第六章模拟信号的数字传输
第六章 模拟信号的数字传输
内容提要 §61抽样定理 §62脉冲振幅调制 §63脉冲编码调制(PCM) §64自适应差分脉冲编码调制( ADPCM) §65增量调制(ΔM) §66时分复用 作业:1、2、3、4、7、8、14、15、17、 18、19
2 内容提要 §6.1 抽样定理 §6.2 脉冲振幅调制 §6.3 脉冲编码调制（PCM） §6.4 自适应差分脉冲编码调制（ADPCM） §6.5 增量调制（ΔM） §6.6 时分复用 作业：1、2、3、4、7、8、14、15、17、 18、19
士 概述 口数字通信系统具有许多优点 抗干扰能力强 易于差错控制 易于加密、集成 易于复用多种数字终端接口 ■然而自然界的许多信息经各种传感器感知后都是模拟量 ■若要利用数字通信系统传输模拟信号一般需三个步骤 模拟信号数字化,即模数转换(A/D) 进行数字方式传输(第五、七章) 把数字信号还原为模拟信号,即数模转换(D/A) 发端的A/D变换称为信源编码,而收端的D/A变换称为信 源译码
3 概述 ◼ 数字通信系统具有许多优点 ◼ 抗干扰能力强 ◼ 易于差错控制 ◼ 易于加密、集成 ◼ 易于复用多种数字终端接口 ◼ …… ◼ 然而自然界的许多信息经各种传感器感知后都是模拟量 ◼ 若要利用数字通信系统传输模拟信号一般需三个步骤 ◼ 模拟信号数字化， 即模数转换（A/D） ◼ 进行数字方式传输（第五、七章） ◼ 把数字信号还原为模拟信号， 即数模转换（D/A） ◼ 发端的A/D变换称为信源编码，而收端的D/A变换称为信 源译码
模拟信号数字化的方法大致可划分为波形 编码和参量编码两类 ■波形编码是直接把时域波形变换为数字代码序 列,比特率通常在16kb/s~64kb/s范围内 接收端重建信号的质量好。 参量编码是利用信号处理技术,提取语音信号 的特征参量,再变换成数字代码,其比特率在 16kb/s以下,但接收端重建(恢复)信号的质 量不够好。 ■这里只介绍波形编码
◼ 模拟信号数字化的方法大致可划分为波形 编码和参量编码两类。 ◼ 波形编码是直接把时域波形变换为数字代码序 列，比特率通常在16 kb/s~64 kb/s范围内 ，接收端重建信号的质量好。 ◼ 参量编码是利用信号处理技术，提取语音信号 的特征参量， 再变换成数字代码，其比特率在 16 kb/s以下，但接收端重建(恢复)信号的质 量不够好。 ◼ 这里只介绍波形编码。 4
模拟信号的数字传输 模拟 抽样、量化 数字 译码和低連 信息源 和编码 通信系统 滤波 m() SS,i 模拟随机信号数字随杋序列数字随机序列模拟随机信号
模拟信号的数字传输 模 拟 信息源 抽样、量化 和编码 数 字 通信系统 译码和低通 滤 波 m(t) {s k } {s k } m(t) 模拟随机信号 数字随机序列 数字随机序列 模拟随机信号
§61抽样定理 ■抽样是把时间上连续的模拟信号变成一系列时间上离散的 抽样值的过程。 对一个频带有限的时间连续的模拟信号抽样,当抽样速率 达到一定数值时,那么根据它的抽样值就能重建原信号。 也就是说,若要传输模拟信号,不一定要传输模拟信号本 身,只需传输按抽样定理得到的抽样值即可。因此,抽样 定理是模拟信号数字化的理论依据。 低通抽样 均匀抽样 理想抽样 带通抽样 非均匀抽样 实际抽样
§6.1 抽样定理 ◼ 抽样是把时间上连续的模拟信号变成一系列时间上离散的 抽样值的过程。 ◼ 对一个频带有限的时间连续的模拟信号抽样，当抽样速率 达到一定数值时，那么根据它的抽样值就能重建原信号。 也就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本 身，只需传输按抽样定理得到的抽样值即可。因此，抽样 定理是模拟信号数字化的理论依据。 6 低通抽样 带通抽样 均匀抽样 非均匀抽样 理想抽样 实际抽样
低通抽样定理 一个频带限制在(0,f)赫兹内的时间连续信号m(t), 如果以T≤1/2f秒的间隔对它进行等间隔(均匀)抽样 ,则m()将被所得到的抽样值完全确定。 ↑M(O) fH fh 奈奎斯特间隔,是最大允许抽样间隔 2 f 奈奎斯特速率
低通抽样定理 ◼ 一个频带限制在 赫兹内的时间连续信号m(t)， ◼ 如果以 秒的间隔对它进行等间隔（均匀）抽样 ，则m(t)将被所得到的抽样值完全确定。 7 (0, ) H f 1 2 T f s H 1 2 s H T f = 奈奎斯特间隔，是最大允许抽样间隔 s H f = 2 f 奈奎斯特速率 M( ) f − fH fH
理想抽样与信号恢复 m(t 低通 滤波器 (b)
理想抽样与信号恢复 × m(t) ms (t) T (t) (a) 低 通 滤 波 器 ms (t) m(t) (b)
低通抽样定理证明(频域) ■抽样脉冲序列是一个周期性冲击序列 6(1)=∑o(t-nT,) =一 频谱表达式: 2丌 2丌 (0)=∑S(-nO,),,=2n sn=∞ 抽样后的信号:m,(1)=m(1)61(1)=∑m(nT)6(t-n) 频谱表达式: M,(a)=[M(a)*8,(a) 2丌
低通抽样定理证明（频域） ◼ 抽样脉冲序列是一个周期性冲击序列 ◼ 频谱表达式： ◼ 抽样后的信号： ◼ 频谱表达式： =− = − n T nT s (t) (t ) 9 =− = = − n s T s nT s m (t) m(t) (t) m(nT ) (t ) ( ) ()* () M s M T 2 1 =
M( 1()*∑(m=n T M、)=∑M(O-nO,) M,(o)==M (a)+∑M(-no,) T T n≠0
=− = − n s M n s T M ( ) ( ) s 1 10 = + − 0 s s ( ) 1 ( ) 1 ( ) n s M n s T M T M 1 ( ) ( )* ( ) s s s n M M n T =− = −
