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1、1,第七章 模拟信号的数字传输,7.1 引言7.2 抽样定理7.3 脉冲振幅调制7.4 模拟信号的量化7.5 脉冲编码调制7.6 增量调制,2,7.1 引言,模拟信号的数字传输,从通信中的调制概念来看,可以认为是模拟信号调制脉冲序列,载波是脉冲序列PAM Pulse Amplitude ModulationPDM Pulse Duration ModulationPPM Pulse Position ModulationPCM Pulse Code Modulation,3,7.2 抽样定理,一个频带限制在（0，fH）内，时间连续信号m（t），如果以不大于1/2fH秒的间隔对它进行等间隔抽样，
2、则m（t）将被所得到的抽样值完全确定。带通抽样定理 信号频谱范围fL fH 抽样频率fS应满足 fS=2B（1+k/n）B=fH fL n fH/B的最大整数 k=fH/B n 0 k 1,4,fS=2B（1+k/n）fL 0B fH B2B n=1fL B2B fH 2B3B n=2带通信号的抽样频率在2B至4B间变动,5,例 若fH=3B 按低通抽样定理,则要求 fS6B 若fS=2B,怎样?,带通抽样定理在频域上的理解,以 fs=2B抽样,抽样后,各段频谱之间不会发生混叠,采用带通滤波器,仍可无失真地恢复原始信号,6,若fH=nB+kB 0k1 即fH 不再是B的整数倍.fS=2B,n=
3、5,k0 情形:,若要使频谱无混叠，则必须使,7,推广到一般情况,于是得,8,7.3 脉冲振幅调制（PAM）Pulse Amplitude Modulation,脉冲振幅调制，即脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。已抽样信号的脉冲顶部随m（t）变化 曲顶脉冲调幅（自然抽样）平顶脉冲调幅,9,脉冲形成电路,平顶抽样信号的产生,10,平顶抽样的PAM频谱 是由 加权后的周期性重复的 组成。是 的函数，不是常数，所以采用低通滤波器不能直接从 中滤出所需基带信号。,1/H(),低通,平顶抽样时PAM信号的解调方框图,11,7.4 模拟信号的量化 量化是将取值连续的抽样变成取值离散的抽样,量化区
4、间端点,量化电平,12,量化信号 与m(原信号)的近似程度用信号,量化噪声功率比衡量,13,7.4.1 均匀量化 把输入信号的取值域按等距离分割的量化,在均匀量化中,每个量化区间的量化电平取在各区间的中点.输入信号的最小值a,最大值b,量化电平数M量化间隔(量化台阶)量化器输出 第i个量化区间的终点 第i个量化区间的量化电平,14,量化噪声功率,均匀量化时,量化噪声的均方根值固定不变,当m(t)较小时,则信号量化噪声功率比就很小.满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围.均匀量化时的信号动态范围将受到较大限制,15,7.4.2 非均匀量化,根据信号的不同区间来确定量化间隔，对信号取值小的
5、区间，量化间隔v也小，反之，量化间隔就大，因此，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例，改善了小信号时量化信噪比。实现方法：抽样值先压缩，再均匀量化 y=f（x）f 非线性变换 接收端 x=f-1（y）采用扩张器恢复x,16,1.压缩律,x，y归一化压缩器输入、输出电压 压扩参数 当量化级划分较多时，每一量化级中的压缩特性曲线均可看成直线。,量化误差,17,18,当1时,是压缩后量化级精度提高的倍数,也就是非均匀量化对均匀的信噪比改善程度,当=100 小信号 x0 QdB=26.7dB 大信号 x=1 QdB=-13.3dB,19,10,20,30,40,-10,-20,-30,-40
6、,-50,x(dB),S/N(dB),采用压扩提高了小信号的信噪比,从而相当于扩大了输入信号的动态范围,有无压扩的比较曲线,20,2 A压缩律,21,7.5 脉冲编码调制 常用的二进制码有自然二进码和折叠二进码两种,样值脉冲极性 自然二进码 折叠二进码 量化级 1 1 1 1 1 1 1 1 15 正 1 1 1 0 1 1 1 0 14 1 0 0 0 1 0 0 0 8 0 1 1 1 0 0 0 0 7 负 0 1 1 0 0 0 0 1 6 0 0 0 0 0 1 1 1 0,22,从话音信号的可懂度来说,34位非线性编码即可,78位通信质量比较好.,码位的安排:在逐次比较型编码中 极
7、性码 段落码 段内码 C1 C2C3C4 C5C6C7C8非均匀量化 168=128个量化级相当于均匀量化的11位161+1+2+4+8+16+32+64=2048,23,P209 图7-21三个权值电流与样值进行三次比较,可以确定段落码C2C3C4,24,为了进一步决定段内码,必须了解段落的起始电平和非均匀量化的量化台阶,大段号 1 2 3 4 5 6 7 8量化单位数1 1 2 4 8 16 32 64 起始电平 0 16 32 64 128 256 512 1024,25,例：设输入信号抽样值为+1270个量化单位，采用逐次比较型编码将它按照13折线A律特性编码8位码。,确定极性码C1
8、抽样值为正，C1=1确定段落码C2 C3 C4 Is IW1=128 C2=1 Is IW2=512 C3=1 Is IW3=1024 C4=1确定段内码 IW4=1024+8=1536IS C5=0,26,IW5=1024+4=1280IS C6=0IW6=1024+2=1152IS C7=1IW7=1152+=1216IS C8=1,量化误差 1270-1216=54 个量化单位7位非线性码为 1 1 1 0 0 1 1对应11位线性码为1216个量化单位对应的二进制码 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0,27,思考 一模拟信号被抽样,量化编码为PCM信号,量化电平级数为128,且
9、另加1bit作为码字的同步码.该PCM信号在滚降系数=1,带宽B=24KHz的信道中传输.试求:,通过信道码元传输速率.模拟信号的最高频率是多少?解 1.2.,28,PCM系统的抗噪声,抽样,量化,编码,信道,译码,低通,干扰,输出信号,量化噪声,加性噪声,29,系统输出端总信噪比定义为,30,接收端大信噪比 即接收端小信噪比 即,31,7.6 增量调制（M 或 DM）,原理 M可视为PCM的特例，它只用一位编码，表示抽样时刻波形的变化趋向M获得应用的主要原因 在比特率较低时，M量化信噪比高于PCMM的抗误码性能好M的编译码器比PCM简单,32,相减器,判决器,+,检测器,积分器,低通,本地译
10、码器,脉冲源,给定抽样时刻反之,33,本地译码器信号 应十分接近于前一时刻的抽样值 这一位码反映了相邻二抽样值的近似差值，即增量。,34,当信号频率过高，或者说信号斜率陡变时，会出现本地译码器信号 跟不上信号变化的现象，称为“过载”,在给定量化间隔（也称量阶）的情况下，能跟踪最大斜率为,35,M系统中的量化噪声 在不过载的情况下，M的量化噪声为,在（-，+）上均匀分布,假定量化噪声功率谱在（0，fs）频带内均匀分布,36,在收端经低通（截止频率为fm）输出的量化噪声为,设输入信号为了不发生过载临界的过载振幅,37,在临界条件下，系统将有最大的信号功率输出,用dB表示,9dB/倍频程,-6dB/
11、倍频程,38,PCM和M的性能比较,无误码（或误码率极低）PCMM,39,相同的信道带宽（相同的信道传输速率）fb,对于M fS=fb 对于PCM fb=2N fm 取fK=1000Hz fm=3000Hz M,M,PCM,N,4,40,例：设调制信号f（t）限带为5KHz，拟用图a所示周期为的三角形序列g（t）与之相乘，然后通过图b所示的中心频率为的理想带通滤波器，得到输出波形为：试根据本题条件确定常数A的值。,41,H（f）1,g(t)1,图a,图b,-10-0.25 0.25 10 t(s),10KHz,-f0 f0 f,42,解：=0.25s T=10 s=2/T=2105,单个三角形脉冲,43,当n=1时,可通过理想带通滤波器=0,
