通信技术基础第3章 模拟信号的数字化传输.ppt

第三章 模拟信号的数字化传输 3.1 模拟信号数字化的基本原理 3.2 脉冲编码调制 3.3 增量调制 3.4 语音压缩编码技术简介 3.5 时分复用原理 3.6 数字复接技术 3.1模拟信号数字化的基本原理 数字通信系统即可以传输数字信号又可以传输模拟信号，但必须对模拟信号进行模/数变换，即经过抽样、量化和编码，使之变成数字信号再进行传输，在接收端将接到的数字信号进行数/模转换再送到信宿，称为信源编码和信源解码。 本章将讨论如何利用数字通信系统来传输模拟消息，并着重分析模拟话音信号的数字传输。 首先介绍抽样定理。抽样定理是通信原理中十分重要的定理之一，是模拟信号数字化、信号复用和信号分析与处理的重要理论依据。 3.1模拟信号数字化的基本原理 ? 3.1模拟信号数字化的基本原理 3.1模拟信号数字化的基本原理 图3-8 理想低通系统 3.1模拟信号数字化的基本原理 需要注意，若抽样间隔T变得大于1／2FM，则F(ω)和δT(ω)的卷积在相邻的周期内存在混叠(亦称混迭)，因此不能由Fs(ω)恢复F(ω)。可见，T＝1／2FM是抽样的最大间隔，它被称为奈奎斯特间隔。 3.1模拟信号数字化的基本原理 3.1模拟信号数字化的基本原理 注意： 上面讨论是频带有限的信号，严格而言，频带有限的 信号并不存在，因为如果信号存在于时间的有效区间，它应该包含所有的频率分量，单对实际信号而言，频谱密度函数在较高频率上都要减小，大部分能量集中在一定的频率范围内，因而可认为频带是有限的，高频分量所引入的误差可忽略。 3.1模拟信号数字化的基本原理 （2） 带通抽样 以上讨论的是频带限制 的低通信号，在实际中遇到的信号，许多都是带通信号。若带通信号的上截止频率为 ，下截止频率为 ，其带宽为： 此时并不一定需要抽样频率高于两倍上截止频率 。 若带通信号的的特点是最高频率和最低频率是带宽的整数倍，当 ＝2B即可。 分析下图一个带通信号 ，其频谱为 ，带通信号的的特点是最高频率和最低频率是带宽的整数倍，最高频率 ，最低频率 带宽为 ，抽样信号的频谱 互不重叠。 让已抽样信号通过一个理想的带通滤波器（带通范围自 到 ）就可以重新获得 ，从而恢复 。 抽样频率 ＝2B是最小的抽样频率，如果 2B , 中会造成频谱混叠。 一般地，带通信号的频谱 ，它的最高频率 不一定为带宽B的整数倍。即： 式中n为小于 的最大整数。 3.1模拟信号数字化的基本原理 3.1模拟信号数字化的基本原理 模拟信号通过抽样得到了时间离散，幅度连续的信号，通常称为脉冲调幅（PAM ）信号。 在PAM方式的实际抽样中，如果已抽样信号 的脉冲“顶部”是随 变化的，即在顶部保持了 变化的规律，这是一种“曲顶”的脉冲调幅；另外一种是“平顶”的脉冲调幅。通常，把曲顶的抽样方法称为自然抽样，而把平顶的抽样称为瞬时抽样或平顶抽样。 3.1模拟信号数字化的基本原理 3.1模拟信号数字化的基本原理 3.1模拟信号数字化的基本原理 例题3-1 对基带信号 进行理想抽样， （1） 为了在接收端能不失真地从抽样信号 中恢复 ，应如何选择抽样间隔？ （2）若抽样间隔取 ，画出已抽样信号的频谱图。 解：基带信号的最高频率为： 由抽样定律可知，应使抽样频率 例题3-1 ?律对数压缩特性压缩待性曲线如图所示。当“? ＝0时，压缩特性是通过原点的一条直线，故没有压缩效果；当?值增大时，压缩作用明显，对改善小信号的性能也有利。一般当? ＝100时，压缩器的效果就比较理想了。另外，需要指出小律压缩特性曲线是以原点奇对称的，图中只画出了正向部分。 例如，当“? ＝100时，对于小信号( )的情况下: 这时，量化信噪比的改善程度为: 在大信号时．若x＝1，那么： 根据以上关系计算得到的量化信噪比改善程度与输入电平的关系。 当输入电平为0dB (即x＝1)，[Q]dB ＞0表示提高的倍噪比，而[Q]dB 0表示损失的信噪比。无压扩时，信噪比随输入信号的减小迅速下降，而有压扩时，倍噪比随输