通信原理第7章-模拟信号的数字传输.ppt

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1、17.1引言7.2抽样定理7.3脉冲振幅调制（PAM）7.4模拟信号的量化7.5脉冲编码调制（PCM）7.7增量调制(△M)7.8PCM与△M的性能比较第7章模拟信号的数字传输27.1引言讨论目的：数字通信系统传输可靠、是发展方向；然而自然界的许多信号都是模拟的，将模拟信号转化为数字信号传输可以利用数字传输的的优点。模拟信号转化为数字信号又称为A/D变换，传输到接收端再转换为模拟信号称为D/A变换。发端的A/D变换称为信源编码，收端的D/A变换称为信源译码。3模拟信号数字化的方法：波形编码和参量编码两类。波形编码：直接将时域波形变换为数字代码序列，比特率通常在16kb

2、/s~64kb/s范围内，接收端重建信号的质量好。参量编码：利用信号处理技术，提取模拟信号的特征参量，再变换成数字代码，其比特率在16kb/s以下，但接收端重建(恢复)信号的质量不够好。主要方法：脉冲编码调制(PCM)、差分脉冲编码调制(DPCM)和增量调制(DM)。4如何将一个模拟信号转换为一个数字信号？根据数字信号的定义：1.首先将模拟信号离散化，即对模拟信号按一定的时间间隔进行抽样；2.然后再将无限个可能的抽样值（每个抽样点的可能取值）变成有限个可能取值，即量化；3.最后对量化后的抽样值用二进制（或多进制）码元进行编码，可得所需的数字信号。编码就是用一组符号（码

3、组）取代或表示另外一组符号（码组或数字）的过程。5本章在介绍抽样定理和脉冲振幅调制（PAM）的基础上，着重讨论用来传输模拟消息的两种常用的脉冲调制方式，脉冲编码调制(PCM)和增量调制(△M)的原理及性能。67.2抽样定理理想低通信号的抽样定理抽样信号的频谱抽样信号的恢复理想带通信号的抽样7抽样分类：根据信号分为：低通抽样定理和带通抽样定理；根据抽样脉冲序列分：均匀抽样定理和非均匀抽样根据抽样的脉冲波形：理想抽样和实际抽样。8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。假设一个模拟信号f(t)通过一个开关，则开关的输出与开关的状态有关，当开关处于闭合状态，开

4、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。抽样概念示意图9如果让开关受一个窄脉冲串（序列）的控制，则脉冲出现时开关闭合，则脉冲消失时开关断开，此输出y(t)就是一个幅值变化的脉冲串（序列），每个脉冲的幅值就是该脉冲出现时刻输入信号f(t)的瞬时值，因此，y(t)就是对f(t)抽样后的信号或称样值信号。抽样概念示意图10问题：当把一个模拟信号通过抽样处理变成离散信号后，为什么认为该离散信号可以携带原始信号的全部信息？换句话说，为什么认为能从离散信号中恢复出原始信号？11PCM过程实际上就是A/D转换的过程。模拟信号可以转换为数字信号

5、的理论基础就是抽样定理。抽样定理包含两个内容：低通抽样定理和带通抽样定理。127.2.1低通抽样定理定理：频带限制在(0，fh)的时间连续信号m(t)，如果以T<1／2fh秒的间隔对它进行等间隔抽样，则m(t)将被所得到的抽样值完全确定。意义：若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身,可以只传输按抽样定理得到的抽样值。因此，抽样定理为模拟信号的数字传输奠定了理论基础。13引出两个新术语：奈奎斯特间隔和奈奎斯特速率奈奎斯特间隔：能够惟一确定信号f(t)的最大抽样间隔。奈奎斯特速率：能够惟一确定信号f(t)的最小抽样频率。可见，奈奎斯特间隔为1/2fH，奈奎斯特速率为2

6、fH。14设：被抽样的信号是m(t),它的频谱表达式是M(ω)，频带限制在（0，fH)内。理想的抽样就是用单位冲击脉冲序列与被抽样的信号相乘，即ms(t)=m(t)δT(t)这里的抽样脉冲序列是一个周期性冲击序列，它可以表示为δT(t)=δ(t-nTs)抽样定理证明：15由于δT(t)是周期性函数，它的频谱δT(ω)必然是离散的，不难求得δT(ω)=δ(ω-nωs),ωs=2πfs=2π/Ts所以，根据冲击函数性质和频率卷积定理，1617如果ωs＜2ωH，即抽样间隔Ts＞1/(2fH)，则抽样后信号的频谱在相邻的周期内发生混叠，此时不能无失真地重建原信号。因此必须要求

7、满足Ts≤1/(2fH)，m(t)才能被ms(t)完全确定，这就证明了抽样定理。显然，Ts=1/(2fH)是最大允许抽样间隔，即奈奎斯特间隔，相应的最低抽样速率fs=2fH即为为奈奎斯特速率。18重建：由ms(t)恢复m(t)。令Ts=1/(2fH)，ωs=2ωH，则用截止频率为fH的理想低通滤波器，即可以由Ms(ω)中提取出M(ω)。理想低通滤波器的传递函数为冲击响应为抽样值序列19理想低通滤波器的输出为重建过程的波形为：20对于带通型信号，如果按fs≥2fH抽样，虽然能满足频谱不混叠的要求。但这样选择fs太高，会使0~fL得不到利用，降低了信道的