第4章 模拟信号的数字传输.ppt

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1、第四章模拟信号的数字传输4.1引言4.2抽样4.3量化4.4脉冲编码调制4.5增量调制4.6差分脉冲编码调制系统4.1引言通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统两类，而且可以把模拟信号数字化后，用数字通信方式传输。为了在数字通信系统中传输模拟消息，发送端首先应将模拟消息的信号抽样，使其成为一系列离散的抽样值，然后再将抽样值(模拟量)量化为相应的量化值(数字量)，并经编码变换成数字信号，用数字通信方式传输。在接收端则相应地将接收到的数字信号恢复成模拟消息(解码，模拟化，还原)。系统框图模拟随机信号模拟随机信号数字随机序列数字随机序列4.2抽样模拟信号数字化的第一步是在时间上对信号进行离散

2、化处理，即将时间上连续的信号处理成时间上离散的信号，这一过程称为抽样。从信息传输的角度考虑，对抽样的要求应是用时间离散的抽样序列来代替原来的时间连续的模拟信号，并要求能完全表示原信号的全部信息，也就是离散的抽样序列能不失真地恢复出原模拟信号。要把模拟信号变换成数字信号，首先必须对模拟信号进行抽样，使连续时间、连续幅度信号变成离散时间、连续幅度的离散信号。抽样定理设时间连续信号，其最高截止频率为。如果用时间间隔为的开关信号对进行抽样，则就可被样值信号来唯一地表示。或者说，要从样值序列无失真地恢复原时间连续信号，其抽样频率应选为这就是著名的奈奎斯特抽样定理。连续信号抽样示意图（图4-2）应当指

3、出，抽样频率不是越高越好，太高时将会降低信道的利用率。所以，只要能满足并有一定频带宽度的防卫带即可。抽样电路模型理想抽样样值序列频谱一个频带受限的信号经抽样后其样值序列的频谱将要展宽，即产生了一系列的上、下边带。样值序列的频谱相当于原信号的频谱搬移，即将原信号的频谱搬移到以ωs，2ωs，3ωs，…为中心的上、下两个边带位置，并且每一对边带频谱形状都与以0为中心的原被抽样信号频谱形状相同。还可以看出，如用低通滤波器滤除高频分量，取出其基带部分频谱，即可恢复原被抽样信号。频谱信号的说明有限频带信号离散频谱P32卷积结果P42三种不同抽样频率时的样值序列频谱4.3量化抽样后的信号是脉冲幅度调制

4、信号，即PAM信号。PAM信号在时间域上是离散的，但它的幅度取值仍然是连续的，因此还是模拟信号。这种幅度取值连续的PAM信号无法用有限个二进制数字信号码的组合来表示，所以在进行PCM的编码时还需要把幅度域上连续取值的样值信号进行离散化处理。量化是把信号在幅度域上连续取值变换为幅度域上离散取值的过程。通俗地说，它是将幅度域连续取值的信号在幅度域上划分为若干个分层，在每一个分层范围内的信号值用“四舍五入”取整的办法取某一个固定的值来表示。量化的示意图量化误差通常用功率来表示均匀量化把输入信号的取值域按等距离分割的量化称为均匀量化。在均匀量化中，每个量化区间的量化电平均取在各区间的中点，如图4-

5、9所示。其量化间隔(量化台阶)取决于输入信号的变化范围和量化电平数。当信号的变化范围和量化电平数确定后，量化间隔也被确定。例如，假如输入信号的最小值和最大值分别用a和b表示，量化电平数为M，那么均匀量化时的量化间隔为：，量化器输出mq=qi，mi-1＜m≤mi均匀量化示意图量化电平区间终点均匀量化的讨论信号功率Sq，量化噪声功率Nq，量化性能Sq/Nq均匀量化的主要缺点是：无论抽样值大小如何，量化噪声的均方根值都固定不变。因此，当信号较小时，信号量化信噪比也就很小，对于弱信号时的量化信噪比就难以达到给定的要求。通常，把满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围。可见，均匀量化时的信号动

6、态范围将受到较大的限制。为了克服这个缺点，实际中往往采用非均匀量化非均匀量化非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化间隔也小；反之，量化间隔就大。它与均匀量化相比，有两个突出的优点：一是当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度时，非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；二是非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量化噪声比。压缩变换实际中，非均匀量化的实现方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。所谓压缩是用一个非线性变换电路将输入变量x变换成另一变量y，

7、即。非均匀量化就是对压缩后的变量y进行均匀量化。接收端采用一个传输特性为的扩张器来恢复。通常使用的压缩器中，大多采用对数式压缩，即y＝lnx。广泛采用的两种对数压缩律是μ压缩律和A压缩律。美国采用μ压缩律，我国和欧洲各国采用A压缩律。μ压缩律式中，y是归一化的压缩器输出电压，即y＝压缩器的输出电压／压缩器可能的最大输出电压；x是归一化的压缩器输入电压，即x＝压缩器的输入电压／压缩器可能的最大输入电压；μ是压扩参数，表示压