模拟信号数字化传输.ppt

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1、模拟信号数字传输电力工程学院谭阳模拟信号的数字传输---模拟信号数字化后，用数字通信方式传输。系统框图:研究重点：模拟信号数字化（A/D）及反过程（D/A）。抽样→量化→编码3.1引言通信系统：模拟通信系统；数字通信系统。PCM信号形成过程示意图3.2抽样所谓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样值序列的过程。抽样概念示意图抽样：不断地以固定的时间间隔采集模拟信号当时的瞬时值。当开关处于闭合状态，开关的输出就是输入，即y(t)=f(t)，若开关处在断开位置，输出y(t)就为零。一频带限制在(0,fH)赫内的时间连续信号m(t)，若

2、以fs≥2fH速率对m(t)等间隔（Ts＝1/fs≤1/2fH）抽样，则m(t)将被所得抽样函数ms(t)完全确定。3.2.1抽样定理－－模拟信号数字化的理论基础。3.1低通型连续信号的抽样1.抽样定理若抽样速率fs＜2fH，则会产生失真，这种失真叫混叠失真。2.混叠失真条件：Ts≤1/2fH,或fs≥2fH时，没必要传送m(t)本身，就可恢复m(t)。原理抽样脉冲：δT(t)－－周期为Ts的冲激序列。－－理想抽样。fs=2fH－－奈奎斯特频率；Ts＝1/2fH－－奈奎斯特间隔。理想抽样信号波形及其频谱实际应用中一般要留有一定的防卫带，取fs>

3、2fH。例如话音信号的最高频率被限制在3400Hz，抽样频率应大于2×3400=6800Hz，为了留有一定防卫带，ITU-T规定话音信号的抽样频率为fs=8000Hz，Ts=1/8000=125s。抽样频率越高，对防止频谱混叠越有利，但将使总码速率增高，给传输带来不便。抽样理想抽样与信号恢复问题：模拟信号进行抽样以后，其抽样值还是随信号幅度连续变化的。当这些连续变化的抽样值通过噪声信道传输时，接收端不能准确地估计所发送的抽样。措施：发送端用预先规定的有限个电平来表示抽样值，且电平间隔比干扰噪声大，则接收端将有可能准确的估值所发送的抽样。因此，

4、有可能消除随机噪声的影响。模拟信号的量化定义：用有限个电平表示模拟抽样值的过程称之为量化。抽样：时间连续信号→时间离散信号；量化：幅度连续信号→幅度离散信号－－可用数字信号表示。分类：均匀量化－－基础；非均匀量化－－实用。模拟信号的量化均匀量化●－－抽样值（真值）m(kTs)∆－－量化值mq(kTs)M－－量化级:(a,b)－－模拟信号m(t)的取值域。●量化器输出式中mi---第i个量化区间的终点●量化器的输入信号的取值域按等距离分割的量化。●每个量化电平取在各区间的中点。●量化间隔（量化台阶）：图3-3-3量化值与量化误差均匀量化量化误差信

5、号量噪比均匀量化可见，量化噪声功率与∆v成正比，与输入信号大小无关。量化噪声功率绝对误差:相对误差:小信号时，大！量化器的输出信噪比随量化电平数的增加而提高。无论信号大小如何，量化间隔Δ都相等，量化噪声功率Nq固定不变。因此小信号时的量化信噪比太小，难以达到给定的要求；而大信号的量化信噪比较高。通常，把满足信噪比要求的输入信号的取值范围定义为动态范围。因此，均匀量化时输入信号的动态范围将受到较大的限制。均匀量化的特点非均匀量化好处：●改善了小信号时的量化信噪比；●输入信号具有非均匀分布的pdf时(实际中，小信号出现的概率大），可得到较高的平均信

6、号量化噪声功率比。实现方法：将抽样值先压缩，再进行均匀量化。在收端，相应地加有扩张器。模型：出发点：m(t)小时，∆v亦小；－－量化误差m(t)大时，∆v(量化间隔）亦大。●压缩器的作用：相当于非线性放大器；压大补小”－－如对数型特性。●扩张器的作用：特性与压缩器相反。结果：提高小信号的Sq/Nq，减小大信号的Sq/Nq；输入动态范围变大。广泛采用两种对数压缩律:μ压缩律（美国）A压缩律（中国、欧洲）非均匀量化压缩与扩张示意图A律压扩特性在实用中，选择A等于87.6A律压缩特性可用13折线来近似。式中A为压缩系数，表示压缩程度。A＝1时，y=x

7、，为无压缩即均匀量化情况。A值越大，在小信号处斜率越大，对提高小信号信噪比越有利。1、模拟压缩特性--（A87.6/13—PCM30/32路）（1）A律13折线●y—均匀分8段。●x—非均分8段，斜率：●13折线－－总段数16。●13折线和A律（A=87.6）曲线十分逼近。2.数字压缩特性●∆vi不同：每一段再做16等分量化（每一段分16个量化级）。最小量化间隔－－量化单位：例：1/2可表示为1024∆，1－－2048∆）。2.数字压缩特性（1）A律13折线三、编码编码是用一定位数的二进制码元组合成不同的码字来表示量化后的样值。1、线性编码对应

8、于均匀量化特性的编码叫做线性编码，如图3-9中，设量化级数为N＝8，则用3位二进制码a1a2a3表示（其中：a1为极性码）。图3-9编码的过程A律13