[教学设计]模拟信号数字化传输

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1、第七章模拟信号的数字传输7.1引言前儿章已讨论了模拟信号在模拟通信系统中的传输和数字信号在数字通信系统中的传输。本章将要讨论的是模拟信号经过数字化以后在数字通信系统中的传输，简称模拟信号的数字传输。数字传输随着微电子技术和计算机技术的发展，其优越性口益明显，优点是抗干扰强、失真小、传输特性稳定、远距离中继噪声不积累、还可以有效编码、译码和保密编码来提高通信系统的有效性，可靠性和保密性。另外,还可以存储，时间标度变换，复杂计算处理等。模拟信号用得多的是语音信号，把语音信号数字化后，在数字通信系统中传输，称为数字电话通信系统。模拟信号的数字传输的方框图见下图

2、：A/D转换D/A转换图中，m(t)>m(t)：模拟随机信号,{»}、［Sk}t数字随机序列。模拟信号的数字传输分二个步骤进行：①A/D把模拟信号变成数字信号②数字信号传输③D/A把数字信号还原成模拟信号第二步骤在第5章，第6章已经论述。因此，本章仅讨论第一和第三步骤。模拟信号数字输入的关键是模拟信号和数字信号的互相转换。A/D转换步骤示意如下图：量化等级量化电平二进制编码实际抽样值00V00000.01V10.2V00010.2IV20.4V00100.42V30.6V00110.59V40.8V01000.80V51.0V01010.99V61.2V

3、01101.18V71.4V01110.4IV81.6V100091.8V10011OOA/D转换步骤示意图本章主要内容：1、抽样（介绍模拟信号数字化的理论基础Z-：抽样定理）2、量化（介绍模拟信号的量化）3、编码和译码4、PCM（脉冲编码调制）（模拟信号抽样、量化、编译码的一种常用方式）系统5、Am（增量调制）系统（模拟信号数字化的另一种常用方式）6、DPCM系统7、数字屯话通信系统（简要介绍模拟电话信号的数字传输）（一个例子）7.2抽样定理将模拟信息源信号转变成数字信号叫做A/D转换，A/D转换中有二个基本过程：抽样、量化、编码。抽样是A/D转换的第

4、一步。A/D转换时，抽样间隔越宽，量化越粗，信号数据处理量少，但精度不高，甚至可能失掉信号最重要的特征。抽样间隔如何确定？（抽样速率如何确定？）举正弦波信号抽样的例子：(a)图足够小的抽样间隔百接连接用黑点表示的采样点就可充分表现正弦波形。若抽样间隔宽到为周期T,会成为直流信号吗？显然抽样间隔太宽了。若取抽样间隔T/2也许会得出只是0的数据。一个周期T内抽样三次，即抽样间隔T/3,可近似地复现正弦波。抽样定理告诉我们：一个频带限制在(0,几)HZ内的时间连续信号m(t),如果以1/2几秒的间隔对它进行等间隔抽样，则m(t)将被变得到的抽样值完全确定。(指

5、能通过低通滤波器适当地平滑滤波恢复)o或者说抽样速率22几称2几〜奈奎斯特速率、1/2几~奈奎斯特间隔。(至少高于2fH,等于2几时会出现(c)图情况，当(c)图的抽样起点移动一下，可避免零数据的情况)因为抽样定理时模拟信号数字化的理论基础，下而有必要证明该定理的正确性。(1)理想抽样方框图，数学关系式，各点波形考察加(J低通信号,频谱在0〜几范围，抽样函数为周期性冲激函数:OO(?)=E5(f-nTs)n=—oo抽样后输出信号为ms(Z),见图示:(时域表示式)ms(t)=Am(0OO=m(t)S(?-nTs)n=—OOOO=^m(/?Tv)8(r-/

6、?Tv)〃=—8(・・・M-必)只在f»兀时才存在，其它时刻均为0)(m(nTJ为t=叭时刻的抽样值)(2)频谱关系m(t)㈠M(co)8r(r)o8r(co)2兀m(t)_叫⑴—>t5r(r)理想抽样方框图叫(co)OOS7((0)=—工§(0)-72叫)上sn=—°°注：周期性冲激函数(均匀冲激函数序列)0aS7(/)的付式变换是均匀冲激序列:OO5r(0<——>(co)=cos为3(co-ncos)•V—OO根据叫("=〃(”・&/)关系，按频率卷积定理:(co)=丄[M(cd)*8(co)]2兀?7T00M(co)*—工5(co-叫)上S72=-

7、ooOOM(co)*工5(3-“coJ〃=一8OO工M(co)*§(co-叫)—OO100由冲激函数卷积性质得:M$(co)=—工M(co-/叫)Ts-(时域上/(r)*5(0=/(0,频域上边类似，f(t)^6(t-Ts)=f(t-Ts))该式表明：叫(/)的频谱Ms(co)是M(cd)的周期性复制品，即Ms(3)是无穷多个间隔为3$的M（co）相迭加而成。这意味着，只要叫＞2叫M（3）就周期性地重复而不重叠,因而叫（/）中包含了加（/）的全部信息。（见樊书P189,图7-3）需要说明：理想抽样得到的M/3）具有无穷大带宽。用一个带宽为B的理想低通滤波

8、器（见樊书图7-3（f）的虚线方框），就可取出M（co）的成分，以不失真地恢复m