通信原理课件第6章 模拟信号的数字传输.ppt

第6章模拟信号的数字传输;6.1引言

数字通信系统有许多优点，然而很多原始信号都是模拟信号，如语音信号、图像信号、温度、压力等传感器的输出信号，它们在时间和幅度上通常都是连续的，要想在数字通信系统上传输模拟信号，就必须将模拟信号转换成数字信号，一般需经三个步骤：①把模拟信号数字化，即模数转换(A/D)；②进行数字方式传输；③把数字信号复原为模拟信号，即数模转换(D/A)。模拟信号的数字传输系统如下图。;图6.1.1模拟信号的数字传输系统;;6.2脉冲编码调制(PCM)

脉冲编码调制(PCM)是波形编码中最重要的一种。PCM在光纤通信、数字微波通信、卫星通信中均获得了极为广泛的应用。

PCM是模拟信号数字化的一种典型方法，图是采用PCM的模拟信号数字传输系统，以后简称为PCM系统。PCM包括取样、量化和编码三个步骤：取样是把在时间上连续的模拟信号m(t)转换成一系列时间上离散的取样值；量化是把幅度上连续的模拟信号转换成幅度上离散的量化信号；编码是把时间离散且幅度离散的量化信号用假设干位二进制表示，由此得到的二进制序列称为PCM信号。PCM信号经数字通信系统传输到达接收端，接收端对它们进行适当的分组，重建量化值，然后经低通滤波器，便可得到重建信号m′(t)。;图6.2.1PCM系统原理框图;取样、量化及编码过程如下图。设取样间隔为Ts，即每隔Ts对信号取样一次，得到一个取样值。又设模拟信号的变化范围为-4V~4V，将此范围等间隔分成8个区间，正、负电压方向各4个区间(如图中v－t图中实线所示)，将每个区间的中间电压值设置为量化电平(如图中v－t图虚线所示)，共有8个量化电平。每个量化电平用3位二进制表示，第一位表示量化电平的极性，正用“1〞表示，负用“0〞表示；后二位表示量化电平的绝对值。这样，每个取样值经量化、编码后都可表示成3位二进制信号。如在t=0时刻对模拟信号取样，得到取样值

-3.3V，最接近它的量化电平是-3.5V，将取样值-3.3V量化为

-3.5V，由于量化电平-3.5V的代码是011，所以，取样值经量化、编码后可用011来表示。由此可见，模拟信号经取样、量化及编码后可以??换成数字信号。;图6.2.2取样、量化及编码过程;6.2.1取样

1.低通信号的取样定理

低通信号的取样定理：一个频带限制在0~fH内的连续信号m(t)，如果取样速率fs大于或等于2fH，那么可以由样值序列{m(nTs)}无失真地重建原始信号m(t)。

在该定理中需要注意如下三个要点：

(1)m(t)是低通信号，最高频率为fH。

(2)取样速率fs≥2fH，fs的单位为次/秒，有时fs也被称为取样频率，其单位为赫兹。

(3)本书讨论的是等间隔取样，也称为均匀取样。

如果满足上述三点，m(t)一定能由样值序列完全确定。;下面我们从频域对取样定理进行证明，从而进一步理解取样定理的含义。

设为周期性冲激脉冲序列，其周期为Ts；ms(t)为取样后的信号，根据取样过程，有

(6-2-1)

式中，m(t)、、ms(t)分别如图6.2.3(a)、(b)、(c)所示。那么图6.2.3(c)所示的样值序列中是否包含有原信号m(t)的全部信息呢？;将式(6-2-1)两边进行傅氏变换得到

(6-2-2)

式中





我们知道周期冲激序列的频谱为



(6-2-3);将式(6-2-3)代入式(6-2-2)，得到取样后信号的频谱为

式(6-2-4)说明：取样后信号的频谱Ms(f)是由无穷多个间隔为fs的频谱叠加而成的。M(f)、、Ms(f)频谱如图6.2.3(d)、(e)、(f)所示。;从图6.2.3(f)可清楚看出：

(1)当fs≥2fH时，Ms(f)中周期重复出现的M(f)频谱之间不会产生混叠，此时我们可利用低通滤波器很方便地从Ms(f)中滤波出M(f)频谱(低通滤波器传输特性如图中虚线所示)，从而恢复出原模拟信号m(t)。

(2)但当fs2fH时，Ms(f)中周期重复出现的M(f)频谱之间会产生混叠，如下图。此时已无法从Ms(f)中提取出M(f)频谱，所以也就无法恢复原模拟信号m(t)。;图6.2.3取样过程的时间函数和对应的