通信原理第六章
64页1、2018年1月,西南交通大学电气工程学院,1,第6章 模拟信号的数字化传输,主要内容抽样的基本概念及抽样定理量化、均匀和非均匀量化及量化噪声分析PCM编码的方法及量化信噪比频分复用、时分复用与数字复接技术,2018年1月,西南交通大学电气工程学院,2,6.1 引 言,模拟信号的数字传输系统,要想在数字通信系统上传输模拟信号,就必须将模拟信号转换成数字信号,一般需经三个步骤: 把模拟信号数字化,即模数转换(A/D); 进行数字方式传输; 把数字信号还原为模拟信号,即数模转换(D/A)。,2018年1月,西南交通大学电气工程学院,3,6.2 脉冲编码调制,图6.2.1 PCM系统原理框图,2018年1月,西南交通大学电气工程学院,4,6.2 脉冲编码调制,PCM包括取样、量化和编码三个步骤:取样是把在时间上连续的模拟信号m(t)转换成一系列时间上离散的取样值;量化是把幅度上连续的模拟信号转换成幅度上离散的量化信号;编码是把时间离散且幅度离散的量化信号用若干位二进制表示,由此得到的二进制序列称为PCM信号。PCM信号经数字通信系统传输到达接收端,接收端对它们进行适当的分组,重建量化值,然后经
2、低通滤波器,便可得到重建信号m(t)。,2018年1月,西南交通大学电气工程学院,5,6.2 脉冲编码调制,Ts,2018年1月,西南交通大学电气工程学院,6,6.2 脉冲编码调制,取样(采样、抽样),m(t) :模拟信号Ts(t):取样脉冲ms(t) : 取样信号,取样:将模拟信号与取样脉冲信号相乘。,Ts:取样间隔;fs =1/Ts :取样频率。,2018年1月,西南交通大学电气工程学院,7,6.2 脉冲编码调制,图6.2.3 取样过程的时间函数和对应的频谱图,2018年1月,西南交通大学电气工程学院,8,6.2 脉冲编码调制,低通取样定理,一个频带限制在0 fH范围内的模拟信号,若取样速率大于等于2 fH,则可由样值序列无失真地重建原始信号。否则取样信号将出现频谱混叠,不能从中恢复原始信号。,fs=2fH为奈奎斯特速率,它是取样的最低速率;Ts=1/fs=1/(2fH)为奈奎斯特取样间隔,它是所允许的最大取样间隔。,2018年1月,西南交通大学电气工程学院,9,6.2 脉冲编码调制,图6.2.4 有混叠的取样信号频谱图,2018年1月,西南交通大学电气工程学院,10,6.2 脉冲
3、编码调制,实际应用时应注意的问题(1) 在实际应用中,一般都用高度有限,宽度很窄的脉冲作为取样脉冲。当窄脉冲的宽度远小于其周期Ts时,可近似为周期冲激序列。(2) 在实际应用中,接收端用于恢复原模拟信号的低通滤波器不可能是理想的。为能较好地恢复信号,要求发端取样器的取样频率fs2fH(理论上fs=2fH就可以了),否则会使信号失真。考虑到实际滤波器的可实现特性,一般 fs=2.5fH3fH。,2018年1月,西南交通大学电气工程学院,11,6.2 脉冲编码调制,(3) 实际被取样的信号波形往往是时间受限的信号,因而它们不是频带受限信号。但由于它们的能量主要集中在有限的频带内,因此在实际取样时,应使用一个带限的低通滤波器先对要取样的模拟信号m(t)进行滤波,滤除fH以上的少量频率成分,否则取样后会产生混叠。因此,此低通滤波器也称为抗混叠滤波器。,2018年1月,西南交通大学电气工程学院,12,6.2 脉冲编码调制,带通取样定理,带通信号:Bf0的信号。其中:设频率范围为fLfH,则 带宽 B=fH-fL 中心频率 f0= (fL+fH)/2,2018年1月,西南交通大学电气工程学院,13
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