[工学]通信原理5-模拟信号的波形编码.ppt

如何利用数字通信系统传输模拟信号？ 第五章 模拟信号的波形编码 一、脉冲编码调制（PCM） PCM过程： 抽样：把时间上连续的模拟信号转换成时间上离散的抽样信号 量化：把幅度上连续的模拟信号转化成幅度上离散的量化信号 编码：把时间离散且幅度离散的量化信号用一个二进制码组表示 数字化三步骤：抽样、量化和编码 一、脉冲编码调制（PCM） 基本原理：以模拟信号作为调制信号，以二进制脉冲序列为载波，通过调制改变脉冲序列中码元的取值 一、脉冲编码调制（PCM） 抽样定理 一、脉冲编码调制（PCM） 抽样定理（低通信号）： 一个频带限制在（0, fH）内的连续信号x(t)，如果抽样频率fs 大于或等于2fH，则可以由抽样序列{x (nTs)}无失真的重建原始信号 （1）低通信号抽样定理 设x(t)是低通信号，抽样脉冲序列是一个周期性冲激函数?T(t)，周期为Ts，xs(t)为抽样后的信号，有 xs(t)= x(t) ? ?T(t) （1）低通信号抽样定理： 进行频谱变换： （1）低通信号抽样定理： 使抽样信号通过一个低通滤波器，只允许低于?H的频率分量通过，而将更高的频率分量滤除，就能从Xs(? )无失真的恢复原信号X(? )。 若?s 2?H，则抽样信号的频谱会发生混叠现象，此时不能无失真重建原始信号 （1）低通信号抽样定理 频域重建： 时域重建： （1）低通信号抽样定理 以每个抽样值为峰值画一个抽样函数的波形，则合成的波形即为x(t) （2）带通信号抽样定理 若带通信号x(t) 的最高频率为fH，最低频率为fL，其带宽 B= ( fH - fL)与fH的关系可表示为： fH=NB+MB 式中，N是小于fH /B的最大整数，M= fH /B - N ，所以有0M1。则最低无失真抽样频率 fs 应满足： fs=2B(1+M/N) 此时空隙最小，且频谱不重叠。所以，带通信号的抽样频率在2B至4B之间变动 （2）带通信号抽样定理 带通信号的抽样频率在2B至4B之间变动 例题与习题 例：若fH = 5000Hz， fL = 4400Hz，求最低无失真抽样频率fs （2）带通信号抽样定理 当带通信号的带宽B大于信号的最低频率fL 时，便将此信号当作低通信号处理。 只有当B fL 时才使用带通抽样定理。 （2）带通信号抽样定理 例：模拟电话信号经限带后的频率范围是300Hz ~ 3400Hz，带宽B fL ，应按照低通信号进行抽样（ fs =2fH = 6800 Hz） （3）窄脉冲抽样 脉冲振幅调制（PAM）系统： 以周期冲激序列作载波的线性调制系统 原理：抽样定理 （3）窄脉冲抽样 用周期性窄脉冲代替周期冲激脉冲序列，从而实现PAM通信。 自然抽样（曲顶抽样）： 抽样脉冲的幅度随被抽样信号变化而变化。 平顶抽样（瞬时抽样）： 以取样脉冲的前沿时刻信号样值作为取样脉冲的幅度，样值脉冲顶是平的。 （3）窄脉冲抽样 自然取样 设x(t)是模拟信号，xs(t)为取样后的信号，c(t)是周期为Ts的窄脉冲序列，则有 xs(t)= x(t) ? c(t) （3）窄脉冲抽样 平顶取样 以取样脉冲的前沿时刻信号样值作为取样脉冲的幅度，样值脉冲顶是平的。 实际电路中，通过窄脉冲自然抽样和平顶保持电路来实现平顶抽样 （3）窄脉冲抽样 平顶取样 理论上，可分两步实现 进行理想抽样 用一个冲激响应是矩形的网络对样值进行保持 （3）窄脉冲抽样 平顶取样 网络的冲激响应为矩形脉冲： 网络的传递函数： 2. 量化 量化：对幅度进行离散化的过程 即利用预先规定的有限个电平来表示模拟抽样值的过程 其中，y 有 L 种取值，有 y=Q(x) 量化特性曲线 图a为均匀中升型； 图b为非均匀中升型； 图c为均匀中平型； 图d为非均匀中平型。 2. 量化 当输入信号幅度落在xk与xk+1之间时，量化器输出量化电平yk 其中，xk----分层电平 ?k=xk+1-xk----量化间隔或量阶、阶距 量化误差（量化噪声）: q = x-y = x-Q(x) 量化噪声的影响需用平均功率来度量 其中，px(x)是输入信号的幅度概率密度 由于有L个量化间隔，可把积分区域分割成L个区间，则上式可写成 量化误差（量化噪声）: 当量化间隔数L1，且量化间隔? k很小时 其中，V是量化器的最大量化电平 当输入电平超出量化电平时，过载噪声功率 当Px(x)对称分布时 2. 量化 量化有两种方式 均匀量化：量化间隔相等的量化 非均匀量化：量化间