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文档简介
通信原理电子教案广东海洋大学信息学院2012年11月《通信原理》电子教案授课班级:通信1103班、通信1104班授课教师:广东海洋大学信息学院梁能第7章模拟信号的数字传输研究内容:
7.1引言7.2抽样定理7.3脉冲振幅调制(PAM)7.4模拟信号的量化7.5脉冲编码调制(PCM)7.6增量调制(△M)7.7PCM和∆M的性能比较7.8差分脉冲编码调制(DPCM)7.9时分复用和多路数字电话系统7.10语音和图像的压缩编码第7章模拟信号的数字传输7.1引言通信系统:模拟通信系统;数字通信系统。模拟信号的数字传输---模拟信号数字化后,用数字通信方式传输。系统框图:研究重点:模拟信号数字化(A/D)及反过程(D/A)。抽样→量化→编码模拟信号数字化的3步骤:抽样、量化和编码。抽样信号抽样信号量化信号t011011011100100100100编码信号 7.2抽样定理
--模拟信号数字化的理论基础。7.2.1低通型连续信号的抽样1.抽样定理
一频带限制在(0,fH)赫内的时间连续信号m(t),若以fs≥2fH速率对m(t)等间隔(Ts=1/fs≤1/2fH)抽样,则m(t)将被所得抽样函数ms(t)完全确定。2.原理
实现抽样和恢复的原理框图如图7-2所示。信道理想抽样理想LPF)(ˆtm)(tms)(tms)(th)(tm)(tTd图7-2抽样与恢复(a)m(t)(d)ms(t)(c)T(t)0-3T-2T-TT2T3T抽样脉冲:δT(t)--周期为Ts的冲激序列。--理想抽样。条件:Ts≤1/2fH,或fs≥2fH时,没必要传送m(t)本身,就可恢复m(t)。 fs=2fH--奈奎斯特频率;
Ts=1/2fH--奈奎斯特间隔。结合该图证明抽样定理:验证条件的必要性。信道理想抽样理想LPF)(ˆtm)(tms)(tms)(th)(tm)(tTd图7-2抽样与恢复(7.2.4)抽样:(1)Ms(ω)中包含无穷多个M(ω),仅需一个理想LPF即可恢复M
(ω):式中理想LPF:截止频率ωH
,增益为1。传输函数:(2)若fs≤2fH?,则产生重叠。注:ms(t)还属模拟信号,其可视作m(t)经脉冲调制所得。(7.2.6)恢复:频域恢复:时域恢复由式(7.2.6)根据时域卷积定理,得(7.2.7)可见(7.2.8a)(7.2.8b)式中:mn---m(t)的第n个抽样值。上式表明:
任何一个频带有限的信号m(t)可以展成以抽样函数为基本信号的无穷级数,级数中各分量的相应系数就是原信号在相应抽样时刻上的抽样值。这就是说,任何一个带限的连续信号完全可以用其抽样值来表示。(7.2.8a)式中:mn---m(t)的第n个抽样值。图7-4抽样定理全过程带限还属模拟信号Sa函数:形状对应HL矩形;幅度正比于mn包含无穷多个M(ω),仅需一个LPF即可恢复M(ω)。7.2.2带通型连续信号的抽样--软件无线电技术的理论基础带通型:信号m(t)频谱限于(fL,fH)
带宽B=fH-fL1.fH(fL当然)为B的整数倍时结论:最小抽样频率
fs≥2B即可,不必fs≥2fH。2.fH不为B的整数倍时
式中n是小于fH/B的最大整数。结论:最小抽样频率(7.2.11)(7.2.9)讨论:(1)当fH(亦即fL)为B的整数倍时,k=0,fs=2B;(2)随着n的增大,fs趋近于2B;(3)实际中广泛应用的窄带(带宽为B)高频信号,其抽样频率近似为2B--因这时n很大,不论fH是否为B的整数倍,fs也近似等于2B;(4)从统计的观点,对频带受限的广义平稳的随机信号进行抽样,也服从抽样定理。7.3脉冲调制(PAM)--脉冲幅度调制7.3.1引言--脉冲调制的概念调制:基带信号改变高频载波的某一参量。连续波调制:此前的正弦载波信号。
但正弦信号并非唯一的载波形式。脉冲调制:在时间上离散的脉冲串同样可以作为载波,这时的调制是用基带信号去改变脉冲的某些参数而达到的。分类:按基带信号改变脉冲参数(幅度、宽度、出现时间位置)的不同,脉冲调制分为: ●脉幅调制(PAM); ●脉宽调制(PWM); ●脉位调制(PPM)。x(t)0x(t)0x(t)0x(t)0(a)基带信号波形(b)PAM波形(c)PDM波形(d)PPM波形ttttPAM:脉冲载波幅度随基带信号变化的一种调制方式。特别:若脉冲载波是由冲激序列组成的,则前面所说的抽样定理,就是脉冲振幅的调制原理。但,实际上真正的冲激脉冲串并不能付之实现,而通常只能采用窄脉冲串来实现。故,研究窄脉冲作为载波的PAM方式,具有实际意义。7.3.2自然抽样的PAM方式----曲顶抽样特点:抽样信号ms(t)的顶部同于基带信号m(t)。亦称曲顶抽样。模型:脉冲载波s(t):由脉宽为τ、重复周期为Ts的矩形脉冲串组成,其中Ts=1/2fH(按抽样定理确定)。其中,g(t)是宽度为τ、高度为A的门函数,其频谱为而由于
频谱:已抽样信号:所以从而(7.3.1)经LPF可恢复M(ω)。频谱图:频谱图:7.3.3瞬时抽样的PAM方式--平顶抽样特点:每一抽样脉冲的幅度正比于瞬时抽样值,但形状都相同。亦称平顶抽样
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