华北电力大学_通信系统原理第5章讲义.ppt

第5章 模拟信号的数字传输;第5章 模拟信号的数字传输;基于微机的数据采集系统;在数字通信系统中信道传输的是数字信号。但自然界中，有些信源是以模拟形式出现的，如话音、图像等。因此在进行数字通信时往往需先对信号（模拟的）数字化。;模拟信号的数字传输系统;模拟信号数字化的过程一般分三步;;第5章 模拟信号的数字传输;5.2 模拟信号的抽样;2.证明（包含两个问题）;频率卷积;问题：如何确定抽样频率的选择？;;得到结论：;抽样频率不同时， 的变化如图;2) 如何利用抽样值恢复原始信号;从时域上分析：;m(t)在时间域的表达式可以由抽样值构成，即将每个抽样值和一个抽样函数相乘后得到的波形加起来就得到原信号m(t)。;基于Systemvue仿真;500Hz抽样恢复的波形;100Hz抽样恢复的波形;问题：带通信号的抽样;5.2.2 带通抽样定理;证明第（1）种情况;示意图;证明第（2）种情况;T;每次需多移 ;抽样频率与信号最低频率fL之间的关系;例题5-1;思考：;第5章 模拟信号的数字传输;5.3 实际抽样;5.3.1 自然抽样（曲顶）;例5-2* 周期性矩形脉冲信号的频谱;从数学表达式考虑：;已抽样信号的频谱为：;5.3.2 瞬时抽样;3、瞬时抽样（平顶）模型;;所以，恢复模型变为：; 内 容 类型;第5章 模拟信号的数字传输;5.4 脉冲调制;;第5章 模拟信号的数字传输;5.5 模拟信号的量化;5.5.1 量化及其量化特性 ;量化过程示意图;3. 量化电平;5 .量化误差;它要求两个方面满足要求： ;5.5.2 均匀量化;;例如：当信号的变化范围和量化电平数确定后，量化间隔也确定。;2、量化信噪比;例5-3;N增加1位，提高6dB。 ;要想提高 ，均匀量化只好提高M，而M大了，相应编码位数N大，数据速率高，有效性低。 ; 由上例可知，量化信噪比随量化电平数M的增加而提高， 信号的失真度越小。通常量化电平数应根据对量化信噪比的要求来确定。  均匀量化器广泛应用于线性A/D变换接口，例如在计算机的A/D变换中，N为A/D变换器的位数，常用的有 8位、12位、 16位等不同精度。另外，在遥测遥控系统、仪表、图像信号的数字化接口等中，也都使用均匀量化器。  ;小，信号 ;5.5.3 非均匀量化;实现方法：;通常采用对数压扩特性;;1. 对数压缩特性;常见压扩特性曲线， 对数压缩特性 (a) μ律； (b)A律;2、折线近似法;;;计算各段的斜率;;;分析13折线与A律的逼近程度：;其他段也基本相同——很逼近。 ;给出13折线和A律分段时的x比较值;第5章 模拟信号的数字传输;5.6 脉冲编码调制;实际应用;;;自然码的特点;折叠码的特点;2.码位数的选择;3 .码位安排;段 落 码 ;段落码与各段的关系;C5C6C7C8:第5至8位码为段内码，这4位码的16种可能状态用来代表每一段落内的16个均匀划分的量化级。 ;考察量化间隔;3 .编码方法——逐次比较法;例题5-4：设输入信号抽样值为+1270个量化单位，采用逐次比较法，将它按A律13折线编成8位码。; C2：IS=1270128，则C2＝1 C3用来确定它属于5~6段，还是7~8段。 第7段起点电平Iw=512 IsIw C3 =1 在7－8段 C4确定是第7段还是第8段 第8段起点电平Iw=1024 IsIw C4 =1 在第8段 ;确定段内码(C5 C6 C7 C8)：;确定段内码：;结论：;5.6.3 脉冲编码调制（PCM）;完成已抽样序列信号到数字信号的变换;2.PCM系统的抗噪性能 ;;考虑;(1)只考虑量化噪声时的系统性能：;量化噪声的功率谱密度为：;设信道理想，译码不引入失真，LPF传递函数为：;任务：求解（编）译码端的量化均方误差：;（编）译码端的量化噪声功率谱为：;根据抽样定理的证明：;结论：;（2）只考虑信道加性噪声的影响时：;一个码组由于误码在译码器输出端造成的平均误差功率：;;最后： ;（3）总信噪比:;结论3： PCM系统抗噪性能通常用量化器的量化信噪比决定; 结论4：PCM系统输出信噪比与系统带宽成指数关系 ;第5章 模拟信号的数字传输;5.7 差分脉冲编码调制DPCM）; 在PCM中，每个波形样值都独立编码，与其他样值无关， 这样，样值的整个幅值编码需要较多位数，比特率较高， 造成数字化的信号带宽大大增加。然而，大多数以奈奎斯特或更高速率抽样的信源信号在相邻抽样间表现出