通信原理7模拟信号的数字传输

1、http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛第七章第七章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输 7.1 引言引言7.2 抽样定理抽样定理 动画动画7.2.1 低通型连续信号抽样定理低通型连续信号抽样定理 一、低通型连续信号的抽样定理一、低通型连续信号的抽样定理 动画动画图图7-2-1 抽样抽样http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛定理定理: 一个频带限制在一个频带限制在 赫内的时间连续信号赫内的时间连续信号 ,若若以的间隔以的间隔 对它进行等间隔抽样，则对它进行等间隔抽样，则 将被所得到将被所得到的抽样值完全确定。的抽样值完全确定。 二、低通型连续信号抽样定理证明二、低通

2、型连续信号抽样定理证明假设、的频谱分别为按照频域卷积定理按照频域卷积定理 http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛因为因为 所以所以 由卷积关系，上式可写成 http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛已抽样信号已抽样信号的频谱的频谱是无穷多个间隔是无穷多个间隔的的相迭加而成。这表明相迭加而成。这表明包含包含全部信息。全部信息。为为上式表明上式表明三、低通型抽样信号的恢复三、低通型抽样信号的恢复 7.2.2 带通连续信号的抽样定理: 频带限制在 (,) 赫内的带通型时间连续信号 其带宽为 ,当以的抽样频率对 进行抽样，则 将被所得到的抽样值完全确定。 当带通信号的最高频率f

3、H为带宽B的整数倍 当带通信号的最高频率fH不是带宽B的整数倍 http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛可看出，不论是否为B的整数倍，也近似等于2B。 7.23 平顶抽样平顶抽样平顶抽样信号及其产生原理http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛设脉冲形成电路的传输特性为 ,其输出信号频谱 应为 上式变成 所以通过低通滤波器便能无失真地恢复 . http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛二、平顶抽样信号的解调 平顶抽样时脉冲振幅调制信号的解调方框图http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛上式表明，不能直接使用低通滤波器滤出所需信号是因为受到了的加权。如

4、果我们在接收端低通滤波器之的网络加以修正，则低通滤波器输入信号的前用特性为1/频谱变成 所以通过低通滤波器便能无失真地恢复 . 在实际中，平顶抽样的脉冲振幅调制信号常常采用抽样保持电路来实现，得到的脉冲为矩形脉冲。原理上，只要能够反映瞬时抽样值的任意脉冲形式都是可以被采用的。http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛7.4 模拟信号的量化模拟信号的量化抽样 量化 7.4.1 均匀量化均匀量化 动画动画 均匀量化 均匀量化的量化信噪比量化器输出 http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛在均匀量化时，量化噪声功率 量化器输出的信号功率为 http:/ 电子发烧友 http:/

5、 电子技术论坛均匀量化的主要缺点：7.4.2 非均匀量化一 优点: 二 非均匀量化的实现 实际中，非均匀量化的实现方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化，如图所示。 http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛压缩律:美国 压缩律:我国和欧洲 广泛采用的两种对数压缩律是: 三 15折线 http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛轴对应于轴的分界点的坐标可用下式确定:http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛表表 律律15折线参数表折线参数表 y012345678x01按折线分段时的x01段落 1斜率123456788182838485868725512553255

6、72551525531255632551272132164112818116141http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛四、压缩律 压缩律的压缩特性为律对数压缩特性 http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛 五、13折线实际中，压缩律通常采用13折线来近似 13折线示意图http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛其具体分法如下:将区间0，1一分为二，其中点为1/2,取区间1/2,1作为第八段;区间0,1/2再一分为二，其中点为1/4,取区间1/4,1/2作为第七段;区间0,1/4再一分为二，其中点为1/8,取区间1/8,1/4作为第六段;区间0,1/8一分为

7、二，中点为1/16,取区间1/16,1/8作为第五段;区间0,1/16一分为二，中点为1/32,取区间1/32,1/16作为第四段; 区间0,1/32一分为二，中点为1/64,取区间1/64,1/32作为第三段;区间0,1/64一分为二，中点为1/128,区间1/128,1/64作为第二段;区间0,1/128作为第一段。http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛然后将分别为0,1/8,(1/8,2/8,(2/8,3/8,(3/8,4/8,(4/8,5/8,(5/8,6/8,(6/8,7/8,(7/8,1。分别与轴的八段一一对应。轴的0,1区间均匀地分成八段，从第一段到第八段段落123

8、45678斜率161684211/21/4各段落的斜率 http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛7.5 脉冲编码调制脉冲编码调制(PCM)所谓脉冲编码调制:就是将模拟信号的抽样量化值转换成二进制码组的过程。图中给出了脉冲编码调制的一个示意图。 http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛7.5.1 脉冲编码调制脉冲编码调制(PCM)原理原理 PCM通信系统方框图 http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛一、常用码型编码 表7-5-1 常用二进码型样值脉冲极性自然二进制码折叠二进制码量化级正极性部分11111110110111001011101010011000

9、11111110110111001011101010011000 151413121110 9 8 负极性部分01110110010101000011001000010000 0000000100100011010001010110 0111 7 6 5 4 3 2 1 0 http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛二、线性编译码1 线性编码 线性编码的码组中码位的权值是固定的，它不随输入信号的变化而变化。线性码组与其代表的样值成线性关系，以编三位码为例:电平值线性码00001001201030114100510161107111线性编码的实现方法有很多种，如级联逐次比较型编码;级联

10、型编码;逐次反馈型编码;级联反馈混合型编码;脉冲循环编码;脉冲计数型编码等。http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛三、级联逐次比较型编码;级联逐次比较型线性编码器方框图 动画 http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛7.6 脉冲编码调制脉冲编码调制(PCM)系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能 PCM系统的噪声主要有两种:量化噪声和加性噪声。在接收端输出信号的总信噪比为http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛PCM系统输出端的量化信号与量化噪声的平均功率比为 对于二进制编码，设其编码位数为N,则上式又可写为 仅考虑信道加性噪声时PCM系统的输出信噪比为http

11、:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛可求得PCM系统输出端总的信号噪声功率比为 PCM系统输出端总的信号噪声功率比系统输出端总的信号噪声功率比在接收端输入大信噪比的情况下，误码率极小 上式近似为 http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛在接收端输入小信噪比的情况下，有 则上式又可近似为7.7.1 增量调制的工作原理增量调制的工作原理 增量调制的编码增量调制的编码 图7-7-1 增量调制波形示意图http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛增量调制信号的译码增量调制信号的译码 图图7-7-2 增量调制信号的译码增量调制信号的译码 动动画画http:/ 电子发烧友 ht

12、tp:/ 电子技术论坛7.7.3 增量调制系统的抗噪声性能增量调制系统的抗噪声性能M系统输出最大的信噪比为: 误码造成的信噪比为: 考虑到量化信噪比及误码信噪比，M系统输出总信噪比由下式决定 http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛7.8.1 PCM系统与系统与M系统的比较系统的比较图图7-8-1 PCM和和M系统的性能比较系统的性能比较http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛7.8.2差分信号的量化和编码差分信号的量化和编码 DPCM原理 DPCM原理方框图http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛DPCM预测原理http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛 DPCM的编码过程示意图的编码过程示意图http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛DPCM系统的性能系统的性能在DPCM系统中， 信号的平均功率为 假设量化后的误差信号具有均匀的功率谱密度班 ，而DPCM系统输出数字信号的码元速率为，所以可以认为噪声频谱均匀地分布