通信原理電子教案2014秋采用第7章

1、第 七 章模擬信號數(shù)字化（1）通信原理模擬信號數(shù)字化第1節(jié)-引 言模擬信號數(shù)字傳輸方框圖 模擬隨機(jī)信號 數(shù)字隨機(jī)序列 數(shù)字隨機(jī)序列 模擬隨機(jī)信號模擬信源抽樣 量化和編碼數(shù)字傳輸系統(tǒng)譯碼和低通濾波收終端模擬信號數(shù)字化第2節(jié)-抽樣定理 文字定理（P187） -設(shè)有頻帶限制在（0，fH）Hz內(nèi)的時間連續(xù)信號m（t），若以每秒不小于2fH的速率對m（t）進(jìn)行等間隔抽樣， m（t）將被所得抽樣值完全確定！ 1、低通型抽樣定理含義？證明？收端重建的模擬信號m（t）低通型模擬信號m（t）當(dāng)fs（=1/Ts）滿足抽樣定理（即：fs2fH）時：已抽樣信號ms（t）Ts抽樣定理的含義LPFm（t）Ts（t）ms（

2、t）m（t）h（t） H（）發(fā) 端收 端 ？抽樣定理的證明mS(t)0Ts2Ts3TstT(t)0Ts2Ts3Tstm(t)M(f)-fH fH0fS0fST(f)-fH fHMs(f)發(fā)端抽樣時、頻域圖形2、帶通型抽樣定理設(shè)模擬信號m（t）頻帶限制在（ fL ，fH）Hz內(nèi)， fs=？（注：m（t）的帶寬B=fH-fL ） fH =nB時（n為任意正整數(shù)） fs = 2iB (i=1,2,3且一般i=1) fH nB = nB + kB時（ k1） fs = 2B（ 1k/n）模擬信號數(shù)字化第3節(jié)-脈沖振幅調(diào)制脈沖調(diào)制的分類 用m(t)去控制載波脈沖的參數(shù)： 幅度、寬度、時間位置 脈沖調(diào)制分

3、類：脈幅調(diào)制(PAM)脈寬調(diào)制（PDM）脈位調(diào)制（PPM） 概念：脈沖載波振幅隨m(t) 變! （注：抽樣頻率按抽樣定理選） 分類 曲頂抽樣-ms(t)的頂部隨m(t)變化(曲頂) 平頂抽樣- ms(t)的頂部不隨m(t)變化(平頂)PAM（脈沖調(diào)制的主要方式）曲頂抽樣（自然抽樣） 形成電路 低通m（t）s（t）ms（t）m（t） 截頻為fH抽樣周期： （由抽樣定理） S()為包絡(luò)按Sa(x)變化的沖激串S(t)（矩形脈沖串）表達(dá)式:平頂抽樣（瞬時抽樣） 結(jié)論： MH()= Ms() H()(H()是的函數(shù) ) 收端直接低通濾波無法獲得M() 形成電路 t脈沖形成H()m(t)T (t)sms

4、 (t)smH (t)s 解調(diào)原理 說明： 實(shí)際平頂抽樣常用“抽樣保持電路” 脈沖形式可任意!模擬信號的量化模擬信號數(shù)字化第4節(jié)-將ms(t)的幅值域分成M個量化級(層). 每層設(shè)一量化電平 量化過程-mq(t)與mS(t)的近似程度用下參數(shù)衡量:s 定義 對m(t)幅值域等間隔分層的量化 分類 均勻中升型（無0電平）均勻中平型（含0電平） 量化間隔 -設(shè)mS(t)幅值域?yàn)椋╝,b） 則量階 量化輸出當(dāng)mi-1mmi mi(=a+iv )-第i量化級終點(diǎn)電平 qi -第i量化級的量化電平1、均勻量化 均勻量化的問題 弱信號的相對誤差強(qiáng)信號的相對誤差（例？） 若弱信號出現(xiàn)可能性較大,須用非均勻量

5、化!定義-量階不固定 x量階v x量階v 分類 非均勻中升型（無0電平） 非均勻中平型（含0電平）2、非均勻量化 實(shí)現(xiàn)原理 -樣值壓縮后再均勻量化 壓縮(非線性電路)-輸出: y=f(x) 擴(kuò)張(非線性電路)-輸出: y=f-1(x) xyZZxy壓縮f（x）均勻量化編碼譯碼擴(kuò)張f（X）抽樣LPF 律壓縮特性壓縮規(guī)律 壓縮特性近似滿足下對數(shù)規(guī)律 注: y = -歸一化壓縮器輸出電壓輸出電壓最大輸出電壓 x = -歸一化壓縮器輸入電壓輸入電壓最大輸入電壓 =0時:無壓縮作用(直線) 0時:壓縮明顯 壓縮作用-y是均勻的，而x是非均勻的信號越小x也越小 定性分析 A律壓縮特性 壓縮規(guī)律 A-壓縮率

6、我國A=87.6壓縮特性的折線近似 用折線段逼近連續(xù)對數(shù)函數(shù)，便用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn) A律-13折線，律-15折線如A律13折線的總壓縮特性模擬信號數(shù)字化第5節(jié)-脈沖編碼調(diào)制PCM系統(tǒng)抽樣量化編碼數(shù)字信道譯碼LPF噪聲抽樣脈沖 m（t）m（t）mS（t） P0（t）mS（t）mq（t）概念均勻的量化級數(shù)(量化電平數(shù)) M=2N線性編碼-用N位二元代碼的M種碼型表每一量化樣值的過程 舉例 M=16，N=4 時（見P206表7-5，圖7-19）常用二進(jìn)制碼型 線性編碼碼位安排(N=8)逐次比較型編碼器電阻網(wǎng)絡(luò)型譯碼器 1 正 0 0 0 0 0 0 0 0 負(fù) 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0

7、 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 8 4 2 1 權(quán)值C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8非線性編碼(A=87.6的13折線非線性編、譯碼器)逐次比較型編碼器PAM信號入整流器保持電路比較器恒流源記憶電路7/11變換電路極性碼C1IsIW后7位碼 C2C7恒流源記憶電路7/11變換電路寄存讀出極性控制電阻網(wǎng)絡(luò)型譯碼器PCM系統(tǒng)的平均信噪功率比 -N：碼組碼元位數(shù)(編碼長度),Pe：誤碼率(量化信噪比) (加性信噪比)增量調(diào)制模擬信號數(shù)字化第6節(jié)-設(shè) 想 M以一位二元碼表相鄰樣值的相對大小 若以ms（tk）和ms（tk-Ts）表兩相鄰樣值，則： ms（tk）= ms（tk） -

8、 ms（tk-Ts） 0 發(fā)“1” ms（tk）= ms（tk） - ms（tk-Ts） 0 發(fā)“0” 若以階梯波m（t）（預(yù)測信號）去近似m（t），并在抽樣時刻比較兩者，誤差用eq（ti）表，則： eq（tk） = m（tk）- m（tk）0 輸出“1” eq（tk） = m（tk）- m（tk ）0 輸出“0”M系統(tǒng)原理框圖本地譯碼器抽樣判決器數(shù)字信道譯碼器低通積分器又稱預(yù)測器積分器P0(t)m(t)m(t)e(t)eq(t)頻率為fs的抽樣脈沖判決0電平 一般量化噪聲 由來: 若m(t)與m(t)有良好近似關(guān)系,則量化 誤差信號e(t)經(jīng)LPF的響應(yīng)為一般量化噪聲 平均功率 Nq= Ee

9、2(t) = (1/3)2e（t）2 Nq S/Nq過載噪聲TS 影響-m0(t)嚴(yán)重 失真! 解決辦法： 合理選、t(或fs) 使: 由來： 積分器斜率： 當(dāng)m（t）斜率K時，引起過載失真?。ü潭ú蛔儯┛蛰d噪聲 由來: m(t)造成 影響 收端LPF輸出失真: m(t)直流 峰-峰值為的交變分量 m(t)微變分量峰-峰值為的交變分量 解決辦法 m(t)中不含直流分量 滿足正常編碼條件：量化信噪比fs -抽樣頻率fk -m(t)的頻率之一fm-m(t)的上限頻率結(jié)論: fk和fm給定下:fs 系統(tǒng)此性能越好!(優(yōu)點(diǎn))fs B 系統(tǒng)有效性越差!(缺點(diǎn))加性信噪比f1 -m(t)下限頻率fk -m

10、(t)頻率之一Pe-數(shù)字信道誤碼率結(jié)論: fs、fk和f1給定下:與Pe成反比!即: Pe 模擬信號數(shù)字化第7節(jié)- 性能比較PCM與DM的 抗噪聲性能方面 特點(diǎn)方面 成本方面抗噪聲性能方面 量化信噪比 設(shè)： 兩者具相同數(shù)碼率：fs=2Nfm fk=1KHz ，fm=3KHz 則：N4 時：（S0/Nq）DM （S0/Nq）PCM N4 時：（S0/Nq）DM （S0/Nq）PCM 結(jié)論：PCM的N 4 PCM這方面性能好！ 設(shè)： m（t）頻率域?yàn)?300,3400)Hz （即：f1=300Hz，fm =3400Hz ） fs = 2Nfm =88KHz= 64KHz則： fk 2.4KHz時：

11、（S0/Ne）DM （S0/Ne）PCM fk 2.4KHz時：（S0/Ne）DM （S0/Ne）PCM 結(jié)論： 從統(tǒng)計角度,話音信號取fk 2.4KHz 的可能性較大 話音DM系統(tǒng)此性能好！ 加性信噪比特點(diǎn)方面 異同點(diǎn)(已介紹) 抽樣頻率與傳輸速率 PCM: Rb=Nfs=2Nfm DM: Rb=fs 最小帶寬 BPCM(Nfm) BDM(fs/2) 結(jié)論:DM系統(tǒng)有效性優(yōu)于PCM 成本方面 PCM碼組長、設(shè)備復(fù)雜。 DM用一位代碼表信號的相對變化，系 統(tǒng)設(shè)備簡單易實(shí)現(xiàn),因而成本較低!TDM和多路數(shù)字電話 模擬信號數(shù)字化第9節(jié)-復(fù)用意義復(fù)用器信道解復(fù)用終端1終端2終端n至終端1至終端2至終端n合群分群1分路1分路抽樣放大LPF放大LPF群路編碼碼型變換群路譯碼再生四線信道二線300340030