通信原理第六章.pptxVIP

第6章 模拟信号的数字化传输主要内容抽样的基本概念及抽样定理量化、均匀和非均匀量化及量化噪声分析PCM编码的方法及量化信噪比频分复用、时分复用与数字复接技术第一页，共六十四页。6.1 引 言模拟信号的数字传输系统要想在数字通信系统上传输模拟信号，就必须将模拟信号转换成数字信号，一般需经三个步骤：① 把模拟信号数字化，即模数转换(A/D)；② 进行数字方式传输；③ 把数字信号还原为模拟信号，即数模转换(D/A)。第二页，共六十四页。6.2 脉冲编码调制图6.2.1 PCM系统原理框图第三页，共六十四页。6.2 脉冲编码调制PCM包括取样、量化和编码三个步骤：取样是把在时间上连续的模拟信号m(t)转换成一系列时间上离散的取样值；量化是把幅度上连续的模拟信号转换成幅度上离散的量化信号；编码是把时间离散且幅度离散的量化信号用若干位二进制表示，由此得到的二进制序列称为PCM信号。PCM信号经数字通信系统传输到达接收端，接收端对它们进行适当的分组，重建量化值，然后经低通滤波器，便可得到重建信号m'(t)。第四页，共六十四页。6.2 脉冲编码调制Ts第五页，共六十四页。6.2 脉冲编码调制m(t)ms(t)?Ts(t)取样（采样、抽样）取样：将模拟信号与取样脉冲信号相乘。Ts：取样间隔；fs =1/Ts ：取样频率。m(t) ：模拟信号?Ts(t)：取样脉冲ms(t) ： 取样信号第六页，共六十四页。6.2 脉冲编码调制图6.2.3 取样过程的时间函数和对应的频谱图 第七页，共六十四页。6.2 脉冲编码调制低通取样定理一个频带限制在0~ fH范围内的模拟信号，若取样速率大于等于2 fH，则可由样值序列无失真地重建原始信号。否则取样信号将出现频谱混叠，不能从中恢复原始信号。fs=2fH为奈奎斯特速率，它是取样的最低速率；Ts=1/fs=1/(2fH)为奈奎斯特取样间隔，它是所允许的最大取样间隔。第八页，共六十四页。6.2 脉冲编码调制图6.2.4 有混叠的取样信号频谱图第九页，共六十四页。6.2 脉冲编码调制实际应用时应注意的问题(1) 在实际应用中，一般都用高度有限，宽度很窄的脉冲作为取样脉冲。当窄脉冲的宽度远小于其周期Ts时，可近似为周期冲激序列。(2) 在实际应用中，接收端用于恢复原模拟信号的低通滤波器不可能是理想的。为能较好地恢复信号，要求发端取样器的取样频率fs>2fH（理论上fs=2fH就可以了），否则会使信号失真。考虑到实际滤波器的可实现特性，一般 fs=2.5fH~3fH。第十页，共六十四页。6.2 脉冲编码调制(3) 实际被取样的信号波形往往是时间受限的信号，因而它们不是频带受限信号。但由于它们的能量主要集中在有限的频带内，因此在实际取样时，应使用一个带限的低通滤波器先对要取样的模拟信号m(t)进行滤波，滤除fH以上的少量频率成分，否则取样后会产生混叠。因此，此低通滤波器也称为抗混叠滤波器。第十一页，共六十四页。6.2 脉冲编码调制BM( f )ffLfHf0fLfH0f0带通取样定理带通信号：B<<f0的信号。其中：设频率范围为fL~fH，则 带宽 B=fH-fL 中心频率 f0= (fL+fH)/2 第十二页，共六十四页。6.2 脉冲编码调制带通信号的低通取样第十三页，共六十四页。6.2 脉冲编码调制由图可以看出：可以用低通信号取样定理所规定的取样频率对带通信号进行取样，所不同的是，恢复原带通信号m(t)时要用带通滤波器(带通滤波器的传输特性如图频谱图中虚线所示)，而不是低通滤波器。由于带通信号的最高频率fH通常很高，所以此时的取样速率fs≥2fH非常高，实现起来相当困难，甚至无法实现。取样后的频谱图上有许多空隙没有充分利用，也就是说，fs没有必要选得那样高，只要取样后的频谱不出现重叠并能用滤波器取出原信号的频谱即可。第十四页，共六十四页。6.2 脉冲编码调制带通取样定理一个带通信号m(t)具有带宽B和最高频率fH，如果取样频率fs=2fH/m， m是一个不超过fH/B的最大整数，那么m(t)可以用取样值m(kTs)来表示。设fH=(n+k)B，其中n为整数，0?k<1，则第十五页，共六十四页。6.2 脉冲编码调制特例： 当fH=nB时，m=n，则 fs=2fH/m=2B。第十六页，共六十四页。6.2 脉冲编码调制Ms(f )Ms(f )fs=5 kHz0-3-2-1123f/kHz023fs77.52.5f/kHz例：已知M( f )0-2.5-22.52f/kHzfs=1 kHz第十七页，共六十四页。6.2 脉冲编码调制量 化所谓量化，就是用预先规定的有限个电平来表示取样值。这些预先规定的电平称为量化电平。相邻两个量化电平之间的间隔称为量化台阶(或称为量化间隔)。量化的具体过程是：将取样值与各个量