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通信概论第二章 模拟信号数字化及其传输1. 抽样定理和脉幅调制（PAM 识记：低通抽样定理，抽样速率应满足的条件 模/数变换：过程抽样、量化、编码。 低通信号和带通信号的界定：BfL（低通）；BfL（带 通） 低通抽样定理：一个频带限制在（0，fH）内的模拟信号 T 1/ 2 fH mt，如果以 的间隔对它抽样，则mt将被抽样值 完全确定。 fs 2fH 若抽样速率 ，则会产生失真，这种失真叫混叠失真。 最低抽样频率fs2fH：奈奎斯特速率；T1/2fH最大抽样时间 间隔：奈奎斯特间隔。 实用的抽样频率必须比大多一些，电话3400Hz，抽样频率 为8000Hz。 带通抽样定理：当 f L B 时， fs 2B1. 抽样定理和脉幅调制（PAM 领会：自然抽样PAM和平顶抽样PAM的特点 模拟脉冲调制是以时间上离散的脉冲序列作为载波，用模 拟信号mt去控制脉冲序列的某个参量，使其随mt的规律 变化。 PAM：脉幅调制；PDM：脉宽调制；PPM：脉位调制 都是模拟脉冲调制，PAM是一种最基本的模拟脉冲调制。 PAM：脉冲序列的幅度随模拟基带信号变化的调制方式自然抽样 自然抽样：（曲顶抽样）抽样后信号的脉冲顶部与原 模拟信号波形相同。 抽样后信号的频谱Msf是由无限个间隔为fs的原信号频谱 Mf相叠加而成，而位于n0的频谱就是原信号频谱本身。 采用截止频率为fH的低通滤波器分离出原模拟信号。 理想抽样频谱的包络是一条水平线，因而信号带宽无穷 大，无法实现。自然抽样按Sa函数随频率增高而下降，带 宽有限，与脉宽相关。 理想抽样可以认为是自然抽样的极限情况。平顶抽样 平顶抽样（瞬时抽样）：抽样后信号中的脉冲顶部是 平坦的，脉冲幅度等于瞬时抽样值。 用抽样保持电路产生平顶抽样PAM信号，保持电路（脉冲 形成电路）的作用：把冲激脉冲变成矩形脉冲 不能直接用低通滤波器恢复原信号。要在低通滤波器之前 加一个传输函数为1/Hf的修正滤波器，就能无失真地恢复 原模拟信号。 PAM带宽很宽，不适用于长途传输，但是PCM的基础。2. 脉冲编码调制（PCM） 领会：数字化过程的三个步骤 抽样：按抽样定理把时间上连续的模拟信号转换为时间上 离散的抽样信号。 量化：把幅度上仍连续的抽样信号进行幅度离散化。 编码：用二进制码组表示量化后的信号电平。2. 脉冲编码调制（PCM） 领会：均匀量化的优点和缺点，非均匀量化的特点和 优点 量化后，无限个模拟电平值变成了有限个量化电平，将模 拟信号（PAM）变成了多电平数字信号。 量化电平，量化间隔。 当抽样速率一定时，增加量化电平数（相当于减少量化间 隔），可以使量化信号与模拟信号的近似度提高。 量化输出电平和量化信号的抽样值之间会产生误差，称为 量化误差。对于语音、图像等随机信号，量化误差也是随 机的。2. 脉冲编码调制（PCM） 均匀量化 均匀量化：把输入信号的取值域等间隔分割的量化称为均 匀量化。 模拟抽样信号取值范围为ab，量化电平数为M，则量化间 隔为 v b a M 最大量化误差： v / 2 S 20 lg M 6 N dB 0 N q dB 式中，M2N N为二进制编码位数， 编码位数每增加一位，平均量化信噪比提高6dB。 量化噪声功率只与量化间隔有关。对于均匀量化，量化间 隔是固定的，因此量化噪声不变。 信号小时，量化信噪比小。对小输入信号不利，为改善小 信号的量化信噪比，在实际中常采用非均匀量化。2. 脉冲编码调制（PCM） 非均匀量化 量化间隔随信号抽样的不同而不同。信号抽样值小时，量 化间隔也小；信号抽样值大时，量化间隔也变大。以保证 编码位数不变时，以减少大信号量化信噪比，来提高小信 号的量化信噪比。 非均匀量化方法：先对信号进行压缩处理，再对压缩信号 进行均匀量化。压缩器是一个非线性变换电路，它的作用 是“压大补小”，接收端采用一个与压缩特性相反的扩张器 来恢复。2. 脉冲编码调制（PCM） 应用：A律13折线PCM编码 A律13折线：A1时无压缩，A的值越大压缩效果越明显， 在实用A87.6。（我国、欧洲、国际间互联） 律15折线（小信号更好，大信号更差） 编码 自然二进码、折叠二进码（语音信号的编码设备中常采 用）、格雷二进码 极性码，段落码，段内码2. 脉冲编码调制（PCM） 识记：PCM信号的比特率和传输带宽 矩形脉冲，二进制非归零信号 ：BRbNfs Sinx/x类型时：BminRb/2NfH 差分脉冲编码调制（DPCM 预测编码方法，不对每个样值独立编码，对样值与预测值 的差值进行编码。 自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）（32kbit/s）3. 增量调制 领会：M的基本原理 增量调制可以看成是量化电平数为2（即对预测误差进行1 位编码）的DPCM 对于语音信号，当抽样速率足够高时，相邻样点间的幅度 变化值很小，因此利用相邻抽样值的相对大小（差值）同 样能反应模拟信号的变化规律。 此差值以称为“增量”，其值可正可负。这种用差值编码进 行通信的方式，称为增量调制。 序列中的每个比特表示相邻抽样值的差值极性。3. 增量调制 识记：不过载条件和编码范围 增量调制量化噪声：一般量化噪声，过载量化噪声。 不过载条件： d mt f s fs比PCM抽样频率大很多。 dt f s 编码范围： mt A sin k t A 2 k4. 数字基带信号的码型 通常把电脉冲存在的形式称为（线路）码型，把消息 代码的电脉冲表示过程称为码型 变换（线路编码） 常用的线路编码有二元码、三元码、多元码、块编 码。这些编码形式都属于基带类型。 识记：单极性码和双极性码的特点，归零和非归零码 的区别，差分码的优点 单极性码：零电平表示0，高电平表示1；频谱中含有直流 分量和丰富的低频分量，不适合远距离传输 双极性码：正电平表示1，负电平表示0。不存在零电平， 当1和0的等概率出现时无直流分量，有利于在信道中传 输，并且恢复信号的判决电平为零电平，抗干扰能力强。 V.24和RC232C接口采用双极性码。4. 数字基带信号的码型 单极性归零码：占空比为50，不归零编码占空比为 100。可以直接提取定时信息。 双极性归零码：双极性码和归零码的特点。 以上4种属于绝对码波形。 差分码：（相对码）消除设备初始状态的影响。 传号差分码（电平跳变表示1，电平不变表示0） 空号差分码（电平跳变表示0，电平不变表示1） 数字双相码：（曼彻斯特码） 10表示1，用01表示0 定位信息丰富，无直流分量；带宽比原信码大一倍。常用 于局域 网。4. 数字基带信号的码型 应用：双相码，CMI码的编码方法和主要特点，AMI、 HDB3码的编码方法和主要特点 数字双相码：（曼彻斯特码） 10表示1，用01表示0 定位信息丰富，无直流分量；带宽比原信码大一倍。常用于局域 网。 CMI码：传号反转码的简称，双极性二电平码 1码交替用11和00表示，0码固定用01表示。 定时信息丰富，不会出现3个以上的连码，可用于宏观检错。 PCM高次群采用，有时用于低于8.448Mblit/s的光纤传输系统。 1B2B码4. 数字基带信号的码型 AMI码：传号交替反转码 1交替变换为线路码的1和-1，而0保持不变。通常脉冲宽 度为码元周期的1/2 优点：不含直流分量，高低分量少 缺点：出现连0码时，提取定时信号困难 HDB3码：3阶高密度双极性码 当连0数小于等于3时，与AMI码规则一样 当连0数大于3时，每4个0划作一小节，定义为000V或B00V ，V 为破坏脉冲，B为调节脉冲 V与前一个非零脉冲极性相同，相邻V码之间极性必须交换 。 B的取值应使V满足上述要求 V码后面的传号码极性也要交替4. 数字基带信号的码型 HDB3译码规则： 3个连0后非0脉冲同极性，后面的非0脉冲为V码，将000V 翻译成0000，2个连0后，非0脉冲同极性，即为B00V，将其 译为0000。 PCM四次群以下均为HDB3码 AMI、HDB3（1B/1T码） 多元码：相同波特率，比特