第4章 模拟信号的数字传输系统.ppt

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1、第四章模拟信号的数字传输数字通信系统具有许多优点。但许多信源输出都是模拟信号。若要利用数字通信系统传输模拟信号，一般需三个步骤：(1)把模拟信号数字化，即模数转换（A/D），将原始的模拟信号转换为时间离散和值离散的数字信号；(2)进行数字方式传输；(3)把数字信号还原为模拟信号，即数模转换（D/A）。A/D或D/A变换的过程通常由信源编（译）码器实现，所以通常将发端的A/D变换称为信源编码（如将语音信号的数字化称为语音编码），而将收端的D/A变换称为信源译码。图9-1模拟信号的数字传输原理图模拟信息源抽样、量化和编码数字通信系统译码和低通滤波m(t){sk}

2、{sk}m(t)模拟随机信号数字随机序列数字随机序列模拟随机信号4.1概述问题：为什么要进行信源编码？（1）将信源输出的信号转换为数字信号形式，经过信源编码输出的信号应该是在时间上离散、在取值上为有限个状态的数字脉冲串；信源编码的目的（2）提高通信有效性，减少原消息的冗余度。数字化3步骤：抽样、量化和编码抽样信号抽样信号量化信号t011011011100100100100编码信号模拟信号数字化的方法可划分为波形编码、参量编码和混合编码三类。波形编码是直接把时域波形变换为数字代码序列，比特率通常在16kbit/s~64kbit/s范围内，接收端重建信号的质量好

3、。参量编码是利用信号处理技术，提取语音信号的特征参量，再变换成数字代码，其比特率在16kbit/s以下，但接收端重建信号的质量不够好。本章只讨论波形编码。混合编码是基于参量编码和波形编码发展的一类新的编码技术。目前用的最普遍的波形编码方法有脉冲编码调制(PCM)和增量调制（∆M）。本章在介绍抽样定理和脉冲幅度调制的基础上，重点讨论模拟信号数字化的上述两种方式，即PCM和∆M的原理及性能。4.2脉冲编码调制(PCM)脉冲编码调制(PCM)简称脉码调制，它是一种用一组二进制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而实现信号传输的方式。1.基本原理PCM是一种最典型的语

4、音信号数字化的波形编码方式。首先，在发送端进行波形编码，主要包括抽样、量化和编码三个过程，把模拟信号变换为二进制码组。编码后的PCM码组的数字传输方式，可以是直接的基带传输，也可以是对微波、光波等载波调制后的调制传输。在接收端，二进制码组经译码后还原为量化后的样值脉冲序列，然后经低通滤波器滤除高频分量，便可得到重建信号。量化电平：将消息样本在振幅域上的变化范围划分为若干量化电平（分层），将每个样本的振幅值用“四舍五入”法近似为一个附近的量化电平值。显然分层越细，近似程度越高。抽样：按固定时间间隔测取信号样本的振幅值，并用“四舍五入”法近似为一个在其附近的量化

5、电平值。抽样越密，可能的失真程度越低。编码：为量化电平设计一个进制等长编码方案，每一个量化电平对应的编码称为该量化电平对应的码字（或码组）。根据编码方案，一个按照抽样时间序列获得的信号量化电平序列被转化为一个进制编码序列（或码字序列），称为该信号的PCM编码或波形（基带信号）。编码长度：设量化电平数目（即消息样本的振幅范围分层数目）为N，用于表示量化电平编码的进制码字长度为n，则有关系Nn：或者n=logN。通常使用的是二进制编码即=2。LPF抽样量化编码信道译码噪声A/D转换PCM基本原理图抽样脉冲抽样信号抽样信号量化信号t0110110

6、11100100100100编码信号抽样、量化和编码波形图4.2.2抽样抽样是把时间上连续的模拟信号变成一系列时间上离散的抽样值的过程。能否由此样值序列重建原信号，是抽样定理要回答的问题。1.低通信号的抽样定理定理：一个频带限制在(0,fm)赫兹内的时间连续信号f(t)，如果以秒的时间间隔对它进行等间隔（均匀）抽样，则f(t)将被所得到的抽样值完全确定。设，则。抽样速率或。称无失真所需最小抽样速率为Nyquist（奈奎斯特）速率。对应的最大抽样间隔Ts称为（奈奎斯特）Nyquist间隔。定理的意义：一个连续信号具有的无限个点的信号值，可由可数个点的信号值描述

7、，从而可以实现数字化表示。多路复用：将多个信号的抽样值在时间上相互穿插形成多路复用。实际系统中，采取fs=(2.5~5.0)fm以避免失真。例如：语音信号带宽3300Hz，通常采取的抽样频率为8kHz。定理的证明：从频域角度来证明定理。设抽样脉冲序列是一个周期性冲击序列：抽样后的信号：可见，抽样后信号的频谱Fs()由无限多个间隔为s的F()相叠加而成，这意味着抽样后的信号fs(t)包含了信号f(t)的全部信息。如果s2Wm，即fs2fm时，只需在收端用一个低通滤波器，就能从Fs()中取出F()，无失真地恢复原信号。如果s<2Wm，即抽样间隔

8、Ts>1/(2fm)时，抽样后信号的频谱将在相邻的周