通信原理 第9章 模拟信号的数字传输

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1、通信原理第9章模拟信号的数字传输1数字化3步骤：抽样、量化和编码Sampling,Quantization,Coding9.1引言抽样信号抽样信号量化信号t011011011100100100100编码信号10001101000100029.2.1低通模拟信号的抽样定理抽样定理：设一个连续模拟信号m(t)中的最高频率

2、T-2/T(f)f-fHfH0fs

3、Ms(f)

4、-fHfHf

5、M(f)

6、4恢复原信号的方法：用一个截止频率为fH的理想低通滤波器就能够从抽样信号中分离出原信号。例如，典型电话信号的最高频率通常限制在3400Hz，而抽样频率通常采用8000Hz。t5带通模拟信号的频带限制在fL和fH之间信号带宽B=fH－fL可以证明，此带通模拟信号所需最小抽样频率fs等于式中，B－信号带宽；n－商(fH/B)的整数部分，n=1，2，…；k－商(fH/B)的小数部分，0

7、B3BB2B4B5B6BfL0fs最小抽样频率fs和信号最低频率fL之间的关系信号最低频率fL很大时，fs取略大于2B。7周期性脉冲序列作为载波，有4个参量：脉冲重复周期、脉冲振幅、脉冲宽度和脉冲相位（位置）。其中脉冲重复周期（抽样周期）一般由抽样定理决定，故只有其他3个参量可以受调制。3种脉冲调制：脉冲振幅调制(PAM)脉冲宽度调制(PDM,PWM)脉冲位置调制(PPM)仍然是模拟调制，因为其代表信息的参量仍然是可以连续变化的。9.3模拟脉冲调制8模拟脉冲调制波形（a）模拟基带信号(b)PAM信号(c)PDM信号(d)PPM信号

8、9PAM调制tAt(e)(c)0T2T3T-T-2T-3T(a)m(t)s(t)ms(t)fH-fHfM(f)(b)01/T0-1/Tfs

9、S(f)

10、(d)f(f)fs-fHf10自然抽样和平顶抽样自然抽样：已调信号ms(t)的脉冲顶部和原模拟信号波形相同。平顶抽样：在实际应用中，常用“抽样保持电路”产生PAM信号。H(f)m(t)T(t)mH(t)ms(t)Ms(f)MH(f)保持电路t119.4.1量化原理抽样：时间连续→时间离散量化：样值连续→样值离散量化：用M个量化电平表示连续抽样值的方法量化电平：将抽样值的范围划分成M

11、个区间，每个区间用一个电平表示。共有M个离散电平。M=2N，用N个二进制码元来代表此抽样值的大小。量化误差：连续抽样值和量化值之间产生误差9.4抽样信号的量化12量化过程图13q1,q2,…,qi,…,q7是量化后信号的7个可能量化电平，m1,m2,…,mi,…,m7为第i个量化区间的终点。均匀量化：量化间隔是均匀的；非均匀量化：量化间隔不均匀。克服了均匀量化的缺点，是语音信号实际应用的量化方式。量化一般公式量化器m(kT)mq(kT)14设模拟抽样信号的取值范围在a和b之间，量化电平数为M量化间隔为量化区间的终点为若量化输出电平

12、qi取为量化间隔的中点，则量化噪声：mq(kT)－m(kT)用信号功率与量化噪声之比来衡量。i=0,1,…,M9.4.2均匀量化15量化噪声功率的平均值Nq式中，f(mk)为抽样值mk的概率密度；信号mk的平均功率：均匀量化的平均信号量噪比So/Nq16例9.1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:信号功率平均信号量噪比或量化器的平均输出信号量噪比随量化电平数M的增大而提高。17非均匀量化的目的：在实际应用中，对于给定的量化器，量化电平数M和量化

13、间隔v都是确定的，量化噪声Nq也是确定的。当信号小时，信号量噪比也小。所以，这种均匀量化器对于小输入信号很不利。为改善小信号时的信号量噪比，在实际应用中常采用非均匀量化。9.4.3非均匀量化18信号抽样值小时，量化间隔v也小；信号抽样值大时，量化间隔v也变大。y19量化区间划分很多时，每一量化区间的曲线可近似看作一段直线。直线的斜率：作归一化处理得到非均匀量化的数学分析20为了对不同的信号强度保持信号量噪比恒定，即要求xx因此或线性微分方程，其解为：要求压缩特性具有对数特性在实际中要作适当修正，使x＝0时，y＝0。21电

14、话信号的压缩特性，国际电信联盟(ITU)制定了两种建议：实际中的非均匀量化压缩标准压缩特性近似算法应用范围A压缩律13折线法中国、欧洲、国际间互连压缩律15折线法北美、日本、韩国22式中，x－压缩器归一化输入电压；y－压缩器归一化输出电压；A－常