通信原理电子教案2014秋采用第7章

1、第 七 章模拟信号数字化（1）通信原理模拟信号数字化第1节-引 言模拟信号数字传输方框图 模拟随机信号 数字随机序列 数字随机序列 模拟随机信号模拟信源抽样 量化和编码数字传输系统译码和低通滤波收终端模拟信号数字化第2节-抽样定理 文字定理（P187） -设有频带限制在（0，fH）Hz内的时间连续信号m（t），若以每秒不小于2fH的速率对m（t）进行等间隔抽样， m（t）将被所得抽样值完全确定！ 1、低通型抽样定理含义？证明？收端重建的模拟信号m（t）低通型模拟信号m（t）当fs（=1/Ts）满足抽样定理（即：fs2fH）时：已抽样信号ms（t）Ts抽样定理的含义LPFm（t）Ts（t）ms（

2、t）m（t）h（t） H（）发 端收 端 ？抽样定理的证明mS(t)0Ts2Ts3TstT(t)0Ts2Ts3Tstm(t)M(f)-fH fH0fS0fST(f)-fH fHMs(f)发端抽样时、频域图形2、带通型抽样定理设模拟信号m（t）频带限制在（ fL ，fH）Hz内， fs=？（注：m（t）的带宽B=fH-fL ） fH =nB时（n为任意正整数） fs = 2iB (i=1,2,3且一般i=1) fH nB = nB + kB时（ k1） fs = 2B（ 1k/n）模拟信号数字化第3节-脉冲振幅调制脉冲调制的分类 用m(t)去控制载波脉冲的参数： 幅度、宽度、时间位置 脉冲调制分

3、类：脉幅调制(PAM)脉宽调制（PDM）脉位调制（PPM） 概念：脉冲载波振幅随m(t) 变! （注：抽样频率按抽样定理选） 分类 曲顶抽样-ms(t)的顶部随m(t)变化(曲顶) 平顶抽样- ms(t)的顶部不随m(t)变化(平顶)PAM（脉冲调制的主要方式）曲顶抽样（自然抽样） 形成电路 低通m（t）s（t）ms（t）m（t） 截频为fH抽样周期： （由抽样定理） S()为包络按Sa(x)变化的冲激串S(t)（矩形脉冲串）表达式:平顶抽样（瞬时抽样） 结论： MH()= Ms() H()(H()是的函数 ) 收端直接低通滤波无法获得M() 形成电路 t脉冲形成H()m(t)T (t)sms

4、 (t)smH (t)s 解调原理 说明： 实际平顶抽样常用“抽样保持电路” 脉冲形式可任意!模拟信号的量化模拟信号数字化第4节-将ms(t)的幅值域分成M个量化级(层). 每层设一量化电平 量化过程-mq(t)与mS(t)的近似程度用下参数衡量:s 定义 对m(t)幅值域等间隔分层的量化 分类 均匀中升型（无0电平）均匀中平型（含0电平） 量化间隔 -设mS(t)幅值域为（a,b） 则量阶 量化输出当mi-1mmi mi(=a+iv )-第i量化级终点电平 qi -第i量化级的量化电平1、均匀量化 均匀量化的问题 弱信号的相对误差强信号的相对误差（例？） 若弱信号出现可能性较大,须用非均匀量

5、化!定义-量阶不固定 x量阶v x量阶v 分类 非均匀中升型（无0电平） 非均匀中平型（含0电平）2、非均匀量化 实现原理 -样值压缩后再均匀量化 压缩(非线性电路)-输出: y=f(x) 扩张(非线性电路)-输出: y=f-1(x) xyZZxy压缩f（x）均匀量化编码译码扩张f（X）抽样LPF 律压缩特性压缩规律 压缩特性近似满足下对数规律 注: y = -归一化压缩器输出电压输出电压最大输出电压 x = -归一化压缩器输入电压输入电压最大输入电压 =0时:无压缩作用(直线) 0时:压缩明显 压缩作用-y是均匀的，而x是非均匀的信号越小x也越小 定性分析 A律压缩特性 压缩规律 A-压缩率

6、我国A=87.6压缩特性的折线近似 用折线段逼近连续对数函数，便用数字电路实现 A律-13折线，律-15折线如A律13折线的总压缩特性模拟信号数字化第5节-脉冲编码调制PCM系统抽样量化编码数字信道译码LPF噪声抽样脉冲 m（t）m（t）mS（t） P0（t）mS（t）mq（t）概念均匀的量化级数(量化电平数) M=2N线性编码-用N位二元代码的M种码型表每一量化样值的过程 举例 M=16，N=4 时（见P206表7-5，图7-19）常用二进制码型 线性编码码位安排(N=8)逐次比较型编码器电阻网络型译码器 1 正 0 0 0 0 0 0 0 0 负 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0

7、 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 8 4 2 1 权值C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8非线性编码(A=87.6的13折线非线性编、译码器)逐次比较型编码器PAM信号入整流器保持电路比较器恒流源记忆电路7/11变换电路极性码C1IsIW后7位码 C2C7恒流源记忆电路7/11变换电路寄存读出极性控制电阻网络型译码器PCM系统的平均信噪功率比 -N：码组码元位数(编码长度),Pe：误码率(量化信噪比) (加性信噪比)增量调制模拟信号数字化第6节-设 想 M以一位二元码表相邻样值的相对大小 若以ms（tk）和ms（tk-Ts）表两相邻样值，则： ms（tk）= ms（tk） -

8、 ms（tk-Ts） 0 发“1” ms（tk）= ms（tk） - ms（tk-Ts） 0 发“0” 若以阶梯波m（t）（预测信号）去近似m（t），并在抽样时刻比较两者，误差用eq（ti）表，则： eq（tk） = m（tk）- m（tk）0 输出“1” eq（tk） = m（tk）- m（tk ）0 输出“0”M系统原理框图本地译码器抽样判决器数字信道译码器低通积分器又称预测器积分器P0(t)m(t)m(t)e(t)eq(t)频率为fs的抽样脉冲判决0电平 一般量化噪声 由来: 若m(t)与m(t)有良好近似关系,则量化 误差信号e(t)经LPF的响应为一般量化噪声 平均功率 Nq= Ee

9、2(t) = (1/3)2e（t）2 Nq S/Nq过载噪声TS 影响-m0(t)严重 失真! 解决办法： 合理选、t(或fs) 使: 由来： 积分器斜率： 当m（t）斜率K时，引起过载失真！（固定不变）空载噪声 由来: m(t)造成 影响 收端LPF输出失真: m(t)直流 峰-峰值为的交变分量 m(t)微变分量峰-峰值为的交变分量 解决办法 m(t)中不含直流分量 满足正常编码条件：量化信噪比fs -抽样频率fk -m(t)的频率之一fm-m(t)的上限频率结论: fk和fm给定下:fs 系统此性能越好!(优点)fs B 系统有效性越差!(缺点)加性信噪比f1 -m(t)下限频率fk -m

10、(t)频率之一Pe-数字信道误码率结论: fs、fk和f1给定下:与Pe成反比!即: Pe 模拟信号数字化第7节- 性能比较PCM与DM的 抗噪声性能方面 特点方面 成本方面抗噪声性能方面 量化信噪比 设： 两者具相同数码率：fs=2Nfm fk=1KHz ，fm=3KHz 则：N4 时：（S0/Nq）DM （S0/Nq）PCM N4 时：（S0/Nq）DM （S0/Nq）PCM 结论：PCM的N 4 PCM这方面性能好！ 设： m（t）频率域为(300,3400)Hz （即：f1=300Hz，fm =3400Hz ） fs = 2Nfm =88KHz= 64KHz则： fk 2.4KHz时：

11、（S0/Ne）DM （S0/Ne）PCM fk 2.4KHz时：（S0/Ne）DM （S0/Ne）PCM 结论： 从统计角度,话音信号取fk 2.4KHz 的可能性较大 话音DM系统此性能好！ 加性信噪比特点方面 异同点(已介绍) 抽样频率与传输速率 PCM: Rb=Nfs=2Nfm DM: Rb=fs 最小带宽 BPCM(Nfm) BDM(fs/2) 结论:DM系统有效性优于PCM 成本方面 PCM码组长、设备复杂。 DM用一位代码表信号的相对变化，系 统设备简单易实现,因而成本较低!TDM和多路数字电话 模拟信号数字化第9节-复用意义复用器信道解复用终端1终端2终端n至终端1至终端2至终端n合群分群1分路1分路抽样放大LPF放大LPF群路编码码型变换群路译码再生四线信道二线300340030