第九章 模拟信号的数字传输.pptVIP

第九章 模拟信号的数字传输 9.1 引言 9.2 模拟信号的抽样 9.3 脉冲振幅调制（PAM） 9.4 模拟信号的量化 9.5 脉冲编码调制(PCM) 9.8 时分复用和多路数字电话系统 9.1 引言 模拟信源编码技术分类 波形编码 把时域波形直接变换为比特流 传输速率较高，16~64kbps 如： ITU G.712标准中，PCM为64kbps ITU G.721标准中，ADPCM为32kbps 重建信号质量好 参量编码（声码器） 提取语音信号频谱、基音、清浊音等特征参量，再变换为比特流 传输速率低，1.2～4.8kbps 重建信号质量较波形编码差 混合编码（改进的声码器） 将部分波形信息和若干特征参量混合编码 较好的语音质量 较低的传输速率(8~16kbps) 广泛用于GSM、CDMA等无线商用系统中 PCM系统模型 抽样、量化及编码 语音信号数字化（PCM)步骤 抽样 在等间隔处测量信号幅度 将时间连续信号变为时间离散信号 抽样后得到的信号为模拟信号，不能直接用数字系统进行传输 抽样速率fs的选取原则 fs等于由语音信号产生抽样样值的速率 量化 利用预先规定的有限个电平来表示模拟抽样值 把取值连续的抽样变为取值离散的抽样 量化得到多进制数字信号 量化过程引入的量化误差无法消除 量化电平数M的多少决定量化误差的大小 编码 将量化后的多进制数据变为二进制数据 每个抽样样值的编码位数n=log2M 编码后输出的二进制数据的速率Rb=n?fs. 9.2 模拟信号的抽样 9.2.1 低通抽样定理 [问题的引出]对截止频率为fH赫兹的低通信号,如何进行抽样(多长间隔取一个样值)才能保证接收端可以无失真地恢复出原始信号？ [定理]一个频带限制在(0,fH)赫兹内的时间连续信号m(t)，如果以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。 低通抽样定理的证明与理想抽样 周期冲激序列及其傅立叶变换 理想抽样信号波形、频谱表达式 取样定理图解 混叠现象 理想抽样信号的重建 理想低通滤波器冲激响应与传递函数 理想低通滤波器输出信号波形与频谱 信号重建波形示意图 9.2.2 带通信号抽样定理 问题的引出 对下截止频率为fL，上截止频率为fH的信号，如果信号带宽B=fH-fL远远小于中心频率f0=(fH+fL)/2，所需要的抽样频率fs是否必须大于2fH? 例如对于f0=100MHz的信号，如果B=20kHz，所需要的取样速率为多少？ 低通抽样定理：fs?200.04MHz 带通抽样定理：fs=40kHz fH=nB时带通信号的抽样频谱 fH=nB时带通信号的抽样频谱 fH=nB+kB，fs=2B fH=nB+kB fs与fH的关系 9.3 脉冲振幅调制(PAM) 脉冲调制基本原理 正弦波（连续波）调制与脉冲调制 PAM、PDM与PPM 自然抽样 平顶抽样 自然抽样 周期矩形脉冲序列 周期矩形脉冲序列的波形 周期矩形脉冲序列的频谱 自然抽样信号波形、频谱表达式 自然抽样图解 平顶抽样 脉冲形成电路 平顶抽样信号及频谱表达式 平顶抽样图解 9.4 模拟信号的量化 量化噪声 量化噪声功率比 9.4.1 均匀量化 均匀量化：把输入信号的取值域按等距离分隔，每个量化区间的量化电平均取在各区间的中点。 均匀量化特性 量化间隔相等，且 其中量化器量化范围为[a,b],量化电平数为 M 量化电平 分层电平 量化器输出信号功率Sq 信号量化噪声功率比 〔例9.4.1〕 设一M个量化电平的均匀量化器，其输入信号在区间[-a,a]具有均匀概率密度函数，试求该量化器平均信号功率与量化噪声功率比（量化信噪比） 均匀量化的特点 在固定量化间隔 时，均匀量化时的量化噪声功率与输入的抽样值大小无关 如果输入信号在[-a,a]区间上均匀分布,均匀量化信号信噪比只与量化电平数M有关 在固定量化间隔 时，弱信号的量化信噪比较低，而强信号的量化信噪比较高 电话信号采用均匀量化主要缺点 电话信号的动态范围40dB～50dB 发话人的音量、习惯、情绪等因素，约30dB 线路损耗：25~30dB 电话信号要求的信噪比应大于25dB 如果采用均匀量化器所需的编码位数n?12 语音信号取小信号的概率大，而均匀量化时小信号量化信噪比远远小于大信号 9.4.2 非均匀量化 根据信号的不同取值区间来确定量化间隔 信号取值较小 ???较小 信号取值较大 ???较大 优点： 当输入信号具有非均匀分布的概率密度时，量化器输出具有较高的平均量化信噪比 量化噪声对大、小信号影响大致相同，改善了小信号时的信噪比 对