通信原理 第六章 模拟信号的数字化2讲解
107页1、通信原理 第六章 模拟信号的数字化 严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化 本章结构 n6.1 引言 n6.2 抽样定理 n6.3 脉冲振幅调制(PAM) n6.4 脉冲编码调制(PCM) n6.5 增量调制 严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化 6.1 引言 n“模拟信号数字化”(A/D变换)的作用 它是利用数字通信系统来实现模拟信源和信宿间 通信的必不可少的一步 n“A/D变换”在数字通信系统中所处的位置 在模拟信源之后,压缩或加密之前 它和压缩、加密都属于信源编码的范畴 n“A/D变换”的3个步骤:抽样、量化、编码 严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化 6.2 抽样定理 n如果想把时间连续的模拟信号变成0/1数字 串,必须先抽样 n但是,很显然,抽样以后 的信号,与原来的信号是 不同的 n能否从抽样信号中恢复原 信号呢?如果能,有什么条件? t 严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化 6.2.1 低通信号抽样定理 t 可以看作下面两 个信号的乘积 tt 1 严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化 t m(t) t 卷积 t 严谨 严格
2、求实 求是第六章 模拟信号的数字化 即采样频率至少 是基带信号最高 频率的2倍,这就 是低通抽样定理 卷积 信号频谱发生 混叠,无法提 取出纯净的 M(w)信号了 严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化 6.2.2 带通信号抽样定理 严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化 6.2.2 带通信号抽样定理(续) n通过上面类似的画图法,可以证明,当 严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化 例6.1求下列信号的最低采样频率 严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化 6.3 脉冲振幅调制(PAM) n我们前面的讨论是理想的,因为我们抽样 用的是理想冲激函数 n在实际中通常用窄脉冲抽样,窄脉冲调制 有三种类型:PAM,PDM,PPM n其中PAM又分2种类型 自然抽样 平顶抽样 严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化 严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化 6.3.1 PAM的自然抽样 自然抽样 严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化 自然抽样可以 理解为: 一系列高度为1 的窄脉冲与 原始信号的乘 积的结果 1 严谨 严格 求实 求是第六章
3、 模拟信号的数字化 时域相乘对应频域卷积 由于中间这个频谱是由图b中S(w)的中间那个冲激信号与 X(w)卷积得到的,因此没有失真,所以在接收端只要低通即 可 严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化 6.3.2 PAM的平顶抽样 n又称“瞬时抽样”,抽到一个瞬间值后,并保 持一小段时间,形成一个个平顶脉冲 严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化 生成平顶抽样的理论模型 第一步,先进行理想抽样 第二步,窄脉冲形成 严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化 窄脉冲生成电路的转移函数 脉冲 形成 严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化 平顶 抽样 频谱 二者相乘 得到最下 面的平顶 抽样频谱 第一步,先进行理想抽样 第二步,窄脉冲形成 可见平顶采样会产生失真, 需要在接收端补偿 脉冲形成电路的转移函数 严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化 平顶抽样需要在接收端进行补偿 严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化 6.4 脉冲编码调制(PCM) n一个完整的A/D变换包括抽样、量化、编码 3个过程,我们前面把抽样完成了,下面就 是量化和编码 n量化又
4、分2大类 均匀量化 非均匀量化 严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化 6.4.1 量化 n什么是量化 以有限个离散的值来分别对应模拟信号抽样后 的不同的样值的过程 n因为离散的值是有限的,而抽样的值有无 穷多种情况,因此需要多个样值对应1个离 散值 n通常将落在某一个纵轴区域内的样值对应1 个离散值 严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化 1、均匀量化 将纵轴均匀划 分成M个区间 一般这个量化值取 这个区间的中点 落在某一区间 内的样值统统 量化成1个值 这样,本来纵坐标的取值 是无限多个的模拟信号就 变成了多进制数字信号 严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化 均匀量化中的一些重要概念 n量化区间: 为将多个模拟样值对应成一个数字值,而将纵 轴划分的区间为量化区间,区间高度记为v n量化电平: 量化区间的中点,个数与量化区间数相同 n量化误差 由于实际样值并不一定恰巧就等于该区间的中 点电平,因此这二者的差,称为量化误差 量化误差不是由外来噪声引起的,而是量化过 程中内部产生的 由量化误差引起的噪声,称为“量化噪声” 严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的
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