通信原理：第6章 模擬信號(hào)數(shù)字化與PCMPPT

1、通信原理第6章 模擬信號(hào) 數(shù)字化與PCM7/16/20221電子科技大學(xué)通信學(xué)院第6章 模擬信號(hào)數(shù)字化與PCM 模擬信號(hào)的數(shù)字化是通信與信息處理的基礎(chǔ)技術(shù)。電話通信系統(tǒng)主要采用PCM（脈沖編碼調(diào)制）技術(shù)實(shí)施語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化。數(shù)字化過程由抽樣、量化與編碼三個(gè)基本環(huán)節(jié)組成：7/16/20222電子科技大學(xué)通信學(xué)院第6章 模擬信號(hào)數(shù)字化與PCM 本章目錄：6.1 模擬信號(hào)的抽樣6.2 均勻量化與最佳量化6.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化6.4 脈沖編碼調(diào)制6.5 *差分脈沖編碼調(diào)制與增量調(diào)制6.6 時(shí)分復(fù)用7/16/20223電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.1 模擬信號(hào)的抽樣7/16/20224電子科技大學(xué)通信學(xué)

2、院6.1 模擬信號(hào)的抽樣7/16/20225電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.1 模擬信號(hào)的抽樣7/16/20226電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.1 模擬信號(hào)的抽樣7/16/20227電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.1 模擬信號(hào)的抽樣7/16/20228電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.1 模擬信號(hào)的抽樣從抽樣信號(hào)中還原原始信號(hào)1、頻域法2、時(shí)域法 對(duì)上式兩邊進(jìn)行傅氏反變換，可得時(shí)域恢復(fù)法的表達(dá)式。7/16/20229電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.1 模擬信號(hào)的抽樣7/16/202210電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.1 模擬信號(hào)的抽樣時(shí)域恢復(fù)示意圖7/16/202211電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.1 模擬信號(hào)的抽樣7/16/202212電子科

3、技大學(xué)通信學(xué)院6.1 模擬信號(hào)的抽樣平頂采樣的數(shù)學(xué)模型：對(duì)于寬度為 的方波函數(shù)孔徑失真7/16/202213電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.1 模擬信號(hào)的抽樣7/16/202214電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.1 模擬信號(hào)的抽樣7/16/202215電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.1 模擬信號(hào)的抽樣7/16/202216電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.1 模擬信號(hào)的抽樣7/16/202217電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.1 模擬信號(hào)的抽樣對(duì)于理想采樣7/16/202218電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.1 模擬信號(hào)的抽樣書上公式中的 n 相當(dāng)于 nmax1由公式可以看出：1、n0時(shí)，相當(dāng)于低通采樣定理。2、可用的采樣頻率范圍是不連續(xù)的。

4、3、當(dāng)fL，fH 是 B 的整數(shù)倍時(shí)，滿足2Bfs工程中常用幾何平均值：7/16/202219電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.1 模擬信號(hào)的抽樣7/16/202220電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.1 模擬信號(hào)的抽樣求上例中的可使用采樣頻率范圍。將n0，1 代入公式7/16/202221電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.2 均勻量化與最佳量化7/16/202222電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.2 均勻量化與最佳量化7/16/202223電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.2 均勻量化與最佳量化7/16/202224電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.2 均勻量化與最佳量化7/16/202225電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.2 均勻量化與最佳量化注意：分層

5、電平xi和輸出量化電平的取值空間。公式中的假設(shè)為：7/16/202226電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.2 均勻量化與最佳量化7/16/202227電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.2 均勻量化與最佳量化均勻量化器的量化誤差假設(shè)：輸入采樣電平在V，V之間均勻分布。令：7/16/202228電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.2 均勻量化與最佳量化均勻量化器是V，V均勻分布信號(hào)的最佳量化器7/16/202229電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.2 均勻量化與最佳量化均勻量化器對(duì)平坦非均勻分布輸入的量化噪聲功率 輸入進(jìn)入量化區(qū)間的概率為：量化噪聲功率為：7/16/202230電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化7/16/20

6、2231電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化6.3.1 量化信噪比信噪比定義對(duì)于均勻量化器而言，量化噪聲是常數(shù)，與信號(hào)無關(guān)。量化器設(shè)計(jì)時(shí)，-V，V盡可能接近信號(hào)的最小、最大值。7/16/202232電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化7/16/202233電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化對(duì)于A，A上均勻分布的信號(hào)：7/16/202234電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化7/16/202235電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化假設(shè)信號(hào)為均勻分布7/16/202236電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化7/16/202

7、237電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍是指最大信號(hào)功率與最小功率之比通常用dB值表示通?？紤]信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，量化器的設(shè)計(jì)要求為：1、最大信號(hào)不過載。2、最小信號(hào)滿足信噪比要求例：假設(shè)信號(hào)為正弦波，動(dòng)態(tài)范圍為40dB。信噪比不低于25dB，設(shè)計(jì)均勻量化器。7/16/202238電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化設(shè)信號(hào)表達(dá)式為n必須是整數(shù)，進(jìn)位取整得n11如果沒有動(dòng)態(tài)范圍要求，n4就能滿足信噪比要求7/16/202239電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化7/16/202240電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化7/16/2022

8、41電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化7/16/202242電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化7/16/202243電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化7/16/202244電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化7/16/202245電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化7/16/202246電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.4 脈沖編碼調(diào)制7/16/202247電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.4 脈沖編碼調(diào)制 7/16/202248電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.4 脈沖編碼調(diào)制量化編碼實(shí)現(xiàn)方案7/16/202249電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.4 脈沖編碼調(diào)制1

9、3比特均勻量化對(duì)數(shù)編碼7/16/202250電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.4 脈沖編碼調(diào)制7/16/202251電子科技大學(xué)通信學(xué)院13折線7/16/202252電子科技大學(xué)通信學(xué)院已知量化器的特性及量化電平，求對(duì)數(shù)編碼問題 對(duì)數(shù)編碼實(shí)際上是求采樣電平落于哪個(gè)段（段落碼），這個(gè)段的第幾個(gè)量化區(qū)間（段落碼），以及采樣電平的正負(fù)（符號(hào)碼）問題。1、首先根據(jù)電平的正負(fù)確定符號(hào)位。2、將電平絕對(duì)值歸一化。x=|s|/V。3、根據(jù)1/2分段確定段落碼。段節(jié)點(diǎn)為 0, 2-7 , 2-6, . , 2-14、段內(nèi)碼為 ：（x-段起點(diǎn)）/段內(nèi)分段長(zhǎng)度7/16/202253電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.4 脈沖編碼調(diào)制7

10、/16/202254電子科技大學(xué)通信學(xué)院 X軸上最小段長(zhǎng)度為1/128，再分16等分，最小量化區(qū)間長(zhǎng)度為1/2048，以此為單位表示x軸上的坐標(biāo)。注意：段內(nèi)量化區(qū)間長(zhǎng)度=段起點(diǎn)/167/16/202255電子科技大學(xué)通信學(xué)院7/16/202256電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.4 脈沖編碼調(diào)制13比特線性碼 根據(jù)對(duì)數(shù)量化區(qū)間的分割，各分段的長(zhǎng)度為：每分段等分16各區(qū)間，于是最小區(qū)間長(zhǎng)度為考慮量化輸出電平位于量化區(qū)間的中間，若要描述輸出值，分辨率為 ，考慮正負(fù)極性，因此需13比特線性碼描述。7/16/202257電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.4 脈沖編碼調(diào)制線性碼與對(duì)數(shù)碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系7/16/202258電子科

11、技大學(xué)通信學(xué)院歸一化電平值，0.72、0.008、0.003方法1方法27/16/202259電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.4 脈沖編碼調(diào)制7/16/202260電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.4 脈沖編碼調(diào)制7/16/202261電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.4 脈沖編碼調(diào)制7/16/202262電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.4 脈沖編碼調(diào)制7/16/202263電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.5 *差分脈沖編碼調(diào)制與增量調(diào)制7/16/202264電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.5 *差分脈沖編碼調(diào)制與增量調(diào)制7/16/202265電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.5 *差分脈沖編碼調(diào)制與增量調(diào)制7/16/202266電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.

12、5 *差分脈沖編碼調(diào)制與增量調(diào)制7/16/202267電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.5 *差分脈沖編碼調(diào)制與增量調(diào)制7/16/202268電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.5 *差分脈沖編碼調(diào)制與增量調(diào)制7/16/202269電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.5 *差分脈沖編碼調(diào)制與增量調(diào)制7/16/202270電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.5 *差分脈沖編碼調(diào)制與增量調(diào)制7/16/202271電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.5 *差分脈沖編碼調(diào)制與增量調(diào)制7/16/202272電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.5 *差分脈沖編碼調(diào)制與增量調(diào)制7/16/202273電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.5 *差分脈沖編碼調(diào)制與增量調(diào)制7/16/202274電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.5 *差分脈沖編碼調(diào)制與增量調(diào)制7/16/202275電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.6 時(shí)分復(fù)用7/16/202276電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.6 時(shí)分復(fù)用7/16/202277電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.6 時(shí)分復(fù)用7/16/202278電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.6 時(shí)分復(fù)用7/16/202279電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.6 時(shí)分復(fù)用7/16/202280電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.6 時(shí)分復(fù)用7/16/202281電子科技大學(xué)通信學(xué)院6.6 時(shí)分復(fù)用7/16/202282電子科技大學(xué)通信學(xué)院6