西安邮电大学通信与信息工程学院通信原理课件第九章 模拟信号的数字传输.pptVIP

通信原理 9.1 引言 正如第 1 章绪论所述，因数字通信系统具有许多优点而成为当今通信的发展方向。然而自然界的许多信息经各种传感器感知后都是模拟量，例如电话、电视等通信业务，其信源输出的消息都是模拟信号。 若要利用数字通信系统传输模拟信号，一般需 三个步骤： ◆ 把模拟信号数字化， 即模数转换（A/D）； ◆进行数字方式传输； ◆把数字信号还原为模拟信号，即数模转换（D/A) 模数变换：对模拟信号首先进行抽样，使其成为一系列离散的样值序列，然后对这些抽样值的大小进行离散量化，最后将量化后的样值编成有限位的数字序列。 数模变换：对接收到的数字序列先进行译码，恢复出原来的样值序列，再让其通过低通滤波器，还原出发端的模拟信号。 数字化3步骤：抽样、量化和编码。 脉冲编码调制（PCM）: PCM是最基本而且最常用的编码方法，它将量化后的信号变成二进制码元。用它实现的模拟信号数字传输系统如下： 9.2 模拟信号的抽样 抽样的实质： 是把时间上连续的模拟信号进行时间离散化的过程。 抽样定理要解决的问题是： 对什么样的信号进行抽样？ 如何抽样？ 抽样结果如何？ 抽样的分类: 根据抽样间隔分：均匀抽样和非均匀抽样 根据抽样脉冲分：理想抽样和实际抽样 抽样定理的分类： 低通抽样定理和带通抽样定理 9.2.1 低通模拟信号的抽样定理 ◆ 抽样定理： 设一个连续模拟信号m(t)中的最高频率 fH，则以间隔时间为T ? 1/2fH的周期性冲激脉冲对它抽样时，m(t)将被这些抽样值所完全确定。 可见，恢复原信号的条件是： 即抽样频率 应不小于 的2倍。 这一最低抽样速率 被称为奈奎斯特速率。 相应的最大抽样时间间隔 被称为奈奎斯特间隔。 恢复原信号的方法： 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。 为加深对抽样定理的理解，我们再从时域角度来证明抽样定理。目的是要找出m(t)与各抽样值的关系，若m(t)能表示成仅仅是抽样值的函数，那么这也就意味着m(t)由抽样值惟一地确定。 频域已证明，将 通过截止频率为 的低通滤波器后便可得到原来的调制信号 。显然，滤波器的这种作用等效于用一门函数 去乘 。 该式是重建模拟信号的时域表达式，称为内插公式。 它说明以奈奎斯特速率抽样的带限信号m(t)可以由其样值利用内插公式重建。这等效为将抽样后信号通过一个冲激响应为Sa(ωHt)的理想低通滤波器来重建m(t)。 由图可见，以每个样值为峰值画一个Sa函数的波形， 则，合成的波形就是m(t)。由于Sa函数和抽样后信号的 恢复有密切的联系，所以Sa函数又称为抽样函数。 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 大一些。 例如，典型电话信号的最高频率通常限制 在3400 Hz，而抽样频率通常采用8000 Hz。 9.2.2 带通模拟信号的抽样定理 上面讨论和证明了频带限制在fH以下的低通型信号的 抽样定理。实际中遇到的许多信号是频带限制在(fL,fH)上 且fL较大的带通型信号。如果采用低通抽样定理的抽样速 率fs≥2fH对其抽样，肯定能满足频谱不混叠的要求。 但这样选择fs太高了，它会使大段的频谱空隙得不到利用, 损失了系统效率。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。 设带通模拟信号的频带限制在fL和fH之间，如图所示。 即其频谱最低频率大于fL，最高频率小于fH，信号带宽 B = fH －fL。 可以证明，此带通模拟信号所需最小抽样频率fs等于 式中，B － 信号带宽； n － 商(fH / B)的整数部分，n =1，2，…； k － 商(fH / B)的小数部分，0 k 1。 9.3 模拟脉冲调制 模拟脉冲调制的种类 周期性脉冲序列有4个参量：脉冲重复周期、脉冲振幅、脉冲宽度和脉冲相位（位置）。 其中脉冲重复周期（抽样周期）一般由抽样定理决定，故只有其他3个参量可以受调制。 3种脉冲调制： 脉冲振