通信原理 第8章 模拟信号的数字传输

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1、第8章模拟信号的数字传输李志华本章知识点抽样定理脉冲振幅调制（PAM）模拟信号的量化脉冲编码调制(PCM)基本原理增量调制(ΔM)及DPCM与ADPCM时分复用8.1引言一个问题：如何利用数字系统传输模拟信号？模拟信号数字传输框图8.2.1抽样定理内容一个频带限制在赫以内的时间连续函数,如果以≤的等间隔时间抽样，则所得的样值可以完全地确定原信号。（均匀抽样定理）抽样定理为模拟信号的数字传输奠定了理论基础。8.2抽样定理8.2.2抽样定理的物理含义在模拟信号的最高次谐波的一个周期内至少抽样两次，则由所抽得的样值可以完全地确定原信号。8.2.3证明抽样及恢复的实现框图如下。其中，是抽样后

2、得到的抽函数，它实际上就是均匀间隔时间为，强度在相应瞬时上取值的冲激序列。理想低通LPF时域波形频域波形书中P188假设、和的频谱分别是、和，按频域卷积定理得：因为所以或利用理想低通滤波器还原（恢复）抽样函数参见书中P189图7-3（g）8.2.4带通抽样（推导过程见书P190-192）信号最高频率fH，最低频率fL，限带(fLfH)，带宽为B抽样速率：总结：8.3脉冲振幅调制（PAM）脉幅调制脉宽调制脉位调制调制波形参见书中P193图7-78.3.1PAM定义脉冲载波的幅度随着基带信号变化的一种调制方式。具有实际应用的意义!8.3.2PAM原理脉冲振幅调制波形示意图P194图7-8

3、曲顶抽样（自然抽样）自然抽样的数学表示P193抽样脉冲：抽样脉冲频谱抽样信号抽样信号频谱8.3.3实际抽样---平顶抽样1〉平顶抽样的等效系统图平顶抽样波形示意图平顶抽样（实际抽样）2〉平顶抽样的数学表示P194时域表达频域表达复习抽样定理低通信号、带通信号,掌握抽样前后信号频谱的变化，即可理解抽样定理的内容。PAM调制，自然抽样，平顶抽样8.4模拟信号的量化8.4.1量化的基本概念量化：利用预先规定的有限个电平来表示模拟抽样值的过程称为量化。抽样是把一个时间连续信号变换成时间离散的信号，而量化则是将取值连续的抽样变成取值离散的抽样。8.4.2量化器模型Q(·)量化器8.4.3量化图

4、示量化间隔量化范围[a，b]，量化级数M分层电平mi量化电平qi：抽样值被划分成M个离散电平，这些离散电平被称为量化电平。均匀量化量化误差mi+1q量化电平分层电平mmii-1i抽样信号的量化量化噪声功率计算公式：信号功率计算公式：常用量化噪声和信号的功率之比来衡量量化器的性能，称之为信号量噪比。8.4.4均匀量化量化范围(a，b)，M个间隔。【例】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：∵∴或（dB）特点：信号量噪比随着量化电平数的增加而提高。小信号的信号量噪比较小，动态范围受限。每增加一位编码，提

5、高6dB！满足信噪比要求的输入信号取值范围8.4.5非均匀量化1〉定义：根据信号的不同区间来确定量化间隔。（大信号采用大的量化间隔，小信号采用小的量化间隔）2〉优点：改善小信号信噪比；输入信号非均匀分布时，非均匀量化器输出的平均信号量噪比较高。3〉实现：利用压扩技术来实现压缩x均匀量化编码解码扩张yxy采用数字压缩技术使大信号的增益减小，同时使小信号的增益增大。由于压缩、扩张特性相反，不会引起时真。压缩扩张4〉u律压缩（美国、日本）压缩特性国际标准：u=2555〉A律压缩（中国、欧洲）信号归一化压缩特性国际标准：A=87.6X轴1½¼1/81/161/321/641/128y轴17/

6、86/85/84/83/82/81/8将对应点连接起来，形成8段线，每段线的斜率分别为168421½¼同理，还有第三象限，共有（8-2）*2+1=13条折线折线近似A律：13折线8.5.1PCM原理1〉PCM通信系统模型2〉常用码型8.5脉冲编码调制（PCM）抽样量化编码译码LPF自然二进制码折叠二进制码最高位代表极性，其他位代表绝对值折叠码的优点：a双极性信号可以采用单极性编码方法b小信号时，电平误差小0000011001010010001011000100100101101110110111111自然码折叠码例：大信号111误为011时自然码误差4个量化级，折叠码误差7个量化级小

7、信号100误为000时自然码误差4个量化级折叠码误差1个量化级PCM编码采用FBC码，原因？编码设备简单；误码对小信号影响小。3〉码位位数的选择和安排要考虑编码的质量和设备的复杂性13折线法中采用的折叠码共8位：c1至c8c1：极性c2～c4：段落码－8种段落斜率c5～c8：段内码－16个量化电平段落序号段落码c2c3c481117110610151004011301020011000量化间隔段内码c5c6c7c8151111141110141101121