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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 Modulation PDM Pulse Duration Modulation PPM Pulse Position Modulation PCM 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
2、它进行等间隔抽样，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=1 fL 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 0
3、k1 即fH 不再是B的整数倍. fS =2B, n=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
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,1
5、5,7.4.2 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
6、 QdB=-13.3dB,19,10,20,30,40,-10,-20,-30,-40,-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
7、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
8、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 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 =0 IW6 =1024+2=1152IS C7 =1 IW7 =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
9、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
10、获得应用的主要原因 在比特率较低时， M量化信噪比高于PCM M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
11、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/倍频程,38,PCM和M的性能比较,无误码（或误码率极低） PCM M,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 ,