模拟信号的数字传输讲义.ppt

第 六 章 模拟信号的数字传输;第 六 章 模拟信号的数字传输; 模拟信号数字化的方法大致可划分为波形编码和参量编码两类。波形编码是直接把时域波形变换为数字代码序列，比特率通常在16 kb/s~64 kb/s范围内，接收端重建信号的质量好。 参量编码是利用信号处理技术，提取语音信号的特征参量， 再变换成数字代码，其比特率在16 kb/s以下，但接收端重建(恢复)信号的质量不够好。这里只介绍波形编码。 目前用的最普遍的波形编码方法有脉冲编码调制(PCM)和增量调制(ΔM)。采用脉码调制的模拟信号的数字传输系统如图 6.1 所示，首先对模拟信息源发出的模拟信号进行抽样，使其成为一系列离散的抽样值，然后将这些抽样值进行量化并编码，变换成数字信号。这时信号便可用数字通信方式传输。;图 6.1模拟信号的数字传输 在接收端，则将接收到的数字信号进行译码和低通滤波，恢复原模拟信号。本章在介绍抽样定理和脉冲幅度调制的基础上，重点讨论模拟信号数字化的两种方式，即PCM和ΔM的原理及性能，并简要介绍它们的改进型：差分脉冲编码调制(DPCM)、自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)和增量总和调制、数字压扩自适应增量调制的原理。; 6.1 抽样定理; 6.1.1低通抽样定理 一个频带限制在(0, fH)赫内的时间连续信号m(t)，如果以Ts≤1/(2fH)秒的间隔对它进行等间隔（均匀）抽样，则m(t)将被所得到的抽样值完全确定。  此定理告诉我们：若m(t)的频谱在某一角频率ωH以上为零，则m(t)中的全部信息完全包含在其间隔不大于1/(2fH)秒的均匀抽样序列里。换句话说，在信号最高频率分量的每一个周期内起码应抽样两次。或者说，抽样速率fs（每秒内的抽样点数）应不小于2fH，若抽样速率fs＜2fH，则会产生失真，这种失真叫混叠失真。 下面我们从频域角度来证明这个定理。设抽样脉冲序列是一个周期性冲击序列，它可以表示为 δT(t)= δ(t-nTs) (6.1); 由于δT(t)是周期性函数，它的频谱δT(ω)必然是离散的，不难求得 δT(ω)= δ(ω-nωs), ωs=2πfs= (6.2)  抽样过程可看成是m(t)与δT(t)相乘，即抽样后的信号可表示为  ms(t)=m(t)δT(t) (6.3) 根据冲击函数性质，m(t)与δT(t)相乘的结果也是一个冲击序列，其冲击的强度等于m(t)在相应时刻的取值， 即样值m(nTs)。因此抽样后信号ms(t)又可表示为  ms(t)= m(nTs)δ(t-nTs) (6.4) 上述关系的时间波形如图 6.2(a)、(c)、(e)所示。;图 6.2 抽样过程的时间函数及对应频谱图; 根据频率卷积定理，式（6.3）所表述的抽样后信号的频谱为 Ms(ω)= ［M(ω)*δT(ω)］ (6.5) 式中M(ω)是低通信号m(t)的频谱，其最高角频率为ωH， 如图 6.2(b)所示。将式（6.2）代入上式有 Ms(ω)= [ ( M(ω)*δ(ω-nωs)] 由冲击卷积性质， 上式可写成  Ms(ω)= M(ω-nωs) (6.6) 如图 6.2(f)所示，抽样后信号的频谱Ms(ω)由无限多个间隔为ωs的M(ω)相叠加而成，这意味着抽样后的信号ms(t)包含了信号m(t)的全部信息。如果ωs≥2ωH， 即 fs≥2fH，也即 Ts≤ (6.7) 信号的频谱Ms(ω)每隔ωs出现一次。; 如果ωs＜2ωH，即抽样间隔Ts＞1/(2fH)，则抽样后信号的频谱在相邻的周期内发生混叠，如图 6.3 所示， 此时不可能无失真地重建原信号。因