通信原理第8章模拟信号的数字传输课件

1、解码LPF抽样量化编码D/A解调A/D调制绪论典型数字通信系统信源发送设备信道接收设备信宿1第8章 模拟信号的数字传输 8-1 抽样定理 8-2 脉冲编码调制(PCM) 8-3 自适应脉冲编码调制(ADPCM) 8-4 增量调制系统(M) 8-5 时分复用和多路数字电话系统2低通信号的均匀抽样定理8-1 抽样定理 一个频带限制在0到fH以内的低通信号x(t) ，如果以 fs 2fH 的抽样速率进行均匀抽样，则x(t)可以有抽样后的信号完全确定。 最小抽样速率 fs=2fH 称为奈奎斯特速率， 最大抽样时间间隔 1/2fH 称为奈奎斯特间隔。3理想抽样与信号的恢复4理想低通抽样的频谱函数图5理想

2、低通抽样的证明6混叠现象7信号的重建8用低通抽样定理对带通信号进行抽样（fs=2fH） 01234567-1-2-3-4-5-6-7假设fH为1MHz，带宽为100KHzMHz9带通信号抽样定理一个带通信号m(t)，其频率限制在fL与fH之间，带宽为 B=fHfL，如果抽样速率 fs=2fH/m，m是一个不超过 fH/B 的最大整数，那么m(t)可完全由其抽样值确定。 10带通采样定理的两种情况1、若最高频率fH为带宽的整数倍，即 fH =nB ，则 fS = 2B2、若最高频率fH(n +k)B不为B的整数倍 如对高频信号，nk，则直接取两倍带宽11实际中应用广泛的高频窄带信号，如南京音乐台

3、的105.8MHz信号，带宽为180KHz，那么采样速率为？n 587， k = 7/9, n k, 所以可以简单取两倍带宽为采样速率，即采样速率为360KHz。12带通信号的抽样频谱（fs 2B ） 01234567-1-2-3-4-5-6-7138-2 脉冲编码调制（PCM） 信源发送设备信道接收设备信宿A/D调制D/A解调抽样量化编码解码LPF14PCM信号形成示意图15分层电平量化电平量化间隔恒定量化区(动态范围)量化台阶都相同的量化称为均匀量化。161、均匀量化的量化电平数M例：设信号为 ，对其均匀量化，量化间隔为0.1。量化电平数M=?172、均匀量化的量化信噪比量化噪声：量化输出

4、电平和量化前信号的抽样值之差量化信噪比：信号功率与量化噪声功率之比18不难看出：1) M增大，量化信噪比上升，可靠性提高。2) M增大，则每个量化值需更多的bit来表示，有效性下降！量化信噪比量化电平数3) 必须合理选择M，以同时满足对可靠性及有效性的要求。矛盾！折中！19量化信噪比的推导20课堂练习 设语音信号的频谱范围是(0,4000)Hz，幅度在(-2V,2V)中均匀分布。问：最低抽样频率为多少？若对其均匀量化，且每个量化值可编码为8比特，则信号的码率为多少？量化间隔为多少？量化信噪比为多少？21量化方式及量化误差量化的影响：引入量化噪声衡量方法：量化噪声功率，量化信噪功率比量化的方式：

5、均匀量化，非均匀量化22均匀量化和量化信噪功率比mmqmq过载区过载区量化区(动态范围)23均匀量化的量化信噪功率比均匀量化、信号均匀分布：量化信噪功率比证明：作业：1, 2, 3, 4, 524均匀量化的问题及解决办法问题：1. 量化台阶与信号大小无关，对小信号不利2. 量化台阶与信号分布无关，对语音等不利解决办法：1. 量化台阶随信号大小而变2. 量化台阶随信号分布而变非均匀量化25非均匀量化过程26律压缩压缩特性为：A律压缩压缩特性为：常用压缩特性27A=87.6的13折线压扩特性曲线28编码码型自然码折叠码格雷码自然码折叠码格雷码0000011100001000100011000001

6、01100001100110011101001001010011101010101111001101000010101110111110010000110110110011001010010100100111110111011011011000010101111011101001011100000100111111111000012345678910111213141529编码器(逐次比较型)30余下的问题信源发送设备信道接收设备信宿A/D调制D/A解调抽样量化编码解码LPF31译码器32PCM信号的码元速率和带宽语音信号频带：300Hz 3400Hz抽样速率：fs = 8000Hz每样点编码

7、数：8PCM码速：8*8K = 64K bpsPCM带宽：抽样函数波形：32K Hz 升余弦波形： 64K Hz33PCM系统的抗噪声性能均匀分布，均匀量化：证明：信号量化噪声误码噪声PCM系统接收端低通滤波器的输出:347-3 自适应差分脉冲编码调制（ADPCM） 自适应差分脉冲编码调制可在32kb/s的比特率上达到64kb/s的PCM数字电话质量。ADPCM已成为长途传输中一种国际通用的语音编码方法。 ADPCM是在差分脉冲编码调制（DPCM）的基础上发展起来的。35差分PCM（DPCM） 对相邻样值的差值进行编码。根据前面的k个样值预测当前时刻的样值。对当前样值与预测值之间的差量化编码。

8、 36ADPCM 有自适应系统的DPCM自适应量化自适应预测ADPCM比PCM可改善1621dB，相当于编码位数可以减少3位到4位。因此，在维持相同的语音质量下，ADPCM允许用32kb/s比特率编码378-4 增量调制系统(M)与PCM方式不同，M是将模拟信号变换成仅有一位二进制码组成的数字信号序列，来表示相邻信号的相对大小，通过相邻抽样值的相对变化反映模拟信号的变化规律。DPCM的特例预测值为上次的抽样值对差值只编一位码38M编码波形示意图 39M编译码器原理框图4010101011111101010101111110M 编码过程原信号抽样及量化编码41101010111111010101

9、01111110M 译码过程脉冲产生积分低通滤波原信号42M系统框图之二 43（a）一般量化噪声；（b）过载量化噪声 M系统的抗噪声性能分析44M极限参数最大跟踪斜率：最小振幅：最大振幅：动态范围：45量化信噪功率比 fs信噪比 。抽样速率在32kHz时，量化信噪比约为26dB，只能满足一般通信质量的要求。 fk信噪比 。M语音高频段的量化信噪比下降。证明：46误码信噪比 总信噪比 误码信噪功率比 47PCM和M系统性能的比较相同信道带宽时量化信噪比M对信道误码不敏感M设备相对简单些M的改进型常用于对话音质量要求不高小容量通信中488-5 时分复用和多路数字电话系统教学内容：时分复用原理；多路

10、数字电话系统；要求：理解时分复用的概念；掌握时分复用系统带宽估算方法；了解时分复用与频分复用的异同点。49把时间帧划分为若干时隙；各路信号占有各自时隙；目的：实现在同一信道上传输多路信号。时分复用（TDM）原理50 三路时分复用的方框图51三路时分复用的波形52数字信号时分复用A路B路合路53A路B路合路C路数字信号时分复用（每时隙1码元）54A路B路合路C路数字信号时分复用（每时隙2码元）55数字信号时分复用（每时隙8码元）A路B路合路C路56PCM数字电话系统方框图57单路编译码器在PCM系统中的使用 58PCM基群帧结构 59TDM制数字复接系列国家单位基群二次群三次群四次群STM-1S

11、TM-4STM-16北美日本kb/s1544631244736或32064274176或97723155.2Mb/s622.08Mb/s2488.32Mb/s路数2496672或4804032或1440欧洲中国kb/s2048844834368139264路数30120480192060关于多址与复用技术目的：多用户同时通信时，提高信道的利用率方法：频分：FDM, FDMA时分：TDM, TDMA码分：CDM, CDMA61FDM, FDMA从频率上划分不同信号，或区分不同用户。频段划分就是一种FDM。F1+kF2+kFn+kF1+iF2+iFm+i终端用户端局k(基站)端局i(基站)终端用户中心局62TDM, TDMA从时间上划分不同信号，或区分不同用户。排队打电话就是一种TDM。终端用户端局k端局i终端用户中心局63CDM, CDMA从编码上划分不