第七章模拟信号的数字传输 71引言 模拟信号经过数字化后在数字通信系统中的传输,即 为模拟信号的数字传输。其框图如图7-1所示。 模拟 抽样、量化 数字 译码和 信息源 和编码 通信系统 低通滤波 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 图7-1模拟信号的数字传输系统框图 从框图上可以看出,我们需要讨论的问题是:(1) 模拟信号的数字化(即抽样、量化和编码);(2)数 字信号的数字传输;(3)数字信号还原成模拟信号 (即译码和低通滤波)
第七章 模拟信号的数字传输 7.1 引 言 模拟信号经过数字化后在数字通信系统中的传输，即 为模拟信号的数字传输。其框图如图7-1所示。 从框图上可以看出，我们需要讨论的问题是：（1） 模拟信号的数字化（即抽样、量化和编码）；（2）数 字信号的数字传输；（3）数字信号还原成模拟信号 （即译码和低通滤波）。 m(t) 模拟随机信号 图 7-1 模拟信号的数字传输系统框图 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 {sk} 数字随机序列 m ‘ (t) 模拟随机信号 {sk ‘ } 数字随机序列
72抽样定理 低通信号的抽样 一个频带限制在(0,f)Hz内的时间连续信号 m(),如果以7<1/2f秒的间隔对它进行等间隔抽样, 则m(.将被所得到的抽样值完全确定 带通信号的抽样 个频带限制在(,f)Hz内的时间连续信号 m(2),设=B,=mB+kB,0<k<1,则带通信号的 最小抽样频率为:fs=2B+2(f-mBMn=2B(1+kmn) 其中,n是小于B的最大整数
7.2 抽样定理 一、低通信号的抽样 一个频带限制在（0，fH）Hz内的时间连续信号 m(t)，如果以T≤1/2 fH秒的间隔对它进行等间隔抽样， 则m(t)将被所得到的抽样值完全确定。 二、带通信号的抽样 一个频带限制在（fL，fH）Hz内的时间连续信号 m(t)，设fL -fH =B，fH =nB+kB，0<k<1，则带通信号的 最小抽样频率为：f(s)= 2B+2(fH –nB)/n=2B(1+k/n) 其中，n是小于fH /B的最大整数
73脉冲振幅调制(PAM) 脉冲调制 脉冲调制是指用离散脉冲串作为载波,用基带信 号去改变脉冲参数(幅度、宽度、时间位置等),从 而构成脉幅调制( PAM- Pulse Amplitude Modulation)、脉宽调制( PDM--Pulse duration Modulation)和脉位调制( PAM--Pulse position Modulation)等。其波形图见P193图7-7 二、脉冲振幅调制 PAM是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调 制方式
7.3 脉冲振幅调制（PAM） 一、脉冲调制 脉冲调制是指用离散脉冲串作为载波，用基带信 号去改变脉冲参数（幅度、宽度、时间位置等），从 而 构 成 脉 幅 调 制 （ PAM——Pulse Amplitude Modulation ）、脉宽调制（PDM——Pulse Duration Modulation ） 和 脉 位 调 制 （ PAM——Pulse Position Modulation）等。其波形图见P193图7-7。 二、脉冲振幅调制 PAM是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调 制方式
1.曲顶抽样 在抽样脉冲持续期间,样值幅度随输 入信号变化而变化。如图7-2所示。 m(t (t) 6(t) 图7-2曲顶抽样信号的产生
1．曲顶抽样 在抽样脉冲持续期间，样值幅度随输 入信号变化而变化。如图7-2所示。 图 7-2 曲顶抽样信号的产生 × m(t) (t) T m (t) s m (t) H
2.平顶抽样 在抽样脉冲持续期间,样值幅度是抽样时 刻输入信号的瞬时值。如图7-3所示。 M(O H() 脉冲形成 电路 (1) 图7-3平顶抽样信号的产生
2．平顶抽样 在抽样脉冲持续期间，样值幅度是抽样时 刻输入信号的瞬时值。如图7-3所示。 图 7-3 平顶抽样信号的产生 × 脉冲形成 电路 m(t) (t) T () Ms H() () MH m (t) H
74模拟信号的量化 利用预先规定的有限个离散电平来表示模拟抽样 值的过程称之为量化;相应的离散电平称之为量化 电平。因为量化的结果只能取有限个量化电平,所 以量化过程不可避免地要造成误差,称之为量化误 差。由量化误差产生的噪声称之为量化噪声 均匀量化 把输入信号的取值域按等距离分割的量化称之为 均匀量化。如图7-4所示。 设输入信号的范围为(a,b),量化电平数为M
7.4 模拟信号的量化 利用预先规定的有限个离散电平来表示模拟抽样 值的过程称之为量化；相应的离散电平称之为量化 电平。因为量化的结果只能取有限个量化电平，所 以量化过程不可避免地要造成误差，称之为量化误 差。由量化误差产生的噪声称之为量化噪声。 一、均匀量化 把输入信号的取值域按等距离分割的量化称之为 均匀量化。如图7-4所示。 设输入信号的范围为（a，b），量化电平数为M， 则：
均匀量化的量化间隔:△p M 量化器输出:m=91,当m:mm m.=a+i△ mi +mi+1 i=12.3…M 2
均匀量化的量化间隔： 量化器输出：mq=qi，当mi-1<m≤mi M b a v − = m a i v i = + i M m m q i i i , 1,2,3 2 1 = + = +
6 量化误差 2T3T4T56777t 92 量化区间端点 量化电 图7-4均匀量化过程
图 7-4 均匀量化过程 q1 量化区间端点 量化电平 q2 q3 q4 q5 q6 q7 m1 m2 m3 m4 m5 m6 m7 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T t m0 量化误差
非均匀量化 非均匀量化是根据信号取值的不同区间来确定量 化间隔,通常实现的方法是将抽样值通过压缩后再进 行均匀量化。广泛采用的压缩率有压缩率和A压缩率 1.∠压缩率 压缩器的压缩特性为: In(1+u) ln(1+) 式中 归一化的压缩器输出电压; x归一化的压缩器输入电压; 压扩参数 其压缩特性如图7-5所示
二、非均匀量化 非均匀量化是根据信号取值的不同区间来确定量 化间隔，通常实现的方法是将抽样值通过压缩后再进 行均匀量化。广泛采用的压缩率有压缩率和A压缩率 。 1．压缩率 压缩器的压缩特性为： 式中，y——归一化的压缩器输出电压； x——归一化的压缩器输入电压； ——压扩参数。 其压缩特性如图7-5所示。 , 0 1) ln(1 ) ln(1 ) + + = x x y
0.9 100 0.8 07 0.6 0.5 无压缩 04 0.3 0.2 0.1 0 00.10.20.3040.50.6070.80.91 图7-5律压缩特性
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 图 7-5 律压缩特性 =100 无压缩