惠州学院彭文娟老师通信原理课件第四章模拟信号的数字化教程.pptVIP

第四章 模拟信号的数字化;总结前几章内容，我们可知： 模拟通信退出历史舞台，数字通信取而代之。 公用通信网中传输的主体信号----数字信号。 多数媒体信号，如语音信号、图像信号却属于---模拟信号。 ;Contents;;温度传感器;0;4.1 引言;4.1 引言;模拟信号x(t);PCM信号形成过程示意图;4.2 模拟信号的抽样;4.2 模拟信号的抽样; 设：s(t)－最高频率小于fH的信号，?T(t)－周期性单位冲激脉冲，其重复周期为T，重复频率fs = 1/T。 则抽样信号为： 设sk(t)的傅里叶变换为Sk(f)，则有： 式中，S(f)－s(t)的频谱，??(f)－?T(t)的频谱 ;2. 抽样定理的证明 ??(f )是周期性单位冲激脉冲的频谱： 将其代入 得到 ;S(f -nfs)是信号频谱S(f)在频率轴上平移了nfs的结果，所以抽样信号的频谱Sk(f)是无数间隔频率为fs的原信号频谱S(f)相叠加而成。 s(t)的最高频率小于fH，fs ? 2fH，则Sk(f)中包含的每个原信号频谱S(f )之间互不重叠。这样就能够从Sk(f )中分离出信号s(t)的频谱S(f)，恢复原信号s(t)。 恢复原信号的条件是： ;分别采用不同取样频率下的Sk(f)频谱图 ;; 3. 由抽样信号恢复原信号的方法 ： 从频域看：当fs ? 2fH时，用一个截止频率为fH的理想低通滤波器就能够从抽样信号中分离出原信号。 从时域中看，当用抽样脉冲序列冲激此理想低通滤波器时，滤波器的输出就是一系列冲激响应之和。这些冲激响应之和就构成了原信号。 理想滤波器是不能实现的。实用滤波器的截止边缘不可能做到如此陡峭。所以，实用的抽样频率fs 必须比 2fH 大较多。 例如，典型电话信号的最高频率限制在3400Hz，而抽样频率采用8000 Hz。;低通模拟信号的抽样过程; 实际中遇到的许多信号是带通型信号。如果采用低通抽样定理的抽样速率fs≥2fH，这样选择fs太高了，它会使0~fL一大段频谱空隙得不到利用，降低了信道的利用率。为了提高信道利用率，同时又使抽样后的信号频谱不混叠，那么fs到底怎样选择呢？带通信号的抽样定理将回答这个问题。 ;;带通信号的抽样定理; （1） 若最高频率fH为带宽的整数倍，即fH=kB。m=0，所以抽样速率fs=2fH/k=2B。 下页图画出了fH=5B时的频谱图： 抽样后信号的频谱既没有混叠也没有留空隙，而且包含有m(t)的频谱，如图中虚线所框的部分。 采用带通滤波器就能无失真恢复原信号， 且抽样速率（2B）远低于按低通抽样定理时fs=10B的要求。若fs再减小，＜2B时必然会出现混叠失真。 ;fH=5B时带通信号的抽样频谱 ;（2）若最高频率fH不为带宽的整数倍，即 fH=mB+kB, 0＜m＜1 此时, fH/B=m+k，由定理知，k是一个不超过m+k的最大整数，所以能恢复出原信号m(t)的最小抽样速率为: ; 当fL B时，k很大，所以不论fH是否为带宽的整数倍，式 可简化为 fs≈2B  ; 由图可见， 当fL = kB时，fs ＝2B 当fL很大时，fs?2B 图中的曲线表示要求 的最小抽样频率fs， 但是这并不意味着用 任何大于该值的频率抽样都能保证频谱不混叠。;实际抽样;自然抽样信号及其频谱;比较理想抽样和自然抽样的异同 ;4.3 抽样信号的量化; ;图4.3.1 抽样信号的量化 ;量化误差（噪声）;;把量化值多取几个（量化级增多），也就是把量化间隔变小，则量化噪声就会减小。显然量化噪声与量化间隔成反比。 但是在实际中，我们不可能对量化分级过细，因为过多的量化值将直接导致系统的复杂性、经济性、可靠性、方便性、维护使用性等指标的恶化。 比如，8级量化用3位二进制码编码即可；若量化级变成128，就需要7位二进制码编码，系统的复杂性将大大增加。;4.3 抽样信号的量化;均匀量化示意图;;4.3 抽样信号的量化－均匀量化;4.3 抽样信号的量化－均匀量化; 或 （dB）;; 因此，量化信噪比随量化电平数M的增加而提高， 信号的逼真度越好。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