通信原理 第九章讲解
58页1、第 九 章 模拟信号的数字传输,主要内容: 抽样定理 模拟信号的数字化技术 脉冲编码调制 时分复用系统,重点: 抽样定理 抽样、量化、编码的概念 PCM 信号 时分复用的概念 时分复用系统结构,9.1 引言,9.2 抽样定理,9.4 模拟信号的量化,9.5 脉冲编码调制,9.6 增量调制,9.7 PCM和M的性能比较,9.9 时分复用和多路数字电话系统,9.3 脉冲振幅调制,9.1 引 言,特点:用数字通信系统传输模拟信号,任务: 模拟信号的数字化,形成数字基带信号,数字基带信号的无失真传输,从接收数字信号中完整无失真的还原模拟信号,9.2 抽样定理,9.2.1 低通型信号的抽样定理,9.2.2 带通型信号的抽样定理,定义:一个频带限制在 fm 以下的连续信号 m( t ),可以唯一的用时间间隔 的抽样值序列来确定。,9.2.1 低通信号的抽样定理,或:若连续信号 m( t ) 的频带限制在 fm 以下,则当抽样信号频率满足 fs 2 fm ,并对 m( t ) 进行抽样,必能从所得样值序列中恢复 m( t ) 。,抽样(sample) :每隔一定的时间间隔 T ,抽取模拟信号的一个瞬
2、时幅度值(样值)。,概念,抽样频率 fs : fs 不是越高越好,与数字基带信号的带宽有关。,图形说明,ms( t ),0,时域图,频谱图,m ( t ),讨论:,结论: fs 的值必须满足抽样定理,9.2.2 带通型信号的抽样定理,定义:若模拟信号 m( t ) 的频率范围为 fL fH,带宽 B = fH - fL,如果 fL B, 则 m( t ) 为低通型信号,如果 fL B, 则 m( t ) 为带通型信号,概念:带通型信号的 fH 很高,若仍按 fs 2 fH 抽样,虽能满足样值序列频谱不产生重叠以确保恢复 m( t ) 的要求,但将降低信道频带利用率。,讨论:,结论:,fH = nB,fH 任意,fs 通用公式,令 抽样频率 fs = 2B, 带通信号 fH = 6B,9.2.2.1 fH = nB,M( f ),fL,fH,fs,- fs,0,- fL,- fH,B,- B,讨论:,结论:若限制 fs 2 fH ,只有当抽样频率 fs = 2B 时,样值序列的频谱不发生重叠。因此抽样频率值特殊。,上边带,下边带,9.2.2.2 fH = nB + kB,( n = 0、
3、1、2 0 k 1 ),令 抽样频率 fs = 2B, 带通信号 fH = 4B+ kB,fs,- fs,结论:样值序列的频谱发生重叠(spectral aliasing ),不能恢复模拟信号。,讨论 fs 的选择方法,fs 的选择方法,恢复 m( t ) 的条件是红三角形频谱图处不能产生重叠,fs,- fs,因而需将与之重叠的下边带移开,讨论:, n fs 抽样脉冲右移距离是,fs 无解,9.2.2.3 fs 的通用公式,fs,- fs,设 fH = 2.8B,定义:, m = 1,令 fs = 2 fH,减小 fs ,可以使所有下边带左移,与红色频谱不重叠的条件是:,第一个下边带,第二个下边带,通式推导, 取,讨论: fs = 3B,M( f ),fL,fH,0,- fL,- fH,B,- B,fs,令 fs = 2 fH fH = 5.5B fL = 4.5B,讨论: fs = 8B,fs = 3B,m fs,fs = 2.2B,与红色频谱不重叠的条件是:,令:,防卫带相等,9.3 脉冲振幅调制(PAM),特点:脉冲载波 用基带信号去改变脉冲的振幅,原理:抽样定理,用窄带脉冲串实
4、现冲激序列,一、产生原理,图示,二、PAM (Pulse Amplitude Modulation)波形及频谱,PAM的波形及频谱,9.4 模拟信号的量化,9.4.1 量化的定义,9.4.2 均匀量化,9.4.3 非均匀量化,特征:模拟信号被抽样后,若抽样值仍随信号幅度连续变化,则当其上叠加噪声后,接收端无法准确判断所发送的样值。,定义:利用预先规定的有限个电平来表示模拟样值的过程称为量化(quantizing),模拟信号:m( t ),量化信号:mq( t ),9.4.1 量化的定义,样值信号:ms( t ),量化误差信号:,常用名词,量化区间:( mi-1 , mi ),量化电平:q i,量化间隔 v = ( mi - mi-1 ),( 量化噪声 ),量化信噪比 Sq / Nq,波形,量化级数 M,动态范围(- a , a ),eq( t ) = | ms( t ) - mq( t ) |,Ts 2Ts 3Ts 4Ts 5Ts 6Ts 9Ts 8Ts 9Ts 10Ts,m( t ),qi,m i-1,m i,mq( t ),ms( t ),量化信噪比,mq = mq( kTs ),
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