《数字通信第三章》PPT课件

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1、第3章脉冲编码调制3.1脉冲编码调制（PCM）的基本概念3.2抽样3.3量化3.4PCM编码3.5PCM解码3.6PCM复用与数字复接技术3.1脉冲编码调制（PCM）的基本概念用数字通信系统来传输消息信号具有很多优点，但实际中由信源设备直接产生的原始信号大多数都是模拟信号，要想实现数字化传输和交换，首先就要将模拟信号数字化。在发送端数字化的过程是先将模拟信号抽样，使它成为一系列在时间上离散的抽样值，然后再将这些样值进行量化使其在取值上也离散，最后再进行二进制编码，形成数字信号；在接收端进行相反的变换，把接收到的数字信号还原成模

2、拟信号。将模拟信号的抽样量化值变换成二进制代码的过程，就称为脉冲编码调制（PCM）。典型的基带传输PCM通信系统如图3-1所示，它由三个部分组成：1．信源编码部分，相当于模数变换（A/D），它包括抽样、量化、编码三个过程；2．信道部分，包括信道和再生中继；3．信源解码部分，相当于数模变换（D/A），它包括再生、解码和低通滤波器等。图3-1PCM基带传输通信系统3.2抽样模拟信号不仅在幅度上取值是连续的，而且在时间上也是连续的。为了使模拟信号数字化，首先在时间上必须对模拟信号进行离散化处理，这个过程由抽样来完成。抽样也叫取样，是

3、模拟信号数字化的第一步，取样是在指定的时间里，抽取该时间上模拟信号的瞬时值，可以用图3-2所示的取样模型来表示抽样的过程，取样脉冲s(t)到来时，取样开关闭合，输出为该时刻信号的瞬时值；无取样脉冲s(t)时，则取样开关断开，输出为0。图3-2取样模型经过取样，原模拟信号变成了一系列窄脉冲序列，脉冲的幅度就是取样时刻的信号幅值，经过取样，连续的模拟信号在时间上被离散化了。如图3-3所示。图3-3模拟信号的抽样由图3-3可知，离散样值序列ms(t)的包络线仍与原来的模拟信号m(t)的形状一致，因此，离散样值信号ms(t)包含有原模

4、拟信号m(t)的信息。取样得到的这些样值信号也称为脉冲幅度调制（PAM）信号，这些样值信号在时间上虽然是离散的，但其幅度值仍然有无限多个可能的取值，所以它仍然是模拟信号。显然，在对信号进行抽样时，抽样脉冲s(t)的抽样频率究竟要取多少是非常重要的问题，只有解决了这个问题，才能保证在接收端接收到的信号经解码之后，还能还原出原来的模拟信号m(t)。3.2.1低通信号的抽样频率抽样定理又称取样定理。其基本意义是：若对某一时间连续的信号进行抽样，抽样速率（频率）取什么样的数值，所取得的抽样值才能准确地还原出原信号。低通信号的抽样定理：

5、设有一个频带限制在(0～fH)内的连续模拟信号m(t)，若对它以抽样率为fs≥2fH的速率进行抽样，则取得的样值完全包含m(t)的信息。在实际通信系统中，考虑到实际滤波器特性的不理想，为避免样值信号的频谱与原信号的频谱发生重叠，通常取抽样频率比2fH大一些，但不能取得太大，以免频谱间隔太大，降低信道的复用效率，浪费频率资源。比如话音信号的上限频率通常在3.4kHz左右，抽样频率通常取：fS=8kHz。3.2.2带通信号的抽样频率上述的抽样速率是假定信号带宽为0～fH的条件下得到的，它对任何低通带限信号都成立。但是，若连续信号的

6、频带不是限制在0～fH之间，而是限制在fL与fH之间，其中fL为信号的最低频率，fH为信号的最高频率，且带宽B=fH－fL≤fL时，则这样的信号称为带通型信号。如果采用低通信号的抽样定理对这种信号进行抽样，虽然抽得的样值完全可以表示原信号m(t)，但抽样信号的频谱中会有较多的频谱空隙得不到利用，使信道的利用率不高。对于带通信号而言，可以使用比信号中最高频率2倍还要低的抽样速率。带通信号的抽样定理：如果模拟信号m(t)是带通信号，频率限制在fL和fH之间，则最低抽样速率必须满足：（3-1）式（3-1）中，m取fL/B的整数部分，

7、而在一般情况下，抽样速率应满足如下关系：≤≤（3-2）只要满足式（3-2），抽样信号频谱就不会发生重叠，如果特别要求原始信号频带与其相邻频带之间的频带间隔相等，则可选择如下抽样速率：（3-3）图3-4说明了带通信号抽样速率的取值范围，从图中可以看出，带通信号的抽样速率在2B和4B之间，即：2B≤fs≤4B。因此，对于一个模拟信号要采用多大的抽样速率对其抽样，首先要判断它是属于低通信号还是带通信号，若fL＞B时，它是带通信号，适用带通信号的抽样定理；若fL＜B时，它是低通信号，适用低通信号的抽样定理。图3-4带通信号的抽样频率3

8、.2.3脉冲幅度调制（PAM）PAM是脉冲载波的幅度随消息信号m(t)变化的一种调制方式。其实现方法是用宽度有限的窄脉冲序列作为抽样信号对消息信号m(t)进行取样，所得到的幅度随m(t)的变化而变化的脉冲串序列就是PAM波。如图3-3中的ms(t)。通常只要按取样定理选取抽样