通信原理總復(fù)習(xí)公開課一等獎(jiǎng)優(yōu)質(zhì)課大賽微課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、1通信原理總復(fù)習(xí)第1頁總結(jié)分三大部分內(nèi)容：第一部分：14章 討論通信基礎(chǔ)知識(shí) 通信系統(tǒng)基本組成，主要性能指標(biāo) 通信系統(tǒng)中信號(hào)和噪聲 信息傳輸要經(jīng)過信道第二部分：58章 模擬通信系統(tǒng)原理-第5章 數(shù)字通信系統(tǒng)原理-第6,7,8章 模擬系統(tǒng)數(shù)字化傳輸原理-第9章 數(shù)字信號(hào)最正確接收原理-第10章第三部分：1114章： 簡(jiǎn)明介紹數(shù)字通信中編碼和同時(shí)技術(shù) 第2頁通信系統(tǒng)權(quán)衡三大問題帶寬性能選擇攜帶信息波形，提升帶寬利用率，降低占用帶寬資源功率性能（信噪比性能）改進(jìn)信噪比需求，提升抗干擾能力、減小發(fā)射功率實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度降低系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度第3頁通信原理所需數(shù)學(xué)方法通信需要足夠帶寬足夠功率充分利用帶寬與功率資源

2、所需要數(shù)學(xué)方法描述和研究通信信號(hào)時(shí)間域特征、頻率域特征描述和研究信號(hào)與噪聲功率（能量）描述和研究隨機(jī)信號(hào)時(shí)域、頻域特征描述和研究信息度量方法描述和研究信道特征第4頁第1章 緒論信息量：信源熵：通信系統(tǒng)兩個(gè)主要指標(biāo)：有效性和可靠性模擬通信系統(tǒng)中：有效性用帶寬衡量；可靠性用輸出信噪比衡量。數(shù)字通信系統(tǒng)中：有效性用碼元速率RB、信息速率Rb、頻帶利用率衡量；可靠性用誤碼率、誤信率衡量。作業(yè)：1-3, 1-4, 1-5，1-7，1-9第5頁第2章 確知信號(hào)2.4小結(jié)傅里葉變換公式：第6頁第3章 隨機(jī)過程隨機(jī)過程基本概念平穩(wěn)隨機(jī)過程高斯隨機(jī)過程平穩(wěn)隨機(jī)過程經(jīng)過線性系統(tǒng)窄帶隨機(jī)過程正弦波加窄帶高斯噪聲高斯

3、白噪聲和帶限白噪聲第7頁隨機(jī)過程定義統(tǒng)計(jì)特征：分布函數(shù)、概率密度函數(shù)數(shù)字特征：數(shù)學(xué)期望，均方差，相關(guān)函數(shù) a(t),2(t),R(t1,t2)都是時(shí)間函數(shù)平穩(wěn)隨機(jī)過程(熟練掌握）數(shù)字特征：數(shù)學(xué)期望、方差與時(shí)間無關(guān)（為常數(shù)） 相關(guān)函數(shù)只與時(shí)間間隔相關(guān)各態(tài)歷經(jīng)性：平穩(wěn)隨機(jī)過程數(shù)字特征完全能夠由任一實(shí)現(xiàn) 數(shù)字特征來代替，即平穩(wěn)隨機(jī)過程任一實(shí)現(xiàn)都經(jīng) 歷了隨機(jī)過程全部可能狀態(tài)自相關(guān)函數(shù): (a) R(0)-總功率; (b) R()=a2 -直流功率; (c) R(0)-R()=2 交流功率相關(guān)函數(shù)與功率譜密度關(guān)系：R()P(w) 維納-辛欽關(guān)系第3章 隨機(jī)過程了解掌握計(jì)算題第8頁第3章 隨機(jī)過程高斯隨機(jī)

4、過程（了解）通信系統(tǒng)噪聲，通常是一個(gè)高斯隨機(jī)過程一維概率密度函數(shù)： （掌握）正態(tài)分布函數(shù)平穩(wěn)隨機(jī)過程經(jīng)過線性系統(tǒng)（掌握）（計(jì)算題）隨機(jī)過程經(jīng)過線性系統(tǒng)仍為隨機(jī)過程輸出過程數(shù)字特征輸出過程功率譜密度9第9頁第3章 隨機(jī)過程窄帶隨機(jī)過程（了解）定義同相分量，正交分量統(tǒng)計(jì)特征包絡(luò)，相位統(tǒng)計(jì)特征正弦波加窄帶高斯噪聲（了解）合成波表示形式合成包絡(luò)統(tǒng)計(jì)特征高斯白噪聲和帶限白噪聲（掌握）白噪聲與帶限白噪聲定義帶限白噪聲相關(guān)函數(shù)（低通、帶通）作業(yè)：3-5，3-6，3-8，3-9, 3-1010第10頁第4章 信 道無線信道有線信道信道數(shù)學(xué)模型信道特征對(duì)信號(hào)傳輸影響信道中噪聲信道容量作業(yè)題：4-6， 4-711

5、第11頁12第4章 信 道信道包含無線信道和有線信道。無線信道：地波、天波和視線傳輸；還有散射傳輸：對(duì)流層散射、電離層散射和流星余跡散射。有線信道：明線、對(duì)稱電纜、同軸電纜和光纖。光纖：?jiǎn)文９饫w和多模光纖。信道數(shù)學(xué)模型：調(diào)制信道和編碼信道。調(diào)制信道用加性干擾和乘性干擾表示信道對(duì)于信號(hào)傳輸影響。第12頁13第4章 信 道恒參信道產(chǎn)生失真主要是線性失真，用振幅頻率特征和相位頻率特征（群延遲）描述。線性失真可用線性網(wǎng)絡(luò)賠償?？傻刃榫€性時(shí)不變系統(tǒng)隨參信道：傳輸損耗和傳輸時(shí)延都隨時(shí)間改變，對(duì)信號(hào)傳輸影響主要是多徑效應(yīng)，多徑效應(yīng)使數(shù)字信號(hào)碼間串?dāng)_增大。非線性時(shí)變系統(tǒng)第13頁14第4章 信 道信道容量：信

6、道能夠傳輸最大平均信息量。分為：離散信道容量和連續(xù)信道容量。離散信道容量C：每個(gè)符號(hào)能夠傳輸平均信息量最大值 (比特/符號(hào)) 連續(xù)信道容量： 增大帶寬能夠降低信噪功率比而保持信道容量不變。但無限增大帶寬并不無限增大信道容量。當(dāng)S/n0一定時(shí)，連續(xù)信道容量趨于1.44(S/n0) b/s。第14頁第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬線性調(diào)制與解調(diào)線性調(diào)制信號(hào)普通模型線性調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能非線性調(diào)制（角度調(diào)制）原理調(diào)頻系統(tǒng)抗噪聲性能各種模擬調(diào)制系統(tǒng)比較頻分復(fù)用和調(diào)頻立體聲第15頁16第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)了解調(diào)制和解調(diào)基本概念了解幅度調(diào)制基本原理掌握幅度調(diào)制中幾個(gè)已調(diào)信號(hào)時(shí)域及頻域表示及圖形掌握線性調(diào)制系統(tǒng)抗噪

7、聲性能（掌握抗噪性能分析方法）掌握非線性調(diào)制系統(tǒng)抗噪性能（調(diào)頻）了解頻分復(fù)用概念作業(yè)：5-7，5-9，5-10，5-11，5-13，5-16，5-17第16頁17第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)了解幅度調(diào)制與解調(diào)基本原理只要適當(dāng)選擇H()，便能夠得到各種幅度調(diào)制信號(hào)。第17頁18第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)AM調(diào)制DSB調(diào)制SSB調(diào)制VSB調(diào)制功耗大、帶寬寬、解調(diào)簡(jiǎn)單（調(diào)幅廣播）功耗小帶寬寬功耗小、帶寬窄，低頻困難（單邊帶電臺(tái)）功耗小、帶寬較窄、低頻好（電視）掌握幅度調(diào)制中幾個(gè)已調(diào)信號(hào)時(shí)域及頻域表示及圖形第18頁19第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)相干解調(diào)與非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）相干解調(diào)(同時(shí)檢波)適合用于：AM，DSB，S

8、SB，VSB相干解調(diào)器普通模型 第19頁20第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)包絡(luò)檢波適用條件：AM信號(hào)，且要求|m(t)|max A0 ，包絡(luò)檢波器結(jié)構(gòu)：通常由半波或全波整流器和低通濾波器組成。比如，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，解調(diào)輸出是相干解調(diào)輸出2倍第20頁21第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)掌握線性調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能（掌握抗噪性能分析方法）輸出信噪比定義制度增益定義：DSB調(diào)制系統(tǒng)性能： DSB輸出信噪比： DSB制度增益：第21頁22第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)SSB調(diào)制系統(tǒng)性能： SSB輸出信噪比： SSB制度增益：AM包絡(luò)檢波性能 AM包絡(luò)檢波解調(diào)信號(hào)輸出信噪比： AM制度增益：第22頁23第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)了解非線性調(diào)制原理：

9、FM和PM信號(hào)普通表示式角度調(diào)制信號(hào)普通表示式為式中，A 載波恒定振幅； ct +(t) (t) 信號(hào)瞬時(shí)相位； (t) 相對(duì)于載波相位ct瞬時(shí)相位偏移； dct +(t)/dt = (t) 瞬時(shí)頻率 d(t)/dt 相對(duì)于載頻c瞬時(shí)頻偏。第23頁24第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)相位調(diào)制(PM)：瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號(hào)作線性改變，即 PM信號(hào)表示式：頻率調(diào)制(FM)：瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制信號(hào)成百分比改變，即 FM信號(hào)表示式：第24頁25第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)單音調(diào)頻：得到FM信號(hào)表示式式中調(diào)頻指數(shù)，表示最大相位偏移 最大角頻偏 最大頻偏。 第25頁26第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)頻信號(hào)帶寬卡森公式當(dāng) 時(shí)， 當(dāng)?shù)?/p>

10、26頁27第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng) 調(diào)頻信號(hào)解調(diào)：非相干解調(diào)非相干解調(diào)：調(diào)頻信號(hào)普通表示式為解調(diào)器輸出應(yīng)為振幅鑒頻器：第27頁28第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)掌握非線性調(diào)制系統(tǒng)抗噪性能輸入信噪比 ：大信噪比時(shí)輸出信噪比單一調(diào)頻制度增益：小信噪比時(shí)門限效應(yīng)：第28頁29第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)了解頻分復(fù)用概念(FDM)目標(biāo)：充分利用信道頻帶資源，提升信道利用率原理第29頁30第6章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)碼型與波形選擇及其功率譜特征；碼間串?dāng)_及奈奎斯特第一準(zhǔn)則；無碼間串?dāng)_基帶系統(tǒng)抗噪聲性能；改進(jìn)系統(tǒng)性能兩種辦法部分響應(yīng)和均衡；直觀預(yù)計(jì)接收信號(hào)質(zhì)量試驗(yàn)方法眼圖。第30頁31第6章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)基帶信號(hào)：未經(jīng)

11、調(diào)制信號(hào)。特征：頻譜從零頻或很低頻率開始，占據(jù)較寬頻帶?；鶐盘?hào)在傳輸前，必須經(jīng)過一些處理或一些變換（碼型變換、波形和頻譜變換）才能送入信道中傳輸。處理和變換目標(biāo)是使信號(hào)特征與信道傳輸特相匹配。數(shù)字基帶信號(hào)表示形式：?jiǎn)螛O性和雙極性波形、歸零和非歸零波形、差分波形、多電平波形等。等概雙極性波形無直流分量，有利于在信道中傳輸；單極性RZ波形中含有位定時(shí)頻率分量，常作為提取位同時(shí)信息時(shí)過渡波性；差分波形能夠消除設(shè)備初始狀態(tài)影響。數(shù)字基帶信號(hào)功率譜：由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成，連續(xù)譜能夠確定信號(hào)帶寬，離散譜能夠確定能否從脈沖序列中 直接提取定時(shí)分量。第31頁32第6章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)基帶信號(hào)頻譜特征

12、 能夠依據(jù)連續(xù)譜確定序列帶寬；能夠依據(jù)離散譜是否存在特定明確能否從脈沖序列中直接提取定時(shí)分量；分析過程中未限制g1(t)和g2(t)波形，所以上式不但可用于二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)功率譜計(jì)算，還可用于數(shù)字調(diào)制信號(hào)功率譜計(jì)算；第32頁33第6章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)碼型編碼用來把原始消息代碼變換成適合于基帶信道傳輸碼型：AMI碼、HDB3碼 例：作業(yè)6-7：1011 0000 0000 0101數(shù)字基帶信號(hào)傳輸物理過程：定性+定量分析 第33頁34第6章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶信號(hào)傳輸物理過程誤碼原因：信道加性噪聲、 碼間串?dāng)_、定時(shí)準(zhǔn)確性抽樣判決值=本碼元抽樣值+其它碼元串?dāng)_值+噪聲碼間串?dāng)_：系統(tǒng)傳輸總

13、特征不理想，造成前后碼元波形畸變并使前面波形出現(xiàn)很長(zhǎng)拖尾，從而對(duì)當(dāng)前碼元判決造成干擾。第34頁35第6章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)無碼間串?dāng)_條件奈奎斯特第一準(zhǔn)則時(shí)域條件即：若h(t)抽樣值除了在t = 0時(shí)不為零外，在其它全部抽樣點(diǎn)上均為零，就不存在碼間串?dāng)_。 頻域條件 奈奎斯特第一準(zhǔn)則物理意義：將H()在 軸上以2/Ts為間隔切開，然后分段沿軸平移到(-/Ts, /Ts)區(qū)間內(nèi)，將它們進(jìn)行疊加，其結(jié)果應(yīng)該為一常數(shù)或一條直線（無須一定是Ts ）。 第35頁36第6章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)奈奎斯特第一準(zhǔn)則為消除碼間串?dāng)_奠定了理論基礎(chǔ)： 0理想低通系統(tǒng)能夠到達(dá)2B/Hz理論極限值，但不能物理實(shí)現(xiàn)； 1升余弦頻

14、譜易于實(shí)現(xiàn)，且響應(yīng)波形尾部衰減快，有利于減小碼間串?dāng)_和位定時(shí)誤差影響，但占用帶寬最大，頻帶利用率下降為1B/Hz。有沒有碼間串?dāng)_判斷要實(shí)現(xiàn)無碼間干擾傳輸，最高傳碼率與實(shí)際傳碼率之間應(yīng)滿足：(1)實(shí)際傳碼率要小于等于最高傳碼率 (2) 最高傳碼率必須為實(shí)際傳碼率整數(shù)倍 第36頁37第6章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)二進(jìn)制基帶傳輸系統(tǒng)抗噪聲性能：（掌握分析方法）當(dāng)比值A(chǔ)/ n一定時(shí)，雙極性基帶系統(tǒng)誤碼率比單極性低，抗噪聲性能好。 在等概條件下，雙極性最正確判決門限電平為0，與信號(hào)幅度無關(guān)，因而不隨信道特征改變而變，故能保持最正確狀態(tài)。而單極性最正確判決門限電平為A/2，它易受信道特征改變影響，從而造成誤碼率

15、增大。 雙極性基帶系統(tǒng)比單極性基帶系統(tǒng)應(yīng)用更為廣泛。第37頁38第6章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)部分響應(yīng)技術(shù)：目標(biāo)或好處 ：利用部分響應(yīng)技術(shù)，人為地、有規(guī)律地在碼元抽樣時(shí)刻引入碼間串?dāng)_，并在接收端判決前加以消除，從而能夠到達(dá)改進(jìn)頻譜特征、使頻帶利用率提升到理論最大值、并加速傳輸波形尾巴衰減和降低對(duì)定時(shí)精度要求目標(biāo)。部分響應(yīng)信號(hào)是由預(yù)編碼器、相關(guān)編碼器、發(fā)生濾波器、信道和接收濾波器共同產(chǎn)生。其中，相關(guān)編碼是為了得到部分響應(yīng)信號(hào)頻譜，預(yù)編碼解除了碼元之間相關(guān)性。第38頁39第6章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)第類部分響應(yīng)波形時(shí)域波形：經(jīng)簡(jiǎn)化后得頻譜函數(shù)帶寬為B = 1/2Ts (Hz) ，頻帶利用率為2B/Hz用g(

16、t)作為傳輸波形：到達(dá)了拖尾衰減快 頻帶利用率高目標(biāo)第39頁40第6章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)第類部分響應(yīng)系統(tǒng)方框圖圖(a) 原理方框圖圖(b) 實(shí)際系統(tǒng)方框圖 第40頁41第6章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)時(shí)域均衡(計(jì)算抽頭系數(shù)）均衡器為了減小碼間串?dāng)_影響，在系統(tǒng)中插入一個(gè)可調(diào)濾波器來校正或賠償系統(tǒng)特征。這種起賠償作用濾波器稱為均衡器。時(shí)域均衡器：直接校正已失真響應(yīng)波形，使包含可調(diào)濾波器在內(nèi)整個(gè)系統(tǒng)沖激響應(yīng)滿足無碼間串?dāng)_條件。假如在接收濾波器和抽樣判決器之間插入一個(gè)稱之為橫向?yàn)V波器可調(diào)濾波器，其沖激響應(yīng)為： 式中，Cn完全依賴于H()，那么，理論上就可消除抽樣時(shí)刻上碼間串?dāng)_。第41頁42第6章 數(shù)字基帶傳輸

17、系統(tǒng)由無限多按橫向排列拖延單元Ts和抽頭加權(quán)系數(shù)Cn 組成，所以稱為橫向?yàn)V波器。 第42頁43第6章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)有限長(zhǎng)橫向?yàn)V波器數(shù)學(xué)表示式 設(shè)一個(gè)含有2N+1個(gè)抽頭橫向?yàn)V波器，以下列圖所表示，其單位沖激響應(yīng)為e(t)，則有第43頁44第6章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)均衡準(zhǔn)則與實(shí)現(xiàn)：通常采取峰值失真和均方失真來衡量。峰值失真定義： 式中，除k = 0以外各值絕對(duì)值之和反應(yīng)了碼間串?dāng)_最大值。y0是有用信號(hào)樣值，所以峰值失真D 是碼間串?dāng)_最大可能值（峰值）與有用信號(hào)樣值之比。顯然，對(duì)于完全消除碼間干擾均衡器而言，應(yīng)有D = 0；對(duì)于碼間干擾不為零場(chǎng)所，希望D 越小越好。所以，若以峰值失真為準(zhǔn)則調(diào)整抽頭

18、系數(shù)時(shí)，應(yīng)使D 最小。第44頁45第6章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)Lucky曾證實(shí)：假如初始失真D01,則D最小值必定發(fā)生在y0前后yk都等于零情況下。這一定理數(shù)學(xué)意義是，所求系數(shù)Ci應(yīng)該是下式成立時(shí)2N+1個(gè)聯(lián)立方程解。這2N+1個(gè)線性方程為第45頁46第6章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)將上式寫成矩陣形式，有這個(gè)聯(lián)立方程解物理意義是：在輸入序列xk給定時(shí)，假如按上式方程組調(diào)整或設(shè)計(jì)各抽頭系數(shù)Ci，可迫使均衡器輸出各抽樣值yk為零。這種調(diào)整叫做“迫零”調(diào)整，所設(shè)計(jì)均衡器稱為“迫零”均衡器。它能確保在D02PSK(2DPSK)2ASK作業(yè)： 7-8，7-11第78頁79第9章模擬信號(hào)數(shù)字傳輸掌握模擬信號(hào)抽樣、量化

19、、編碼基本概念；掌握脈沖編碼調(diào)制原理（給定輸入樣值，能編出二進(jìn)制碼）；了解DPCM系統(tǒng)原理；了解增量調(diào)制基本概念；了解時(shí)分復(fù)用基本概念。第79頁80第9章模擬信號(hào)數(shù)字傳輸數(shù)字化(A/D轉(zhuǎn)換）3步驟：抽樣、量化和編碼抽樣信號(hào)：時(shí)間離散取值連續(xù)抽樣信號(hào) 量化信號(hào)：取值離散t011011011100100100100編碼信號(hào)：二進(jìn)制碼元第80頁81第9章模擬信號(hào)數(shù)字傳輸9.2 模擬信號(hào)抽樣9.2.1 低通模擬信號(hào)抽樣定理抽樣：把時(shí)間上連續(xù)模擬信號(hào)，變成一系列時(shí)間上離散抽樣值過程。抽樣定理：一個(gè)最高頻率為fH連續(xù)模擬信號(hào)m(t)中，以T1/2fH間隔時(shí)間對(duì)它進(jìn)行等間隔抽樣，則m(t)將被所得抽樣值完全

20、確定。最低抽樣速率2fH稱為奈奎斯特速率。與此對(duì)應(yīng)最小抽樣時(shí)間間隔1/2fH稱為奈奎斯特間隔。第81頁82第9章模擬信號(hào)數(shù)字傳輸ffs1/T2/T0-1/T-2/T (f)f-fHfH0fs|Ms(f)|-fHfHf|M(f)|抽樣過程（頻域）m(t)ms(t)T(t)0-3T-2T-TT2T3T抽樣過程（時(shí)域）第82頁量化抽樣83第9章模擬信號(hào)數(shù)字傳輸抽樣信號(hào)：時(shí)間離散取值連續(xù)抽樣信號(hào) 量化信號(hào)：取值離散量化：利用預(yù)先要求有限個(gè)電平，來表示模擬信號(hào)抽樣值過程。模擬信號(hào)數(shù)字化(A/D轉(zhuǎn)換）3步驟：抽樣、量化和編碼第83頁84第9章模擬信號(hào)數(shù)字傳輸量化過程圖M個(gè)抽樣值區(qū)間是等間隔劃分，稱為均勻量

21、化。M個(gè)抽樣值區(qū)間也能夠不均勻劃分，稱為非均勻量化。 m1m2m4m3m5q5q4q3q2q1T2T3T4T5T6T7Tt量化誤差信號(hào)實(shí)際值信號(hào)量化值m(t)m(6T)mq(6T)q6 信號(hào)實(shí)際值 信號(hào)量化值第84頁85第9章模擬信號(hào)數(shù)字傳輸均勻量化均勻量化表示式量化間隔：量化區(qū)間端點(diǎn)：量化輸出電平qi取為量化間隔中點(diǎn)：量化噪聲：量化輸出電平與量化前信號(hào)抽樣值之間誤差；信號(hào)量噪比：信號(hào)功率與量化噪聲功率之比，用以衡量量化對(duì)信號(hào)影響大小，是量化器主要指標(biāo)之一。第85頁86第9章模擬信號(hào)數(shù)字傳輸均勻量化平均信號(hào)量噪比在均勻量化時(shí)，量化噪聲功率平均值Nq能夠用下式表示若信號(hào)含有均勻概率密度，則信號(hào)功

22、率等于所以，平均信號(hào)量噪比為量化器平均輸出信號(hào)量噪比隨量化電平數(shù)M增大而提升。第86頁87第9章模擬信號(hào)數(shù)字傳輸非均勻量化 在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于給定量化器，量化電平數(shù)M和量化間隔v都是確定，量化噪聲Nq也是確定。不過，信號(hào)強(qiáng)度可能隨時(shí)間改變（比如，語音信號(hào)）。當(dāng)信號(hào)小時(shí)，信號(hào)量噪比也小。所以，這種均勻量化器對(duì)于小輸入信號(hào)很不利。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，改進(jìn)小信號(hào)時(shí)信號(hào)量噪比，在實(shí)際應(yīng)用中常采取非均勻量化非均勻量化目標(biāo)（為何采取非均勻量化、非均勻量化優(yōu)點(diǎn)或均勻量化缺點(diǎn)）第87頁88第9章模擬信號(hào)數(shù)字傳輸非均勻量化原理在非均勻量化時(shí)，量化間隔隨信號(hào)抽樣值不一樣而改變。信號(hào)抽樣值小時(shí)，量化間隔v也??；信號(hào)抽

23、樣值大時(shí)，量化間隔v也變大。非均勻量化實(shí)現(xiàn)方法： 其過程：首先將抽樣值x經(jīng)過壓縮器進(jìn)行壓縮，然后對(duì)壓縮后信號(hào)y進(jìn)行均勻量化，最終在接收端用擴(kuò)張器來恢復(fù)x。壓縮器均勻量化擴(kuò)張器抽樣值xyx第88頁89第9章模擬信號(hào)數(shù)字傳輸非均勻量化原理壓縮：是用一個(gè)非線性電路將輸入電壓x變換成輸出電壓y： y = f(x) 圖示：縱坐標(biāo)y 是均勻刻度， 橫坐標(biāo)x 是非均勻刻度。 所以輸入電壓x越小， 量化間隔也就越小， 小信號(hào)量化誤差小。將強(qiáng)信號(hào)壓縮，弱信號(hào)放大第89頁90第9章模擬信號(hào)數(shù)字傳輸 A壓縮律和13折線A壓縮律是指符合下式對(duì)數(shù)壓縮規(guī)律：其中，x 壓縮器歸一化輸入電壓； y 壓縮器歸一化輸出電壓； A

24、 常數(shù)，它決定壓縮程度，慣用A=87.6。y1第90頁91第9章模擬信號(hào)數(shù)字傳輸13折線壓縮特征 A律近似 A律表示式是一條平滑曲線，用電子線路極難準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)。但能夠用數(shù)字電路來近似實(shí)現(xiàn)。13折線特征就是近似于A律特征。在下列圖中示出了這種特征曲線：第91頁92第9章模擬信號(hào)數(shù)字傳輸壓縮律和15折線壓縮特征壓縮律：是指壓縮器壓縮特征含有以下關(guān)系： 其中：為壓擴(kuò)參數(shù)，表示壓擴(kuò)程度 =0時(shí)，無壓縮效果 ； ，壓縮效果顯著 當(dāng)=255時(shí)：這就是美國(guó)等地采取壓縮律特征。因?yàn)槁梢粯硬灰子秒娮泳€路準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)，普通用15折線近似律。 第92頁93第9章模擬信號(hào)數(shù)字傳輸15折線壓縮：(1)將縱坐標(biāo)y從0到1之間

25、劃分為8等份。對(duì)應(yīng)于各轉(zhuǎn)折點(diǎn)橫坐標(biāo)x值能夠按照下式計(jì)算：(2)將這些轉(zhuǎn)折點(diǎn)用直線相連，就組成了8段折線。第93頁94第9章模擬信號(hào)數(shù)字傳輸9.5.1脈沖編碼調(diào)制（PCM）基本原理把從模擬信號(hào)抽樣、量化，直到變換成為二進(jìn)制符號(hào)基本過程，稱為脈沖編碼調(diào)制，簡(jiǎn)稱脈碼調(diào)制。(a) 編碼器模擬信號(hào)輸 入PCM信號(hào)輸 出抽樣 保持量 化編 碼沖激脈沖路編碼電路第94頁 逐次比較法編碼原理 方框圖第9章模擬信號(hào)數(shù)字傳輸比較器保持電路恒流源記憶電路Is Iw , ci =1Is Iw , ci = 0c1, c2, c3Is Iw輸入信號(hào)抽樣脈沖量化值c1c2c300001001201030114100510

26、161107111第95頁96第9章模擬信號(hào)數(shù)字傳輸碼位排列方法在13折線法中采取折疊碼有8位。其中第一位c1表示量化值極性正負(fù)。后面7位分為段落碼和段內(nèi)碼兩部分，用于表示量化值絕對(duì)值。其中第2至4位(c2 c3 c4)是段落碼，共計(jì)3位，對(duì)應(yīng)8種斜率段落；其它4位(c5 c8)為段內(nèi)碼，能夠表示每一段落內(nèi)16種量化電平。段內(nèi)碼代表16個(gè)量化電平是均勻劃分。所以，這7位碼總共能表示27 128種量化值。不一樣段落量化間隔是不一樣：其中第1和2段最短，斜率最大，其橫坐標(biāo)x歸一化動(dòng)態(tài)范圍只有1/128。再將其等分為16小段后，每一小段動(dòng)態(tài)范圍只有(1/128) (1/16) = 1/2048。這就

27、是最小量化間隔，后面將此最小量化間隔(1/2048)稱為1個(gè)量化單位。第96頁97第9章模擬信號(hào)數(shù)字傳輸段落碼編碼規(guī)則段落序號(hào)段落碼c2 c3 c4段落范圍（量化單位）81 1 11024204871 1 0512102461 0 125651251 0 012825640 1 16412830 1 0326420 0 1163210 0 0016第97頁98第9章模擬信號(hào)數(shù)字傳輸段內(nèi)碼編碼規(guī)則：量化間隔段內(nèi)碼c5 c6 c7 c8151 1 1 1141 1 1 0141 1 0 1121 1 0 0111 0 1 1101 0 1 091 0 0 181 0 0 070 1 1 160 1 1 050 1 0 140 1 0 030 0 1 120 0 1 010 0 0 100 0 0 0第98頁99第9章模擬信號(hào)數(shù)字傳輸PCM信號(hào)碼元速率和帶寬 (1) 碼元速率 設(shè)m(t)為低通信號(hào)，最高頻率為fH， 按照抽樣定理抽樣速率fs