通信原理（第3版）课件 杨洁 第1-5章 通信基础知识- 模拟信号的数字化

第1章 通信基础知识引言（课程简介）§1.1电子信息类本科专业通信原理面向专业课程性质学时学分56学时+8学时64学时专业基础课核心课课程性质教材课程性质移动通信数字传输技术计算机通信与网络概率论与数理统计信号与线性系统电路分析通信原理高等数学教材课程性质目教材录研究内容通信=信息的传输物理层通信的基本原理目教材录学习内容

本课程系统地阐述通信系统的基本组成、工作原理以及性能指标的评价方法。教学内容的组织围绕信号传输流程，以有效性和可靠性为主线。本课程内容包括模拟通信和数字通信，侧重数字通信。通信基础知识；（ch1）信道和噪声特性；（ch2,ch3）调制与解调、模拟信号数字化及同步原理；（ch4,ch5,ch7,ch10）基带传输及最佳接收理论；（ch6）现代数字调制与解调技术；（ch8）无线通信新技术及应用。（ch11）

通信的基本概念§1.2杨洁声音音频信号将音频信号放大、调制，产生调频信号，并耦合到发射天线接收天线将电磁波转换为

调频信号（含有噪声）将调频信号解调还原为音频信号，再经音频功放后，驱动扬声器，还原为声音。发射天线将调频信号转换成电磁波消息信息信号天气预报广播天气预报消息中蕴含的有效内容。通信系统传输的对象。形式多种

消息的电表示形式/传输载体。模拟信号：

数字信号：

信号参量取值连续信号参量取值离散

语音、温度、图像

数据、文字、符号

连续消息：

离散消息：

信号消息信息①

模拟信号和数字信号:耳温计（温度传感器）把温度转变成模拟信号②

消息~电信号的转换:传感器键盘（数字终端）把符号转变成数字信号基于以上对消息、信息和信号的理解：通信通信系统

通信技术的发展§1.3杨洁古代的通信方式——烽火狼烟烽火台接力点燃古代的通信方式——飞鸽传书鸟类有强烈的归巢性古代的通信方式——驿站传文一人、一马接力摩尔斯电码和电报1837年摩尔斯发明摩尔斯电码贝尔发明电话1876年贝尔在演示电话无线通信的萌芽1864年，麦克斯韦从理论上预言了

电磁波的存在1887年，赫兹实验证实了电磁波的存在无线电发明（1896）卫星通信1965年美国成功发射了世界第一颗通信卫星。国际通信卫星组织经营的国际通信卫星已经发展到第八代。2016年中国成功发射世界首颗量子通信卫星。因特网1969年，ARPANET问世，随后互联网技术及其应用迅速发展。光通信1977年，第一个光纤通信系统投入使用，随后光通信技术及其应用迅速发展。移动通信从专利数量看中国移动通信发展1G空白、2G跟随、3G突破、4G并跑，5G领跑！通信技术的发展趋势更高效率更高质量更广泛应用

通信系统的组成§1.4杨洁

1.4.1

通信系统一般模型电信号→消息如电话机的听筒把音频信号→声音

消息→电信号如电话机的话筒把声音→音频信号原始电信号→适合在信道中传输的信号。如

编码、调制

其功能与发送设备相反。如

译码、解调

能传输信号的各种物理媒介

1.4.1

通信系统一般模型模拟消息

原始电信号（基带）基带信号

频带信号（带通）

1.4.2

模拟通信系统模型

两对重要变换：优点信号所占用的频谱比较窄噪声容易叠加，抗干扰能力弱缺点无线电广播、模拟电视广播、无线对讲、传感器系统代表信源编码：模/数转换提高有效性信道编码：增强抗干扰能力

1.4.3

数字通信系统模型需要较大的传输带宽；设备复杂；功耗较高。优点缺点

1.4.4

数字通信的特点移动通信系统、卫星通信系统、数字电视广播、军事通信中。代表抗干扰能力强，且噪声不积累；便于检错和纠正；便于处理、变换、存储；易于集成；易于加密。

通信系统分类

§1.5杨洁同一个通信系统可以分属于不同分类。

AM广播系统——中短波通信、模拟通信、带通传输。

5G系统——微波或毫米波通信、数字通信、带通传输。

1.5.1

不同角度的分类信号特征传输媒质传输方式业务类型波段复用方式模拟数字有线通信无线通信基带传输带通传输电话、广播、数通、图像长波、中波、短波、微波、毫米波、红外、激光频分时分码分

单工通信：（单向）半双工通信：（双向、不同时）全双工通信：（双向、同时）按传输方向和时间分：

1.5.2

通信方式无线对讲机、RS-485设备总线遥控、遥测、广播电话、计算机网络移动通信、卫星通信在并行信道上同时传输

n个比特信息。按数字码元传输时序分：并行传输：

1.5.2

通信方式优点：数据传输速度高确定：需要更多的物理信道，因此通常适用于短距离、高带宽的通信场景。典型应用：打印机与计算机之间、CPU与内存之间、图形处理器与显存之间的通信等。10010010串行传输：数字码元序列按时间顺序一个接一个在一条信道中传输。

1.5.2

通信方式优点：传输线少、成本低、抗干扰能力强，适用于远距离通信。应用：USB通信、以太网、光纤通信等。

信息的度量§1.6杨洁信息具有以下特性：时效压缩存储传输相对共享存在度量扩充原则：度量方法与消息的种类无关。与消息的重要程度无关。举例：“美国世贸大楼被炸（9.11事件）”（时效性）

“明天下雨”可见：消息中所含信息量和不可预测性或不确定性有关。消息所表达的事件越不可能发生，信息量就越大。如何度量消息中所含的信息量

?根据概率论知识：事件的不确定性可用事件出现的概率来描述。

？如何度量消息中所含的信息量

?

？

信息量I

可用概率P

来度量：

I

=

f[P(x)]

P

1，I

0P

0，I

P(x)<P(y),I(x)>I(y)相加性a=2，比特(bit)，简记为ba=e，奈特(nat)

a=10，哈特莱(Hartley)1nat=1.44b

1.6.1

离散消息x

的信息量

概率相同，每个符号蕴含的信息量也相同；二进制的每个码元含1

（b)

四进制的每个码元含2

（b)

推广：M进制的每个码元含log2M

（b)

【1-1】二进制信源（0，1）【1-2】四进制信源（0，1，2,3）每个四进制符号可用

2个二进制符号表示。解：试求：等概独立发送符号时，每个符号的信息量。结论例例

——信源中每个符号所含信息量的统计平均值。

则统计独立的M个符号的离散信源的平均信息量为

H与热力学中的熵形式一样，故称为信源的熵。

1.6.2

离散消息的平均信息量

比较例【1-3】与【1-2】可知：等概时，熵最大:结论例解利用信息相加性概念来计算：评注利用熵的概念来计算：例解：归纳通信系统的性能指标§1.7通信系统的主要性能指标有效性可靠性指传输一定信息量时所占用的信道资源（频带宽度和时间间隔）指接收信息的准确程度“速度”问题“质量”问题相互转化相互矛盾通信系统性能指标有效性：可用有效传输频带来度量。

1.7.1

模拟通信系统性能指标可靠性：用接收端最终输出信噪比来度量。

1.7.1

模拟通信系统性能指标噪声在通信系统普遍存在。噪声对信号传输可靠性的影响取决于信号与噪声的强度（平均功率）之比，这种比值简称为信噪比。信噪比(SNR，Signal-Noise-Ratio)定义：或表示成分贝形式：SNR越大，说明噪声的影响越小，可靠性越高。分贝是度量两个相同单位之数量比例的计量单位。

1.7.1

模拟通信系统性能指标有效性：传输速率和频带利用率。码元传输速率RB：定义为单位时间（每秒）传送码元的数目，单位为波特（Baud），简记为B。信息传输速率Rb：定义为单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位为比特/秒，简记为bit/s，b/s或bps。

RbRB

1.7.2

数字通信系统性能指标码元速率和信息速率的关系

或

M=2，码元速率和信息速率在数量上相等。对于多进制，例如在八进制（M=8）中，若码元速率为1200B，则信息速率为3600b/s。

1.7.2

数字通信系统性能指标频带利用率：单位带宽（1赫兹）内的传输速率。

单位带宽内的码元传输速率

单位带宽内的信息传输速率

频带利用率是体现系统有效性最客观的指标。多进制数字传输系统结论：在相同的情况下，多进制数字传输系统的进制数M越大，获得的越高，即系统有效性越高。

1.7.2

数字通信系统性能指标可靠性：常用误码率和误信率表示。求误码率求误比特率在多进制数字系统中，

1.7.2

数字通信系统性能指标

数字通信有效性

可靠性（差错率）传输速率频带利用率码元传输速率信息传输速率误码率误信率

1.7.2

数字通信系统性能指标【1-5】对于同样以2400b/s比特率发送的信号，若A系统以某种调制方式传输时所需带宽为2400Hz，而B系统以另一种调制方式传输时所需带宽为1200Hz，哪个系统更有效？

Ａ：Ｂ：√例【1-6】某四进制传输系统，每个码元的持续时间（宽度）为833*10-6s，连续工作1h后，接收到6个错码，且每个错误码元中仅发生1bit错误。求：

（1）该系统的码元速率和信息速率

（2）该系统的误码率和误信率（误比特率）例

（1）（2）码元总数：误码率：误信率：第2章 随机过程与噪声引言§2.1《易经》：强调世界的永恒变化，通过八卦和六十四卦象征自然界的现象及其变化。核心在于“变”，顺应时势而动。随机过程：数学工具，用于建模各种现象（如股票价格波动、天气变化）。关注当前状态及未来发展可能性，体现了变化的本质。《易经》与随机过程：探索变化的本质应用：噪声分析、信道建模、误码率分析等。噪声分析：噪声是系统中不需要或干扰性的信号成分。噪声具有不可预测性，在数学上表现为随机性。信道和噪声建模：多径衰落、瑞利衰落等用随机过程进行建模。期望信号+噪声，理解噪声的统计性质（均值、方差等），随机过程用于建模噪声。重要随机过程类型：高斯过程、泊松过程、马尔可夫过程等。通信工程师提供了强大的数学工具。

随机过程在通信系统分析中的应用随机过程的基本概念、数字特征、统计特性噪声的表示方法平稳随机过程、高斯过程及窄带高斯过程的统计特性随机过程通过线性系统的情况本章主要内容§2.2随机过程的

描述§2.2.1随机过程的概念自然界中事物的变化过程可以大致分为两类：一类是其变化过程具有确定的形式，或者说具有必然的变化规律。数学语言：其变化过程可以用一个或几个时间t的确定函数来描述，这类过程称为确定性过程。例如通过电阻的电流和电阻两端电压的关系：v(t)=R*i(t)，若i(t)=sin(ωt+θ)，则v(t)=R*sin(ωt+θ)。另一类没有确定的变化形式，也就是对它的测量结果没有一个确定的变化规律。数学语言：其变化过程不可能用一个或几个时间t的确定函数来描述，这类过程称为随机过程，可用函数f(x,t)描述，x为随机变量。tt1t2

定义：属性：特性描述：随机变量时间函数统计特性数字特征§2.2.1随机过程的概念一维统计特性一维概率密度函数§2.2.2随机过程的统计特性二维统计特性二维概率密度函数---描述孤立时刻的统计特性

n维分布函数n维概率密度函数维数越大，对随机过程统计特性的描述越充分！

---随机过程的n个样本函数曲线的摆动中心方差---表示随机过程在时刻t对于均值的偏离程度当a(t)=0时：---

t的确定函数均值§2.2.3随机过程的数字特征随机过程的数字特征是随机变量数字特征的推广。随机过程的数字特征均为时间的函数。方差表示随机过程在时刻t对于均值的偏离程度。令，则有：互相关函数自相关函数---同一过程的关联程度---两个过程的关联程度§2.3平稳随机过程杨洁

狭义平稳（严平稳）随机过程的任意n维统计特性与时间起点无关。一维分布与时间t无关：二维分布只与间隔τ有关：广义平稳（宽平稳）均值与时间t无关:相关函数仅与τ有关:注意：§2.3.1定义设x(t)

是平稳过程的任一个实现，它的时间均值和时间相关函数为：遍历注意：意义：含义：§2.3.2各态历经性（遍历性）（1）（2）（3）（4）（5）---平均功率---直流功率---交流功率（方差）---偶函数---上界

重要性质：§2.3.3平稳过程的自相关函数样本的功率谱：统计平均过程的功率谱---截短函数§2.3.4平稳过程的功率谱密度（PSD）功率谱是功率谱密度函数的简称，它定义为单位频带内的信号功率。它表示了信号功率随着频率的变化情况，即信号功率在频域的分布状况

当

=0时，有平稳过程的功率谱密度（PSD）与自相关函数是一对傅里叶变换：维纳-辛钦定理

PSD性质：解题思路：第1步：判断是否平稳，即求其统计平均值

若均值为常数，且自相关函数只与时间

间隔

有关，

则是广义平稳的。第2步：求的时间平均值第3步：统计平均值？=时间平均值例解题：例解题：例比较得知：结论：若求随机变量X的函数g(x)的数字特征，不必知道g(x)的分布，只需要知道X的概率密度函数。若输入有界且系统是物理可实现的，则有设则

或

§2.3.5平稳随机过程通过线性系统是线性系统的直流增益；

常数常数是功率增益§2.3.5平稳随机过程通过线性系统§2.4高斯随机过程杨洁若高斯过程广义平稳，则狭义平稳；若高斯过程中两个变量互不相关，则统计独立；若干个高斯过程的代数和仍是高斯型；高斯过程→线性变换→高斯过程。§2.4.1定义§2.4.2重要性质关于直线x=a对称性质：

---集中程度a---分布中心一维概率密度函数记为𝒩(a

，σ2)

§2.4.3高斯分布误差函数分布函数补误差函数——自变量的递增

函数——自变量的递减

函数利用误差函数，可将F(x)表示为：意义：解题：例（1）§2.5窄带随机过程——通过窄带系统的随机信号或噪声杨洁窄带条件：示意图：

可视为包络缓慢变化

的正弦波§2.5.1定义和表达式表达式：—包络相位形式—同相正交形式随机包络随机相位同相分量正交分量两者关系：

统计特性：§2.5.2窄带高斯过程根据上式和窄带过程的统计特性，可推出：均值0、方差的平稳高斯窄带过程，它的

并且互不相关∴统计独立∵高斯∵均值0平均功率相同结论1且均值为0，方差也相同：带通系统高斯过程窄带高斯过程

均值0、方差的平稳高斯窄带过程，它的包络～瑞利分布：

相位～均匀分布：

且

---统计独立结论2场景分析关心---混合波形的统计特性:§2.5.3正弦波加窄带高斯过程正弦波已调信号信道

噪声BPF解调

正弦波+窄带高斯过程

正弦波+高斯过程窄带高斯噪声(0,

)合成信号：关心---z(t)

的统计特性:常数

随机相位[在(0，2π)上均匀分布]⤷§2.5.3正弦波加窄带高斯过程结论：莱斯分布

f(φ)不再服从均匀分布

讨论：莱斯分布注：§2.6白噪声——高斯白噪声和带限白噪声杨洁白噪声仅在

=0（同一时刻）时才相关。1.

白噪声——理想的宽带过程其功率谱密度均匀分布在整个频率范围内：n0---常数(W/Hz)2.高斯白噪声---指概率分布服从高斯分布的白噪声。高斯白噪声的功率谱密度服从均匀分布，幅度分布服从高斯分布。3.带限白噪声---白噪声通过带宽有限的信道或滤波器的情形。常见形式：若B<<fc窄带高斯白噪声莱斯瑞利D高斯04n0瑞利高斯思考题设x是a=0,

=1的高斯随机变量，试确定随机变量y=cx+d的概率密度函数f(y),其中c,d为常数。解：高斯随机变量通过线性变换后仍未高斯型，所以y也是高斯变量。E[y]=E[cx+d]=dD[y]=E[(y-d)2]=E[c2x2]=c2E[x2]=c2∙

2=c2小结

随机过程（定义：样本函数的集合、随机变量的集合）随机过程的描述高斯白噪声高斯过程（性质）低通型带通型包络窄带高斯噪声数字特征统计特征平稳随机过程维纳辛钦关系数学期望自相关函数正弦波加窄带高斯噪声同向分量正交分量包络相位遍历过程分布函数为正态分布有用信号+噪声莱斯分布瑞利分布均匀分布通过线性系统功率谱、均值作业2-32-42-52-8124第3章信道与信道容量引言§3.1余雨3.2有线信道与无线信道3.3调制信道与编码信道3.4恒参信道与随参信道3.5信道中的噪声3.6信道容量有线信道与无线信道§3.2余雨回顾第一章，信道是什么？信道分类有线信道：明线、双绞线、同轴电缆、光纤、波导无线信道：自由空间、水有线信道明线

导体绝缘层双绞线电缆有线信道

同轴电缆有线信道光纤有线信道光纤按折射率分类阶跃型梯度型按模式分类多模光纤（LED光源、多条路径、粗、色散）单模光纤（激光光源、细）有线信道

无线信道地球大气层的结构电波传播方式：地波传播、天波传播、散射传播、视距传播IonosphereStratosphereTroposphere无线信道地波传播概念：无线电波沿地球表面传播（绕射）频率：大约3MHz以下（中、长波）距离：数百或数千米特点：损耗小、距离远、受电离层扰动小、稳定、易穿透海水和土壤、工作频带窄无线信道天波传播（电离层反射波传播）概念：依靠电离层反射传播频率：大约3-30MHz（短波）特点：多径传播距离：<4000km（一跳）特点：损耗小、距离远、电离层是一种有耗媒介（随机、色散、各向异性）无线信道散射传播概念：发射天线射束和接收天线射束相交在对流层、电离层或流星余迹，两波束相交的空间为有效散射区域频率：100MHz～4GHz（对流层），30MHz~60MHz（电离层）特点：随机性距离：<600km（对流层），>1000km（电离层）无线信道散射传播流星余迹散射特性:高度80~120km，长度15~40km存留时间：小于1秒至几分钟频率:30~100MHz距离:1000km以上用途:低速存储、高速突发、断续传输无线信道视距传播（空间直线波传播）概念：电磁波在空间中直线传播（直射）频率：大约30MHz以上（超短波、微波）无线信道视距传播（空间直线波传播）增大视距传播距离：架高天线、中继通信、卫星通信

无线信道

无线信道小结调制信道与编码信道§3.3余雨广义信道狭义信道广义信道（调制信道、编码信道）

乘性干扰加性干扰恒参信道随参信道调制信道

四进制无记忆编码信道模型有记忆编码信道，cf.《数字通信》编码信道小结恒参信道与随参信道§3.4余雨

恒参信道与随参信道

恒(定)参(数)信道随(机)参(数)信道恒参信道随参信道的特性：衰减随时间随机变化时延随时间随机变化多径传播随参信道

随参信道多径传播的影响引起频率弥散产生衰落（瑞利/莱斯型）造成频率选择性衰落随参信道多径传播的影响引起频率弥散产生衰落（瑞利/莱斯型）造成频率选择性衰落随参信道

最大多径时延差随参信道

随参信道衰落：信号包络随时间起伏变化随参信道的衰落快衰落：包络变化周期接近码元周期慢衰落：包络变化周期远大于码元周期快衰落克服方法：分集（解决随参信道衰落问题）分散传输：空间分集、极化分集、频率分集、时间分集集中处理：选择式合并、等增益合并和最大比值合并与复用有何区别？随参信道小结信道中的噪声§3.5余雨信道中的噪声

信道中的噪声小结信道容量§3.6余雨信道容量

离散信道容量§3.6.1计算离散信道容量的信道模型

离散信道容量

物理意义？离散信道容量

离散信道容量

离散信道容量

离散信道容量

离散信道容量连续信道容量§3.6.2余雨

连续信道容量

连续信道容量

连续信道容量

连续信道容量

连续信道容量物联网5G：毫米波（Millimeter-wave）6G：太赫兹通信连续信道容量连续信道容量

连续信道容量

连续信道容量

连续信道容量小结第4章模拟信号的调制与解调引言§4.14.2幅度调制与解调4.3角度调制与解调4.4频分复用(FDM)4.5模拟通信的典型应用回顾：什么是调制和解调（检波）？调制的目的提高天线辐射效率，将发送信号与信道匹配实现多路复用，提高信道利用率有效性与可靠性互换广义调制基带调制（编码）带通调制（载波调制）——狭义调制调制中的基本概念调制信号载波已调信号分类调制信号：模拟调制、数字调制载波：连续波调制、脉冲调制调制器功能：幅度调制、角度调制调制器的传递函数：线性调制、非线性调制小结幅度调制与解调§4.2余雨幅度调制原理§4.2.1幅度调制

调幅(AM,AmplitudeModulation)

包络AMAM信号波形图和频谱图

AM

AM

双边带调制(DSB/DSB-SC,DoubleSideBandSuppressedCarrier)DSBDSB信号波形图和频谱图反相DSB

SBDSB基本原理：DSB信号两个边带中的任意一个都包含了调制信号频谱的所有频谱成分单边带调制(SSB,SingleSideBand)SSB

SSB

希尔伯特变换

SSB

SSB残留边带调制(VSB,VestigialSideBand)逐渐切割残留小部分VSB残留边带调制(VSB,VestigialSideBand)

VSBVSB

线性调制的一般模型

AllPassFilter线性调制的一般模型幅度调制的解调原理§4.2.2余雨

相干解调

相干解调

非相干解调幅度调制抗噪声性能分析§4.2.3余雨分析模型

分析模型相干解调抗噪声性能分析

DSB相干正交分量被抑制

DSB相干

DSB相干

SSB相干

SSB相干

SSB相干

AM非相干

AM非相干

AM非相干

AM非相干小结角度调制与解调§4.3余雨角度调制原理§4.3.1角度调制与解调角度调制包括：频率调制（FM,调频）相位调制（PM,调相）波形特性：包络恒定，瞬时相位变化非线性调制（产生新的频率成分）优点：抗噪声性能好（可靠性）缺点：信号占用频带宽（有效性）

FM、PM基本概念

FM、PM基本概念

FM、PM基本概念调频信号的频谱分析§4.3.2余雨WBFM和NBFM

NBFM

NBFM

NBFM

NBFMWBFM

WBFM

WBFM调频信号的产生与解调原理§4.3.3余雨直接调频法直接调频法压控振荡器(VCO)改进：锁相环（PLL）调制器间接调频法(Armstrong法)优点：可获得较大频偏，频率稳定度较高缺点：电路复杂

窄带调频倍频+混频

爱德华·霍华德·阿姆斯特朗EdwinHowardArmstrong间接调频法间接调频法各模块—窄带调频

间接调频法倍频方法：采用非线性器件

平方器

间接调频法各模块—倍频

BPF

2倍2倍2倍2倍2倍间接调频法1.FM间接调频间接调频法各模块—混频混频方法：采用混频器

下混频

乘法器+BPFBPF

间接调频法1.FM间接调频

NBFM调制器

BPF

混频

间接调频法

间接调频法

间接调频法

相干解调原理

调频波调幅调频波适用于一般FM！非相干解调原理

包络检波限幅微分振幅鉴频器也称斜率鉴频器BPF

通过信号抑制噪声消除噪声引起的包络起伏LPF非相干解调原理

非相干解调原理调频系统的抗噪声性能分析§4.3.4余雨

非相干解调

非相干解调

非相干解调

非相干解调高频处，语音和音乐信号功率低，噪声功率高加重技术预加重去加重目的：改善调频解调器的输出信噪比加重技术

加重技术小结频分复用§4.4余雨复用：利用一个信道（资源）同时传输多路信号i.e.AMPS（AdvancedMobilePhoneSystem）FrequencyBand：824-894MHzChannelBandwidth：30kHz目的：充分利用信道的频带资源，提高信道利用率频分复用(FDM)FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）系统原理框图限制各路信号最高频率

分离、提取各路信号

相干解调恢复出各路相应的基带信号

得到带限频带信号频分复用(FDM)

频分复用(FDM)（2）（3）频分复用(FDM)模拟通信的典型应用§4.5余雨多路载波电话：SSB+FDM电话信号：标准带宽4kHz层次结构基群：12路电话超群：5个基群复用主群：10个超群复用巨群：多个主群复用载波电话

调频立体声广播FDMFM调制50Hz~15kHzFM解调调频立体声广播小结第5章模拟信号的数字化引言§5.15.2抽样5.3量化5.4编码5.5语音压缩编码5.6时分复用与复接模拟通信系统的优点占用频谱窄调制解调原理相对简单模拟通信系统的缺点抗干扰能力差不易保密不易大规模集成模拟信号数字化模拟信号数字化步骤：抽样、量化、编码模拟信号时域离散信号（序列）数字信号抽样（采样）量化、编码幅度连续时间连续幅度连续时间离散幅度离散时间离散用数字表示各个幅度（数字化）抽样信号量化信号编码信号模拟话音信号数字化过程抽样§5.2余雨——时间离散化

1.抽样的概念

抽样的频域表现

12-1-2

0

12-1-2

0

3-3

12-1-2

0

3-3-44

混叠！！无失真！！无失真！！如何抽样不会失真？低通信号抽样定理

NyquistH.ShannonC.E.抽样信号原始信号重建reconstruct

低通信号抽样定理

低通信号抽样定理

低通信号抽样定理

带通信号抽样定理

带通信号抽样定理

自然抽样和平顶抽样重建信号：LPF

较窄抽样脉冲

保持电路自然抽样和平顶抽样315小结量化§5.3余雨——幅度离散化量化

量化区间端点量化区间量化电平均匀量化

均匀量化

均匀量化

均匀量化目的：改善小信号时的信号量噪比原理：抽样值小时，量化噪声小；抽样值大时，量化噪声大方法：压缩+扩张非均匀量化

非均匀量化

非均匀量化

13折线近似

非均匀量化

非均匀量化各段折线的斜率折线段号12345678斜率161684211/21/4共有13段折线问：为什么叫13折线？非均匀量化

问：考虑一、三象限，这些结论如何？非均匀量化小结编码§5.4余雨编码：量化后的信号电平值用二进制码来表示译码：编码的反过程通常量化和编码联合进行常用的二进制码型自然二