的量化间隔相等的条件下，均匀量化需要11比特编码（2048量化间隔），而非均匀量化只要7（8个量化区间，每区间16个量化间隔）比特就够了。 9.5 脉冲编码调制 9.5.1 脉冲编码调制的基本原理 9.5.2 自然二进制码和折叠二进制码 9.5.3 电话信号的编译码器 9.5.4 PCM系统中噪声的影响 脉冲编码调制（PCM） 把从模拟信号抽样、量化，直到变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制，简称脉码调制。 脉冲编码调制（PCM） PCM系统的原理方框图 脉冲编码调制（PCM） 第一个权值电流值Iw = 3.5，若抽样值Is 3.5，则比较器输出c1 = 0；否则输出c1 = 1。c1送入记忆电