第五章 模拟信号的波形编码
语音信号波形编码的基本过程
语音信号波形编码的基本过程语音信号波形编码的基本过程包括以下步骤：
1. 采样：从时间上连续变化的模拟信号中取出若干个有代表性的样本值，来代表这个连续变化的模拟信号。
根据奈奎斯特采样定理，要从采样值序列中完全恢复成原始波形，采样频率必须大于原始信号最高频率的2倍。
2. 量化：将采样得到的幅度样本分层量化，即把每个样本的值限制在一定的范围内，例如8位、16位或32位等。
3. 编码：将量化后的样本值转换成数字代码，例如PCM（脉冲编码调制）编码或ADPCM（自适应差分脉冲编码调制）编码等。
4. 解码：将收到的数字序列经过解码和滤波恢复成模拟信号。
这个过程是编码的反过程，即将数字代码转换回模拟信号。
信源编码包括波形编码声源编码分组编码混合编码
信源编码包括波形编码声源编码分组编码混合编码在发送端，把经过采样和量化后的模拟信号变换成数字脉冲信号的过程，称为信源编码。
信源编码主要完成两大任务：一是将模拟信号转换成数字信号，第二是实现数据压缩。
信源编码通常分为三类：波形编码、参数编码和混合编码。
其中波形编码和参数编码是两种基本类型，混合编码是前两者的衍生物。
（1）波形编码波形编码技术直接对语音波形采样、量化，并用二进制码表示。
脉冲编码调制PCM和增量调制DM是波形编码的代表。
优点：①具有很宽范围的语音特性，对各类模拟话音波形信号进行编码均可达到很好的效果；②抗干扰能力强，具有优良的的话音质量；③技术成熟、复杂度不高；④费用适中。
缺点：编码速率要求高，一般要求在16~64kbit/s之间，所占用的频带较宽，只适用于有线通信系统中。
（2）参数编码是以发音机制的模型作为基础，用一套模拟声带频谱特性的滤波器系数和若干声源参数来描述这个模型，在发送端从模拟语音信号中提取各个特征参数并进行量化编码。
包括线性预测编码（LPC）及各种改进型。
目前移动通信系统的语音编码技术大多采用这种类型技术为基础。
优点：由于只需传输话音特征参量，因而语音编码速率可以很低，一般在2~4.8kbit/s之间，并且对话音可懂度没有多少影响。
缺点是：话音有明显的失真，并且对噪声较为敏感，话音质量一般，不能满足商用话音质量的要求。
（3）混合编码将波形编码和参数编码结合起来，力图保持波形编码话音的高质量与参数编码的低速率。
目前移动通信中使用的混合编码包括规则脉冲激励长期预测编码（RPELTP）和应用于IS95CDMA 蜂窝移动通信系统的码激励线性预测编码（CELP）。
特点是：数字语音信号中既包括若干话音特征参量又包括部分波形编码信息，因而综合了参数编码和质量波形编码各自的优点。
(仅供参考)PCM编码规则
说明：
其中：带宽 B= f H - f L ，M=[ f H /( f H - f L )]-N,N 为不超过 f H /( f H - f L )的最大正
整数。由此可知,必有 0≤M<1。
高频窄带信号， f H 大而 B 小， f L 当然也大。因此带通信号通常可按 2B 速率抽样；
当 f S > 2B(1+M/N) 时 可能出现频谱混叠现象（这一点是与低频现象不同的）；
∑ xˆ(t
)
=
h(t
)
∗
x
S
(t
)
=
1 TS
n
∞
x(nTS
=−∞
)
sin ω ωH
H
(t
(t −
− nTS nTS )
)
该式是重建信号的时域表达式，称为内插公式。
说明：以奈奎斯特速率抽样带限信号 x(t) 可以由其抽样值利用内插公式重建。这等效为将抽样原信
号通过一个冲激响应为 sin ωH t ωH t 的 LPF 来重建 x(t) 。
抽样定理分类： （1） 根据信号是低通型的还是带通型的，抽样定理分低通抽样定理和带通抽样定理； （2） 根据用来抽样的脉冲序列是等间隔的还是非等间隔的，又分为均匀抽样定理和非均匀抽样
定理； （3） 根据抽样脉冲序列是冲击序列还是非冲击序列，又可以分为理想抽样和实际抽样。
5.2.1 低通抽样定理
内容：一个频带限制在 (0, f H ) 内的连续信号 x(t) ，如果抽样频率 f S 大于或等于 2 f H ，则可以由抽
5.2 低通与通带抽样定理
抽样定理实质：是一个连续模拟信号经抽样变成离散序列后，能否由此离散序列值重建原始模拟信 号的问题。大意是如果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后，那么 根据它的抽样值就能够重建信号。也就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，只需要 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。
通信原理第5章
(2)
三、实际抽样 ------自然抽样
自然抽样的特点
平顶抽样：
5.2 脉冲编码调制（PCM）
脉冲编码调制(PCM)简称脉码调制，它是一种用一组二进 制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而实现通信的方式。 由于这种通信方式抗干扰能力强，它在光纤通信、数字微波通 信、卫星通信中均获得了极为广泛的应用。 PCM是一种最典型的语音信号数字化的波形编码方式。首 先，在发送端进行波形编码(主要包括抽样、量化和编码三个过 程)，把模拟信号变换为二进制码组。编码后的PCM码组的数 字传输方式可以是直接的基带传输，也可以是对微波、光波等 载波调制后的调制传输。在接收端，二进制码组经译码后还原 为量化后的样值脉冲序列，然后经低通滤波器滤除高频分量， 便可得到重建信号 x(t ) 。
1 Ts= 是最大允许抽样间隔，它被称为奈奎斯特间隔，相对 2 fH 应的最低抽样速率fs=2fH称为奈奎斯特速率。
混叠现象
信号的重建
该式是重建信号的时域表达式， 称为内插公式。 它说 明以奈奎斯特速率抽样的带限信号x(t)可以由其样值利用内
插公式重建。这等效为将抽样后信号通过一个冲激响应为
际标准中取μ=255。另外，需要指出的是μ律压缩特性曲线 是以原点奇对称的， 图中只画出了正向部分。
2、A律压扩特性
Ax 1 ln A ,0 x 1 / A z 1 ln( Ax) ,1 / A x 1 1 ln A
• • •
x——压缩器归一化输入电压 z——压缩器归一化输出电压 μ ——压缩器参数
量化的物理过程
q7
x q x q x (t)
q
信号的实际值
6
量化误差
6
信号的量化值
波形编码参数编码和混合编码
波形编码参数编码和混合编码波形编码的原理是利用模拟信号在不同条件下的变化来表示不同的数字值。
例如，利用正弦波信号的振幅来表示0和1，我们可以通过改变振幅的大小来表示不同的数字值。
这种编码方式称为振幅调制（Amplitude Modulation）。
除了振幅调制外，波形编码还使用其他编码方式，如频率调制（Frequency Modulation）和相位调制（Phase Modulation）。
频率调制利用正弦波信号的频率来表示数字信息，而相位调制则通过改变正弦波信号的相位来表示数字值。
参数编码（Parameter Coding）是一种将数字信息转换为一系列参数的编码方式。
这些参数可以是数字的大小、位置、颜色等。
通常，参数编码用于将数字信息嵌入到图像、音频和视频等多媒体数据中。
参数编码的原理是将数字信息转换为一系列可变的参数，然后将这些参数嵌入到多媒体数据中。
例如，在图像编码中，可以将数字信息嵌入到像素的亮度或色度分量中。
在音频编码中，可以将数字信息嵌入到音频的频谱特征中。
通过解码器，接收方可以提取出嵌入的数字信息。
混合编码（Hybrid Coding）是一种将波形编码和参数编码结合起来的编码方式。
它通过同时使用波形编码和参数编码来提高编码的效率和准确性。
混合编码的原理是在波形编码中使用参数编码的思想，将数字信息嵌入到波形信号的参数中。
例如，在波形编码中使用频率调制，可以将数字信息嵌入到正弦波信号的频率变化中。
混合编码在实际应用中具有广泛的应用。
例如，在音频编码中，混合编码可以同时利用振幅调制和参数编码来实现高质量的音频传输。
在图像编码中，混合编码可以将数字信息嵌入到图像的亮度和色度分量中，从而实现图像的高保真传输。
总之，波形编码、参数编码和混合编码是数字通信中常用的编码方式。
它们通过将数字信息转换为模拟信号或参数来传输和嵌入数字信息。
不同的编码方式适用于不同的应用场景，可以提供高质量和高效率的数字通信。
数字通信PPT课件
-2-
Principles of Digital Communications
从理论上讲，语音信号包含大量的冗余，这个速率完全是 可以压缩的，信源编码技术的核心就是研究压缩编码算法， 用尽可能低的传信率获得尽可能好的语音质量。
按照处理方式的不同，信源压缩编码方法有以下几种：
• 概率匹配编码：根据编码对象出现的概率分配不同长 度的代码，以保证总的代码长度最短。
• 预测编码：利用信号之间的相关性，预测未来信号， 对预测的误差(或残差)进行编码。
• 变换编码：利用信号在不同函数空间分布的不同，选 择合适的函数变换将信号从一种信号空间变换到另一 种更有利于压缩编码的信号空间，再进行编码。
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Principles of Digital Communications
0.125
< 50 0.125
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Principles of Digital Communications
5.2 语音信号的波形编码
1. 脉冲编码调制(PCM)
m(t)抽样A/D来自换 msq(t)量化编码
ms(t)
干扰 信道
m^(t)
低通 滤波
m^sq(t) 译码
PCM通信系统模型
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Principles of Digital Communications
• 编解码延时：对语音信号的分帧处理以及复杂的算法实现 会产生比较明显的编解码延时，它与传输延时一起构成了 系统的主要延时。在实时语音系统中，总延时太长会影响 双方的正常交谈。一般要求语音编解码延时低于100ms。
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Principles of Digital Communications
• 算法复杂度：考虑到硬件实现的可能性、复杂度和成本， 一种实用的算法必须在保持一定性能的前提下，尽可能将 其运算复杂度降到最低。
第五章 模拟信号的数字传输
2、非均匀量化（压缩与扩张） （1）实现非均匀量化的方法-压缩扩张技术
基本思想：在输入信号动态范围内尽可能保持量化信噪比 恒定，量化间隔不相等。
37
压缩器就是一个非线性变换电路，强的信号被压缩，微弱的信号 被放大，相当于展宽了信号的动态范围
38
图5.3-6 有无压扩的比较曲线
39
(2)常见压扩特性 压缩特性的选取与信号统计特性有关.通常，大多采用对 数式压缩 对于电话信号，ITU制定了两种对数压扩特性是μ律压扩 和A律压扩，接近最佳特性且易于二进制编码。
11
2、孔径效应 实际脉冲进行瞬时抽样时，由于抽样脉冲具有一定的宽度， 在通过LPF后不能完全恢复原信号，可用均衡电路补偿。 3、内插噪声 使用实际可实现的有限时延滤波器，不能得到与原信 号完全相同的信号，由此产生的误差
12
四、带通信号的抽样
带通信号：频谱限制在 wL 与 wm 之间，而且 wL W
参量编码 利用信号处理技术，提取信号的特征参量，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。
混合编码
4
一、概念
§抽样定理
如果对一个频带有限的连续时间模拟信号抽样，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。
抽样定理是模拟信号数字化的理论依据
k) n
当wm , wL>> W时
n
wm W
1
当wm, wL>> W时，无论是否为W的整数倍，ws(min) 2W
16
实际中应用广泛的高频窄带信号就符合这种情况， 这是因为fH大而W小，由于带通信号一般为窄带信号， 容易满足 wm , wL >>W，因此，带通信号通常可按2W 速率抽样。
通信原理(第七版)思考题及答案
第一章绪论1．以无线广播和电视为例，说明图1-3模型中的信息源，受信者及信道包含的具体内容是什么在无线电广播中，信息源包括的具体内容为从声音转换而成的原始电信号，收信者中包括的具体内容就是从复原的原始电信号转换乘的声音；在电视系统中，信息源的具体内容为从影像转换而成的电信号。
收信者中包括的具体内容就是从复原的原始电信号转换成的影像；二者信道中包括的具体内容分别是载有声音和影像的无线电波2．何谓数字信号，何谓模拟信号，两者的根本区别是什么数字信号指电信号的参量仅可能取有限个值；模拟信号指电信号的参量可以取连续值。
他们的区别在于电信号参量的取值是连续的还是离散可数的3．何谓数字通信，数字通信有哪些优缺点传输数字信号的通信系统统称为数字通信系统；优缺点：1.抗干扰能力强；2.传输差错可以控制；3.便于加密处理，信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理比模拟通信容易的多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密，解密处理；4.便于存储、处理和交换；数字通信的信号形式和计算机所用的信号一致，都是二进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储，处理和交换，可使通信网的管理，维护实现自动化，智能化；5.设备便于集成化、微机化。
数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器。
设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小，功耗低；6.便于构成综合数字网和综合业务数字网。
采用数字传输方式，可以通过程控数字交换设备进行数字交换，以实现传输和交换的综合。
另外，电话业务和各种非话务业务都可以实现数字化，构成综合业务数字网；缺点：占用信道频带较宽。
一路模拟电话的频带为4KHZ带宽，一路数字电话约占64KHZ。
4．数字通信系统的一般模型中的各组成部分的主要功能是什么数字通行系统的模型见图1-4所示。
其中信源编码与译码功能是提高信息传输的有效性和进行模数转换；信道编码和译码功能是增强数字信号的抗干扰能力；加密与解密的功能是保证传输信息的安全；数字调制和解调功能是把数字基带信号搬移到高频处以便在信道中传输；同步的功能是在首发双方时间上保持一致，保证数字通信系统的有序，准确和可靠的工作。
通信原理-05模拟信号的数字传输
极性码 段落码 段内码
C1
C2C3C4
C5C6C7C8
Q=256
2021/8/17
24
段号 段落码
1
000
2
001
3
010
4
011
5
100
6
101
7
110
8
111
2021/8/17
段号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
段内码
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
(c)
t
f
s
1 Ts
0 (f)
f
图 7.2.3 取 样 定 理 的 时 间 函 数 和 对 应 的 频 谱 图
奈奎斯特取样速率 fs 2fH奈奎斯特取样间隔 Ts 1/ fs
2021/8/17
9
2021/8/17
M(f)
fH (d) fH Ts ( f )
f
s
1 Ts
(e)
Ms(f )
f
s
1 Ts
2021/8/17
输入x 1
20
2021/8/17
21
2021/8/17
22
5.1.3 编码
量化电平编号
自然二进制码
折叠二进制码
格雷码
0
0000
0111
0000
1
0001
0110
0001
2
0010
0101
0011
3
0011
通信原理各章重要知识
第一部 各章重要习题及详细解答过程第1章 绪论1—1 设英文字母E 出现的概率为0.105，x 出现的概率为0.002。
试求E 及x 的信息量。
解：英文字母E 的信息量为105.01log 2=E I =3.25bit 英文字母x 的信息量为002.01log 2=x I =8.97bit 1—2 某信息源的符号集由A 、B 、C 、D 和E 组成，设每一符号独立出现，其出现概率分别为1/4、l/8、l/8/、3/16和5/16。
试求该信息源符号的平均信息量。
解：平均信息量，即信息源的熵为∑=-=ni i i x P x P H 12)(log )(=41log 412-81log 812-81log 812-163log 1632-165log 1652- =2.23bit/符号1—3 设有四个消息A 、BC 、D 分别以概率1/4、1/8、1/8和l/2传送，每一消息的出现是相互独立的，试计算其平均信息量。
解：平均信息量∑=-=ni i i x P x P H 12)(log )(=41log 412-81log 812-81log 812-21log 212-=1.75bit/符号1—4 一个由字母A 、B 、C 、D 组成的字。
对于传输的每一个字母用二进制脉冲编码，00代替A ，01代替B ，10代替C ，11代替D ，每个脉冲宽度为5ms 。
(1)不同的字母是等可能出现时，试计算传输的平均信息速率。
(2)若每个字母出现的可能性分别为P A =l/5，P B =1/4，P C =1/4，P D =3/10 试计算传输的平均信息速率。
解：(1)不同的字母是等可能出现，即出现概率均为1／4。
每个字母的平均信息量为∑=-=ni i i x P x P H 12)(log )(=41log 4142⨯-=2 bit/符号因为每个脉冲宽度为5ms ，所以每个字母所占用的时间为 2×5×10-3=10-2s每秒传送符号数为100符号／秒 (2)平均信息量为∑=-=ni i i x P x P H 12)(log )(=51log 512-41log 412-41log 412-103log 1032-=1.985 bit/符号平均信息速率为 198.5 比特/秒1—5 国际莫尔斯电码用点和划的序列发送英文字母，划用持续3单位的电流脉冲表示，点用持续1个单位的电流脉冲表示；且划出现的概率是点出现概率的l/3；(1)计算点和划的信息量；(2)计算点和划的平均信息量。
PCM编码规则
第五章 脉冲编码调制本章内容：● 引言● 脉冲编码调制(PCM)基本原理● 低通与带通抽样定理● 实际抽样● 模拟信号的量化● PCM编码原理引言模拟信号数字传输的步骤：（1） 把模拟信号数字化，即模数转换（A/D）（2） 数字传输（3） 把数字信号还原为模拟信号，即数模转换（D/A）。
说明：由于A/D，D/A变换的过程通常由信源编（译）码器实现，所以我们把发端的A/D变换称为信源编码，而收端的D/A变换称为信源译码，如语音信号的语音编码。
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大类。
波形编码：直接把时域波形变换为数字序列，比特率通常在16kb/s~64kb/s；目前用的最普遍的Δ波形编码方法有PCM和M。
参量编码：利用信号处理技术，提高语音信号的特征参量，再变换为数字代码，起比特率在16kb/s 以下。
5.1 PCM基本原理PCM概念是1937年又法国工程师Alec Reeres最早提出来的。
脉冲编码调制简称脉码调制，是一种将模拟语音信号变换成数字信号的编码方式，主要包括：抽样、量化、编码。
图1 PCM 原理图抽样：把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度的抽样信号。
量化：把离散时间连续幅度的抽样信号转换成离散时间离散幅度的数字信号。
编码：将量化后的信号编码形成一个二进制码输出。
国际标准化的PCM 码是一位码代表一个抽样值。
说明：（1）预滤波：把原始语音信号的频带（40~10000Hz 左右）限制在300~3400Hz 标准的长途模拟电话的频带内。
（2）在解调器过程中，一般采用抽样保持电路，所以LPF 均需要采用x/sinx 型频率响应以补偿抽样保持电路引入的频率失真sinx/x 。
（3）的失真主要来源于量化以及信道传输误码，通常用信号与量化噪声的功率比（S/N ）来表示。
（4）PCM 编码过程是模拟信号调制一个二进制脉冲序列，载波是脉冲序列，调制改变脉冲序列的有无或“1”，“0”，所以PCM 称为脉冲编码调制。
微波与卫星通信编码与信号处理技术
第五章编码与信号处理技术主要讲述的内容：①信源编码与信道编码技术；②信号处理技术：数字话音内插（DSI）技术和回波控制技术。
5.1信源编码技术5.2信道编码技术5.3信号处理技术5.1 信源编码技术所谓信源编码指首先将话音、图象等模拟信号转换成为数字信号，然后再根据传输信息的性质，采用适当的编码方法。
为了降低系统的传输速率，提高通信系统效率，就要对话音或图象信号进行频带压缩传输。
5.1.1 微波与卫星通信系统对信源编码的要求数字微波通信系统：采用最基本的语音编码方式为脉冲编码调制，即以奈奎斯特抽样定理为基准，将频带宽度为（300~3400Hz）的语音信号变换成为64kb/s的数字信号，这就是标准的PCM编码方式。
数字卫星通信系统：由于通信卫星所处的环境特殊，因此在卫星系统的传输中，会受到如多径衰落、多普勒效应等因素的影响。
具体要求如下：● 在有限的频带内，尽量提高频谱利用率，一般数字微波通信系统的编码速率为64 kb/s，数字卫星通信中的编码速率可在16～64 kb/s范畴，而在卫星移动通信的编码速率在1.2～9.6kb/s之间；● 在一定编码速率下，尽可能提高话音质量；● 应对编解过程所用时间进行严格控制，因而采用编解码时延较短的方案，并要求限制在几十毫秒之内；● 由于系统中的信号传输环境非常恶劣，时常会遇到雨、雾等不利气候条件的影响，因此要求信源编码的算法本身具有较好的抗误码性能，以保证话音传输质量；● 不同的压缩编码方式所采用的基本算法不同，程序实现的复杂程度也不相同，应选用复杂程度适中的算法和程序，便于电路的集成化。
5.1.2 微波与卫星通信采用的信源编码方式及特点在数字系统中所采用的话音信号的基本编码方式包括三大类：波形编码、参数编码和混合编码。
在表5-1中给出一些微波与卫星系统中所采用的语音编码情况。
5.2 信道编码技术信道编码是指在数据发送之前，在信息码中每隔一定的比特增加一些冗余比特以此作为监测码元或检验码元，这样当出现误码时，可供接收端进行纠错或检出错误信息，以克服传输中由干扰、衰落、噪声等因素造成的影响。
机械工程测试技术第5章 信号分析与处理1
2、量化
二、采样的频域表示：
为了导出理想A/D转换器输入和输出之间的频域关系， xa (t ) 首先考虑通过冲击串调制由模拟信号 到采样信号 ˆa (t ) 转换，调制信号是一个周期冲击串。 x
p (t )
n
(t nT )
ˆa (t ) xa (t ) p (t ) xa (nT ) (t nT ) x
f f s / N 1/ T
根据采样定理，若信号的最高频率为 fc ，最低 采样频率应大于 2 fc 。
第三节 随机信号
一、概述 • 随机信号属非确定性信号，是相对于确定信号而言的一种十分重要的 信号。这种信号不能用确定的数学解析式表达其变化历程，即不可能 预见其任一瞬时所应出现的数值，所以也无法用实验的方法再现，描 述方法只能用数理统计概率方法描述。 • 随机信号在自然界中随处可见，如在道路上行驶的车辆所受道路影响 的振动，气温的变化，海浪、地震以及机器振动的随机因素所产生的 信号等，在测试过程中对系统所产生的干扰，包括环境干扰以及内部 干扰，无论是机械性的或是电学性的，很多都是随机信号。在声学研 究中客观世界的噪音大多也都是随机性的信号。 • 随机信号的主要特征参数有均值，方差、均方值、概率密度函数、相 关函数和功率谱密度函数等关键参数描述术语。
1 T R x () lim x ( t ) x ( t )dt T T 0 1 T0 2 A sin( t ) sin[ ( t ) ]dt T0 0
令ωt+φ=θ,则dt=dθ/ω,由此得
A2 Rx ( ) 2
2
0
A2 sin sin( )d cos 2
自相关函数的应用 自相关函数可用来检测淹没在随机信号中 的周期分量。(均值为零的纯随机信号其自 相关函数当自变量很大时很快衰减为零)
模拟信号的波形编码
音频处理中的应用
在音频处理中，波形编码是一种常用的技术，用于将模拟音 频信号转换为数字信号。常见的波形编码格式包括WAV、 MP3和AAC等。这些格式能够提供高质量的音频压缩和编码 ，使得音频文件更易于存储和传输。
波形编码在音频处理中还有其他的用途，如音频修复、音频 增强和音频分析等。通过波形编码，可以对音频信号进行更 深入的处理和分析，实现更加复杂的音频处理任务。
工作原理
在PM调制中，信息信号被叠加到载波信号上，导致载波信号的相 位发生变化。接收端通过检测载波信号的相位变化来恢复原始信息 信号。
应用场景
PM调制在某些特定领域有应用，如雷达、卫星通信等。
波形编码的比较
01 AM调制的优点是实现简单，但对信道噪声敏感； 02 FM调制的优点是抗干扰能力强，但带宽较大； 03 PM调制的优点是抗干扰能力强，但实现复杂。
周期性
许多自然现象产生的模拟 信号具有周期性，如声音、 光线等。
幅度范围
模拟信号的幅度可以在一 定范围内变化，表示信号 的强度或振幅。
模拟信号的优缺点
优点
模拟信号能够真实地表示物理量，具 有直观性和实时性，适用于需要连续 变化信息的场合。
缺点
模拟信号容易受到干扰和噪声的影响 ，传输过程中容易失真，且不易进行 数字处理和存储。
定义
FM调制（调频）是一种通过改变载波信号的频率来表示 信息的方式。
工作原理
在FM调制中，信息信号被叠加到载波信号上，导致载波 信号的频率发生变化。接收端通过检测载波信号的频率变 化来恢复原始信息信号。
应用场景
FM调制广泛应用于无线电通信、卫星广播等领域。
PM调制
定义
PM调制（调相）是一种通过改变载波信号的相位来表示信息的方 式。
5.3 脉冲编码调制(PCM)
1 斜率：
0
0
0
111 110 101 100 011 010 001 000
1 x
5.3.1 PCM编码原理
3．码位的选择与安排
第 5 至第 8 位码 C5C6C7C8 为段内码，这 4 位码的 16 种可能状态 用来分别代表每一段落内的16个均匀划分的量化级。 段内码与16 个量化级之间的关系如表 5.6 所示。
m t
抽样
ms t
量化 A/D变换
mq t
编码
信道 m t 来自干扰 mq t 低通滤波
译码与低通滤波的组合称为数/模变换器(D/A变换器)。
抽 样 是 按 抽 样 定 理 把量化是把幅度上仍连续（无穷 时 间上连续的模拟 信 号 转 编 码 是 用二进制码组表 多个取值）的抽样信号进行幅 换成时间上离散 的 抽度离散，即指定 样 M个样值脉冲。 示量化后的 M个规定的电平， 信号； 把抽样值用最接近的电平表示；
码相同；段内码第一位若为0，除段内码第一位外，
其余码取反即可。
5.3.1 PCM编码原理
以非均匀量化时的最小量化间隔Δ =1/2048 作为均 匀量化的量化间隔
从13 折线的第一段到第八段所包含的均匀量化级数 共有2048 个均匀量化级
非均匀量化只有128 个量化级
3．码位的选择与安排
假设：
均匀量化需要编11 位码，而非均匀量化只要编7 位 码
5.3.1 PCM编码原理
1．PCM调制系统框图
脉冲编码调制(PCM)简称脉码调制，是一种用一 组二进制数字代码来代替连续信号的抽样值， 从而实现通信的方式。 PCM是一种最典型的语音信号数字化的波形编码 方式。 原理框图
第五章模拟信号的波形编码
当 Am V ，即 D 1/ 2 时，满载正弦波对应的最大信噪比：
SNR maxdB 1.76 6.02n
2008年1月
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正弦信号线性PCM编码时的SNR特性曲线如下。
每增加一位编码，信噪比改善6dB。当20lgD取-3dB时，对应 信号过载点。
2008年1月
31
（2）语音信号： 其幅度的概率密度近似服从拉普拉斯
2008年1月
6
5.1.2 抽样
1. 低通抽样定理
抽样定理：一个频带限制在（0，fH）内的连续信号x(t)， 如果抽样频率fs大于或等于2 fH ，则可以由样值序列 {x(nTs)}无失真地重建原始信号x(n)。
通常进行等间隔T抽样；
理论上，抽样过程 ＝ 周期单位冲激脉冲模拟信号； 实际上，抽样过程 ＝ 周期性单位窄脉冲模拟信号；
所以，有： xs (t)
x(t)Cne jnst
n
可见，X s ( ) Cn X ( ns )
n
2008年1月
15
由于频谱只是幅度加权，形状不变，故可用理想低通恢复。
2008年1月
注意：对于确定的n，Cn是一个常数。
16
4. 平顶抽样
自然抽样容易实现，但有时不能满足需要。
需要对抽样的样值进行编码时，要求在编码期 间样值保持不变。
其信噪比为：SNR
S Nq
V
Am2 / 2 2 /(3L2
)
3Am2 L2 2V 2
3 2
Am V
2 L2
设 L 2n，并取 D Am /( 2V )
物理意义：信号有效值/量 化器最大量化电平
则有 ： SNR 3D2L2 或写成 ：
SNRdB 10lg3 20lg D 20lg2n 4.77 20lg D 6.02n
波形编码、参数编码和混合编码
波形编码、参数编码和混合编码
波形编码、参数编码和混合编码是数字信号处理中常用的编码方式。
波形编码是将模拟信号离散化后，用离散的数值表示原信号波形的编码方式。
参数编码是将原信号的某些参数，如振幅、频率等，转换为数字信号的编码方式。
混合编码则是将波形编码和参数编码相结合，用于更准确地表达原信号。
波形编码有多种方式，常见的有脉冲编码调制（PCM）、$Delta$调制和$Sigma Delta$调制等。
PCM是将采样后的模拟信号用固定位数的二进制数表示，实现简单但精度有限。
$Delta$调制则是利用差分编码，将每个样本值与前一个样本值之差作为编码值，可提高精度。
$Sigma Delta$调制则是在$Delta$调制的基础上，增加了反馈环路，在时域和频域上都有优良的性能。
参数编码也有多种方式，如幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）等。
AM是将模拟信号的振幅转换为数字信号，FM是将模拟信号的频率转换为数字信号，PM则是将模拟信号的相位转换为数字信号。
这些编码方式在不同的应用场景中有着各自的优缺点。
混合编码将波形编码和参数编码相结合，可实现更准确地表达原信号。
例如$Sigma Delta$调制和FM编码结合起来，可以实现高精度、高分辨率的音频信号编码。
混合编码的实现较为复杂，但具有更高的性能和灵活性。
综上所述，波形编码、参数编码和混合编码是数字信号处理中常用的编码方式，它们各自适用于不同的信号特征和应用场景。
在实际
应用中，需根据具体情况灵活选用。
波形编码技术
波形编码技术目录简介先决条件要求使用的组件规则脉冲编码调制过滤采样数字化语音量子化和编码压缩扩展A-law 和 u-law 压缩扩展差分脉冲编码调制自适应 DPCM特定于 32 Kb/s 的步骤相关信息简介模拟通信已经很发达了，但是模拟传输还不是特别有效。
当模拟信号由于传输损失而变弱时，很难将复杂的模拟结构从随机的传输噪音结构中分离出来。
如果放大模拟信号，噪音也会放大，最终会导致模拟连接由于过于嘈杂而无法使用。
只具有“一位”和“零位”状态的数字信号则更容易从噪音中分离出来。
它们可以被无损放大。
在长距离连接中，数字编码更不容易受到噪音损失的影响。
此外，世界上的通信系统已转为使用一种名为“脉冲编码调制”(PCM) 的数字传输格式。
PCM 是一种被称为“波形”编码的编码类型，因为它针对原始语音波形创建了一种编码形式。
本文档概要介绍模拟语音信号到数字信号的转换过程。
先决条件要求本文档没有任何特定的要求。
使用的组件本文档不限于特定的软件和硬件版本。
规则有关文档规则的详细信息，请参阅 Cisco 技术提示规则。
脉冲编码调制PCM 是 ITU-T G.711 规范中定义的一种波形编码方法。
过滤将模拟信号转换为数字信号的第一步，就是过滤掉信号中的高频分量。
这使得信号在下游更容易转换。
大多数语音的能量都在 200 或 300 赫兹到 2700 或 2800 赫兹之间。
针对标准语音和标准语音通信，建立了大约 3000 赫兹的带宽。
因此，无需使用高精度的滤波器（这种滤波器非常昂贵）。
从设备的角度来看，需要准备 4000 赫兹的带宽。
这种频带限制滤波器用于防止失真（反失真）。
在输入模拟语音信号的采样不足，即 Nyquist 准则中 Fs < 2(BW) 时，就会发生这种情况。
采样频率低于输入模拟信号的最高频率。
这就会在样本的频谱和输入模拟信号之间造成重叠。
而用于重建原始输入信号的低通输出滤波器则不足以检测到这种重叠。
2021年吉林大学南方研究院903信号与系统和通信原理(需携带计算器)之通信原理考研题库
2021每言林大学南万研究院903信号与系统相通信原理（需携带计算器）之逼信原理
考研题库（－）
说明：涵盖了历年考研常考题型相重点题型。
－、选择题
1 .模拟调制信号的制度熠益从高到低的依次排列顺序是（）。
A.AM YSB DSB FM
B.AM YSB SSB FM
C.FM. DSB, VSB, SSB
D.SSB, VSB, AM. FM
【答案】C
【解析】AM系统制度增益约为213,SSB系统制度增益为l;VSB系统制度增益介于SSB与DSB之间：DSB系统制度增益为2;FM系统（角度调制）以牺牲带霓来换取高的抗噪能力，制度增益较线性调制高。
2.PCM信号的带竟是捆应模拟信号带宽的（）倍。
A.0.5
B.2
C.20
D.0.1
【答案】C
【解析】PCM体制需要用64kbp s的速率传输l路数字电话信号，而传输l路模拟电话仅占用3400-300=3100Hz=3.lk.Hz带宽。
3.AM信号－般采用（
）解调，而DSB和SSB信号必须采用（）解调．
A.包络，罔步
B.鉴频器，同步
C相干，差分相干
D.同步，包络
【答案】A
【解析】AM信号在满足Im( t) l＝��Ao的条件下，真包络与调制信号，m(t〕的形状完全一样。
因此，AM信号一般都采用包络检波法解调。
DSB和SSB信号的包络与n1(t）不成比例，故不能采用包络检波，而需采用捆干解调。
4.模拟信号避行波形编码成为数字信号后（）．
A抗干扰性变弱
B带宽变大
C.差错不可控制。
填空题
第一章1．微电子技术是以为核心的电子技术。
2．集成电路的英文全称是，简称是。
3．按照集成电路的功能来分，可以分为数字集成电路和。
4．纳米和米的换算关系是1nm= m。
5．通信的基本任务是传递信息，因而通信至少需由三个要素组成，即信源、信宿和。
6．是用来实现信号调制和解调功能的一种专用设备。
7．只有当被扫描的终端有数据需要发送时，系统才会给该终端分配一个时间片，这种多路复用的做法称为多路复用。
8．在实际进行数据传输时，单位时间内传送的二进制位数目被称为。
9．中波主要沿传播，绕射能力强，适用于广播和海上通信；短波具有较强的反射能力，适用于环球通信。
10．微波是一种具有极高的电磁波。
11．移动通信系统由移动台、、移动电话交换中心等组成。
12．十进制数237.75的八进制表示是，二进制表示是。
13．十六进制数B9A的十进制表示是，八进制表示是，二进制表示是。
14．十进制数-76 的原码是、反码是、补码是。
15．8个二进位表示的无符号整数的取值范围是，用补码表示的带符号整数的取值范围是。
16．信息处理进入了计算机世界，实质上是进入了进制的世界。
17．Pentium处理器中的一个16位带符号整数（补码表示），如果它的十六进制表示形式是（FFF9）16，那么它的实际数值用十进制表示应为。
第二章1．PC机硬件在逻辑上主要由CPU、主存储器、__________、输入／输出设备、系统总线与I/O端口等部件组成。
2．计算机执行程序时，外存中的程序和相关的数据必须先传送到_____中，然后才能被CPU 使用。
3．1992年Intel公司研制成奔腾处理器，运算速度已超过100MIPS，其中MIPS表示每秒钟可完成______次整数运算。
4．按计算机的性能．用途和价格进行分类，一般将计算机分成四类：_______、大型计算机、小型计算机和个人计算机。
5．程序由一连串的指令组成，指令由______和操作数地址两部分组成。
6．每一种不同类型的CPU都有自己独特的一组指令，一个CPU所能执行的全部指令称为______。
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第三章 模拟调制系统
Hale Waihona Puke 3.1 概述 载波三要素 三类模拟调制方式 3.2 线性调制 线性调制器的原理模型 振幅调制 双边带调制 单边带调制 残留边带调制
8
第三章 模拟调制系统
3.3 非线性调制 基本原理 已调信号的频谱和带宽
9
第四章 模拟信号的数字化
10.6 循环码 循环码的概念 码多项式 码生成多项式 校正子 卷积码 卷积码的编码 卷积码的解码
21
13
第五章 基带数字信号的表示和传输
5.6 基带数字信号传输与码间串扰 基带数字信号传输系统模型 码间串扰及奈奎斯特准则 部分响应系统 5.7 眼图 5.8 时域均衡器
14
第六章 基本的数字调制系统
6.1 概述 三种基本键控方式 6.2 二进制振幅键控 基本原理 功率谱密度 误码率 6.3 二进制频移键控 基本原理 功率谱密度 误码率
11
第五章 基带数字信号的表示和传输
5.1 概述 5.2 字符的编码方法 5.3 基带数字信号的波形 单极性波形 双极性波形 单极性归零波形 双极性归零波形 差分波形 多电平波形
12
第五章 基带数字信号的表示和传输
5.4 基带数字信号的传输码型 AMI码 HDB3码 双相码 密勒码 CMI码 基带数字信号的频率特性 功率谱密度的数学表达式 几种常见信号的功率谱密度
5
第二章 信号
2.5 随机变量的数字特征 数学期望及其性质 方差及其性质 2.6 随机过程 随机过程的基本概念 平稳随机过程 各态历经性 平稳随机过程的自相关函数 平稳随机过程的功率谱密度 相关定理
6
第二章 信号
2.7 高斯过程 高斯过程的定义 正态分布的概率密度的性质 正态分布函数 误差函数与补误差函数 2.8 窄带随机过程 窄带随机过程的基本概念 2.9 正弦波加窄带高斯过程 2.10 信号通过线性系统
15
第六章 基本的数字调制系统
6.4 二进制相移键控 基本原理 功率谱密度 误码率 6.5 二进制差分相移键控 基本原理 功率谱密度 误码率 6.6 二进制数字键控传输系统性能比较
16
第六章 基本的数字调制系统
6.7 多进制数字键控 多进制振幅键控 多进制频移键控 多进制相移键控 多进制差分相移键控 振幅／相位联合键控
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第十章 信道编码和差错控制
10.1 概述 三种信道类型 四种差错控制技术 10.2 纠错编码的基本原理 10.3 纠错编码系统的性能 10.4 奇偶监督码 10.5 线性分组码 监督矩阵、生成矩阵、P矩阵和Q矩阵 校正子和错码矩阵
20
第十章 信道编码和差错控制
4.1引言 4.2 模拟信号的抽样 低通模拟信号的抽样 4.3 抽样信号的量化 均匀量化 量噪比 非均匀量化 A律压缩 A律13折线压缩
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第四章 模拟信号的数字化
4.4 脉冲编码调制 脉冲编码调制的基本原理 自然二进制码和折叠二进制码 4.5 差分脉冲编码调制 差分脉冲编码调制的基本原理 4.6 增量调制 增量调制原理
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第七章 同步
7.1 概述 7.2 载波同步法 插入导频法 直接提取法 7.3 位同步法 外同步法 自同步法 7.4 群同步法
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第九章 多路复用和多址技术
9.1 概述 三种基本复用技术 9.2 频分复用 9.3 时分复用 时分多路复用原理 准同步数字体系 同步数字体系 9.4 码分复用 基本原理 伪随机码
3
第二章 信号
2.1 信号的两类型 确知信号和随机信号 能量信号和功率信号 2.2 确知信号的性质 功率信号的频谱 能量信号的频谱密度 能量谱密度 功率谱密度 自相关函数 互相关函数
4
第二章 信号
2.3 随机信号的性质 随机变量 随机变量的概率分布函数 随机变量的概率密度函数 2.4 常见随机变量举例 正态分布随机变量 均匀分布随机变量 瑞利分布随机变量
通信原理
复习提纲
1
第一章 概论
1.1 通信的发展 1.2 消息、信息和信号 信息量的定义 信息量的计算 平均信息量的计算 1.3 数字通信 数字通信与模拟通信的基本概念 数字通信系统和模拟通信系统模型 数字通信系统和模拟通信系统的主要性能指标
2
第一章 概论
1.4 信道 无线信道的频段划分 电磁波的基本传播方式 有线信道的基本类型 调制信道模型与编码信道模型 恒参信道与变参信道 信道衰落与多径效应 1.5 信道中的噪声 自然噪声与认为噪声 脉冲噪声、窄带噪声和起伏噪声