石河子大学信息科学与技术学院通信原理课件第九章 模拟信号的数字传输.ppt

通信原理 第9章模拟信号的数字传输 第9章模拟信号的数字传输 9.1 引言 数字化 3 个步骤：抽样、量化和编码 第9章模拟信号的数字传输 9.2 模拟信号的抽样 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。 抽样过程 第9章模拟信号的数字传输 第9章模拟信号的数字传输 第9章模拟信号的数字传输 第9章模拟信号的数字传输 第9章模拟信号的数字传输 9.2.2 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。 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B ； n － 商(fH / B)的整数部分，n =1，2，…； k － 商(fH / B)的小数部分，0 k 1。 第9章模拟信号的数字传输 第9章模拟信号的数字传输 9.3 模拟脉冲调制 模拟脉冲调制的种类 周期性脉冲序列有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）。 3种脉冲调制： 脉冲振幅调制(PAM) 脉冲宽度调制(PDM) 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。 第9章模拟信号的数字传输 模拟脉冲调制波形 第9章模拟信号的数字传输 PAM调制 PAM调制信号的频谱 设：基带模拟信号的波形为m(t)，其频谱为M(f)；用这个信号对一个脉冲载波s(t)调幅，s(t)的周期为T，其频谱为S(f)；脉冲宽度为?，幅度为A；抽样信号ms(t)是m(t)和s(t)的乘积。 则抽样信号ms(t)的频谱就是两者频谱的卷积： 第9章模拟信号的数字传输 PAM调制过程的波形和频谱图 第9章模拟信号的数字传输 由上图看出，若s(t) 频率fs ? 2fH，则采用一个截止频率为fH的低通滤波器仍可以分离出原模拟信号。 自然抽样和平顶抽样 在上述PAM调制中，得到的已调信号ms(t)的脉冲顶部和原模拟信号波形相同。这种PAM常称为自然抽样。在实际应用中，则常用“抽样保持电路”产生PAM信号，称为平顶抽样，电路的原理图如下： 第9章模拟信号的数字传输 平顶抽样输出波形 平顶抽样输出频谱 设保持电路的传输函数为H(f)，则其输出信号的频谱MH(f)为： 第9章模拟信号的数字传输 9.4 抽样信号的量化 9.4.1 量化原理 设模拟信号的抽样值为m(kT)，此抽样值仍然是一个取值连续的变量。若仅用N个不同的二进制数字码元来代表此抽样值的大小，则N个不同的二进制码元只能代表M = 2N个不同的抽样值。因此，必须将抽样值的范围划分成M个区间，每个区间用一个电平表示。这样，共有M个离散电平，它们称为量化电平。用这M个量化电平表示连续抽样值的方法称为量化。 第9章模拟信号的数字传输 量化过程图 M个抽样值区间是等间隔划分的，称为均匀量化。M个抽样值区间也可以不均匀划分，称为非均匀量化。 第9章模拟信号的数字传输 量化一般公式 设：m(kT)表示模拟信号抽样值，mq(kT)表示量化后的量化信号值，q1, q2,…,qi, …, q6是量化后信号的6个可能输出电平，m1, m2, …,mi, …, m5为量化区间的端点。 则可以写出一般公式： 按照上式作变换，就把模拟抽样信号m(kT)变换成了量化后的离散抽样信号，即量化信号。 量化器 第9章模拟信号的数字传输 9.4.2 均匀量化 均匀量化的表示式 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，则在均匀量化时的量化间隔为 且量化区间的端点为 若量化输出电平qi取为量化间隔的中点，则 第9章模拟信号的数字传输 量化误差 量化后的信号mq(t)与原信号m(t)的差[m(t)-mq(t)]称为量化误差。这种近似程度常用信号与量化噪声功率比来衡量，即 均匀量化的平均信号量噪比 信号mk 的平均功率可以表示为 第9章模拟信号的数字传输 【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】 因为 所以有 第9章模拟信号的数字传输 由于此信号具有均匀的概率密度，故信号功率等于 所以，平均信号量噪比为 或写成 由上式可以看出，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。 第9章模拟信号的数字传输 9.4.3 非均匀量化 非均匀量化的目的：在实际应用中，对于给定的量化