通信概论-模拟信号数字化及其传输课件.ppt

1、通信概论第二章 模拟信号数字化及其传输1.抽样定理和脉幅调制（PAM)识记：低通抽样定理，抽样速率应满足的条件模/数变换：过程抽样、量化、编码。低通信号和带通信号的界定：BfL（低通）；BfL（带通）低通抽样定理：一个频带限制在（0，fH）内的模拟信号m(t)，如果以 的间隔对它抽样，则m(t)将被抽样值完全确定。若抽样速率 ，则会产生失真，这种失真叫混叠失真。最低抽样频率fs=2fH：奈奎斯特速率；T=1/2fH最大抽样时间间隔：奈奎斯特间隔。实用的抽样频率必须比大多一些，电话3400Hz，抽样频率为8000Hz。带通抽样定理：当 时，HfT2/1Hsff2Bfs2BfL1.抽样定理和脉幅调

2、制（PAM)领会：自然抽样PAM和平顶抽样PAM的特点模拟脉冲调制是以时间上离散的脉冲序列作为载波，用模拟信号m(t)去控制脉冲序列的某个参量，使其随m(t)的规律变化。PAM：脉幅调制；PDM：脉宽调制；PPM：脉位调制都是模拟脉冲调制，PAM是一种最基本的模拟脉冲调制。PAM：脉冲序列的幅度随模拟基带信号变化的调制方式自然抽样自然抽样：（曲顶抽样）抽样后信号的脉冲顶部与原模拟信号波形相同。抽样后信号的频谱Ms(f)是由无限个间隔为fs的原信号频谱M(f)相叠加而成，而位于n=0的频谱就是原信号频谱本身。采用截止频率为fH的低通滤波器分离出原模拟信号。理想抽样频谱的包络是一条水平线，因而信号

3、带宽无穷大，无法实现。自然抽样按Sa函数随频率增高而下降，带宽有限，与脉宽相关。理想抽样可以认为是自然抽样的极限情况。平顶抽样平顶抽样（瞬时抽样）：抽样后信号中的脉冲顶部是平坦的，脉冲幅度等于瞬时抽样值。用抽样保持电路产生平顶抽样PAM信号，保持电路（脉冲形成电路）的作用：把冲激脉冲变成矩形脉冲不能直接用低通滤波器恢复原信号。要在低通滤波器之前加一个传输函数为1/H(f)的修正滤波器，就能无失真地恢复原模拟信号。PAM带宽很宽，不适用于长途传输，但是PCM的基础。2.脉冲编码调制（PCM）领会：数字化过程的三个步骤抽样：按抽样定理把时间上连续的模拟信号转换为时间上离散的抽样信号。量化：把幅度上

4、仍连续的抽样信号进行幅度离散化。编码：用二进制码组表示量化后的信号电平。2.脉冲编码调制（PCM）领会：均匀量化的优点和缺点，非均匀量化的特点和优点量化后，无限个模拟电平值变成了有限个量化电平，将模拟信号（PAM）变成了多电平数字信号。量化电平，量化间隔。当抽样速率一定时，增加量化电平数（相当于减少量化间隔），可以使量化信号与模拟信号的近似度提高。量化输出电平和量化信号的抽样值之间会产生误差，称为量化误差。对于语音、图像等随机信号，量化误差也是随机的。2.脉冲编码调制（PCM）均匀量化均匀量化：把输入信号的取值域等间隔分割的量化称为均匀量化。模拟抽样信号取值范围为ab，量化电平数为M，则量化间

5、隔为最大量化误差：式中，M=2N ,N为二进制编码位数，编码位数每增加一位，平均量化信噪比提高6dB。量化噪声功率只与量化间隔有关。对于均匀量化，量化间隔是固定的，因此量化噪声不变。信号小时，量化信噪比小。对小输入信号不利，为改善小信号的量化信噪比，在实际中常采用非均匀量化。Mabv2/v)(6lg20)(0dBNMNSdBq2.脉冲编码调制（PCM）非均匀量化量化间隔随信号抽样的不同而不同。信号抽样值小时，量化间隔也小；信号抽样值大时，量化间隔也变大。以保证编码位数不变时，以减少大信号量化信噪比，来提高小信号的量化信噪比。非均匀量化方法：先对信号进行压缩处理，再对压缩信号进行均匀量化。压缩器

6、是一个非线性变换电路，它的作用是“压大补小”，接收端采用一个与压缩特性相反的扩张器来恢复。2.脉冲编码调制（PCM）应用：A律13折线PCM编码A律13折线：A=1时无压缩，A的值越大压缩效果越明显，在实用A=87.6。（我国、欧洲、国际间互联）律15折线（小信号更好，大信号更差）编码自然二进码、折叠二进码（语音信号的编码设备中常采用）、格雷二进码极性码，段落码，段内码2.脉冲编码调制（PCM）识记：PCM信号的比特率和传输带宽矩形脉冲，二进制非归零信号：B=Rb=N*fsSinx/x类型时：Bmin=Rb/2=N*fH差分脉冲编码调制（DPCM)预测编码方法，不对每个样值独立编码，对样值与预

7、测值的差值进行编码。自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）（32kbit/s）3.增量调制领会：M的基本原理增量调制可以看成是量化电平数为2（即对预测误差进行1位编码）的DPCM对于语音信号，当抽样速率足够高时，相邻样点间的幅度变化值很小，因此利用相邻抽样值的相对大小（差值）同样能反应模拟信号的变化规律。此差值以称为“增量”，其值可正可负。这种用差值编码进行通信的方式，称为增量调制。序列中的每个比特表示相邻抽样值的差值极性。3.增量调制识记：不过载条件和编码范围增量调制量化噪声：一般量化噪声，过载量化噪声。不过载条件：fs比PCM抽样频率大很多。编码范围：sftmdtd)(ksfA2tAtmks

8、in)(4.数字基带信号的码型通常把电脉冲存在的形式称为（线路）码型，把消息代码的电脉冲表示过程称为码型 变换（线路编码）常用的线路编码有二元码、三元码、多元码、块编码。这些编码形式都属于基带类型。识记：单极性码和双极性码的特点，归零和非归零码的区别，差分码的优点单极性码：零电平表示0，高电平表示1；频谱中含有直流分量和丰富的低频分量，不适合远距离传输双极性码：正电平表示1，负电平表示0。不存在零电平，当1和0的等概率出现时无直流分量，有利于在信道中传输，并且恢复信号的判决电平为零电平，抗干扰能力强。V.24和RC232C接口采用双极性码。4.数字基带信号的码型单极性归零码：占空比为50%，不

9、归零编码占空比为100%。可以直接提取定时信息。双极性归零码：双极性码和归零码的特点。以上4种属于绝对码波形。差分码：（相对码）消除设备初始状态的影响。传号差分码（电平跳变表示1，电平不变表示0）空号差分码（电平跳变表示0，电平不变表示1）数字双相码：（曼彻斯特码）10表示1，用01表示0定位信息丰富，无直流分量；带宽比原信码大一倍。常用于局域 网。4.数字基带信号的码型应用：双相码，CMI码的编码方法和主要特点，AMI、HDB3码的编码方法和主要特点数字双相码：（曼彻斯特码）10表示1，用01表示0定位信息丰富，无直流分量；带宽比原信码大一倍。常用于局域 网。CMI码：传号反转码的简称，双极

10、性二电平码1码交替用11和00表示，0码固定用01表示。定时信息丰富，不会出现3个以上的连码，可用于宏观检错。PCM高次群采用，有时用于低于8.448Mblit/s的光纤传输系统。1B2B码4.数字基带信号的码型AMI码：传号交替反转码1交替变换为线路码的+1和-1，而0保持不变。通常脉冲宽度为码元周期的1/2优点：不含直流分量，高低分量少缺点：出现连0码时，提取定时信号困难HDB3码：3阶高密度双极性码当连0数小于等于3时，与AMI码规则一样当连0数大于3时，每4个0划作一小节，定义为000V或B00V，V 为破坏脉冲，B为调节脉冲V与前一个非零脉冲极性相同，相邻V码之间极性必须交换。B的取

11、值应使V满足上述要求V码后面的传号码极性也要交替4.数字基带信号的码型HDB3译码规则：3个连0后非0脉冲同极性，后面的非0脉冲为V码，将000V翻译成0000，2个连0后，非0脉冲同极性，即为B00V，将其译为0000。PCM四次群以下均为HDB3码AMI、HDB3（1B/1T码）多元码：相同波特率，比特率提高块编码：为了提高线路编码的性能和同步、检错能力。（nBmB,nBmT）4.数字基带信号的码型选码原则：低频传输特性差的信道，不含直流分量，低频分量要小。便于提到定时信号高频分量尽量少，以节省传输频带抗噪声性能好具有内在的检错能力编译码设备简单5.数字基带信号的频谱领会：研究基带信号频谱的意义，单极性和双极性信号的频谱。6.码间串扰（ISI）领会：码间串扰现象传输过程中会受到时：码间串扰、信道加性噪声传输系统总特性不理，导致接收脉冲展宽和拖尾，使接收脉冲之间发生交叠。7.眼图应用：观察眼图的方法，眼图的主要应用眼睛张开大时，码间串扰小；眼睛闭合时码间串扰大。当存在噪声时，眼图的线迹变成了比较模糊的带状线，噪声越大，线条越粗，越模糊，眼睛张开也越小。不能观察到时随机噪声的全部形态。