7第七章模拟信号的数字传输2012
通信原理第七章教案
《通信原理》教案
16
7.1 二进制数字调制原理
二进制相移键控（2PSK）
基本原理
A cos ct , 概率为 P e2PSK (t ) A cos(ct n ) A cos ct , 概率为1 P
0， 发送“0”时 n 1 ”时 π, 发送“
简化为
e2FSK (t ) s1 (t )cos 1t s2 (t )cos 2t
2FSK可以视为两个不同载频的2ASK信号的叠加。
《通信原理》教案 10
7.1 二进制数字调制原理
1
(a)2FSK信号
0
1
0
t
（b) s1 t cos 1t
t
(c) s2 t cos 2t
9
《通信原理》教案
7.1 二进制数字调制原理
二进制频移键控（2FSK）
基本原理 载波频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化，可 表示为
A cos(1t n ), e2FSK (t ) A cos(2t n ), 发送“ 1 ”时 发送“0”时
an g (t nTs ) cos(1t n ) a n g (t nTs ) cos(2t n ) n n
《通信原理》教案 1
第7章 数字带通传输系统
数字调制 用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通 信号（已调信号）的过程。 包括调制和解调过程的数字传输系统称为数字带通传输系统、 数字频带传输系统。
数字调制的实现方法 利用模拟调制的方法实现数字式调制； 通过开关键控载波，通常称为键控法； 基本键控方式：振幅键控、频移键控、相移键控。
重庆理工大学现代通信原理与技术复习重点
3、请简述逐次比较型编码器的工作原理。
4、采用13折线A律编码器电路，设接收到的码组为“01010011”，最小量化间隔为△。
（1）试问编码器输出的该样值量化电平为多少；
（2）写出对应于该7位码的均匀量化11位码。
5、若采用13折线A律编码，设最小的量化间隔为△，已知抽样值为 – 95△。
2、简述题20分，每题4分。
3、综合计算题60分，A6~B7个题，每题分值不等(课堂例题及课后习题)。
第1章
1、通信系统的模型（数字通信系统模型）
2、通信系统的分类。
3、通信方式：（1）单工、半双工和全双工传输；（2）串行传输和并行传输。
4、通信系统的主要性能指标。
（1）模拟通信系统的有效性和可靠性指标（带宽和信噪比）；
因为是单路信号每秒有8000个抽样值一个抽样值用3个码元所以码元传输速率fbpcm3800024kbaud3因为128级量化需用7位二进制码进行编码所以码元速率为fbpcm7800056kbaud思考与练习题1脉冲编码调制pcm是把模拟信号转换为数字信号的一种调制方式
考题类型：1、填空题20分，每空1分。
（3）段内码： （四次比较）
取IW4= 64 + 8 × 4 = 96 ，因为Is < IW4 所以， C5 = 0 ；
取IW5= 64 + 4 × 4 = 80 ，因为Is ＞ IW5 所以， C6 = 1 ；
取IW6= 64 + 6 × 4 = 88 ，因为Is ＞ IW6 所以， C7= 1 ；
IW=段落起始电平+8×(量化间隔)
=1024+8×64=1536Δ
第19讲 抽样信号的量化、脉冲编码调制
广东海洋大学信息学院 2012年12月
《通信原理》电子教案
授课班级：通信1103班、通信1104班 授课教师：广东海洋大学信息学院 梁能
第7章 模拟信号的数字传输
7.4 模拟信号的量化
问题：模拟信号进行抽样以后，其抽样值还是随信号幅度连续 变化的。当这些连续变化的抽样值通过噪声信道传输时，接收 端不能准确地估计所发送的抽样。 措施：发送端用预先规定的有限个电平来表示抽样值，且电平 间隔比干扰噪声大，则接收端将有可能准确的估值所发送的抽 样。因此，有可能消除随机噪声的影响。 定义：用有限个电平表示模拟抽样值的过程称之为量化。 抽样：时间连续信号→时间离散信号； 量化：幅度连续信号→幅度离散信号－－可用数字信号表 示。 分类：均匀量化－－基础； 非均匀量化－－实用。
=0
通信原理
第7章 模拟信号的数字传输
（2）A律压缩特性 压缩器具有如下关系的压缩律：
Ax 1 0 1 ln A ， x A 直线 y 对数 1 1 ln Ax ， x 1 曲线 1 ln A A
y 1
1/A
0 -∞
1
x
A律压缩特性曲线
式中： ●归一化； ● A律、μ律两者关系：A=87.6和μ=255的特性相似。 ●A－－压扩参数，表示压缩的程度。
x
x(t )
t
t
Sq / N q (dB)
40 30 无压扩 有压扩 所需信噪比 26 改善量 18
广泛采用两种对数压缩律： μ压缩律（美国） A压缩律（中国、欧洲）
20 10 36
50
r (dB)
输入动态范围
通信原理
第7章 模拟信号的数字传输
1. 模拟压缩特性 （1）μ律压缩特性 压缩器具有如下关系的压缩律:
通信原理第7版第7章PPT课件(樊昌信版)
实验二：数字调制与解调实验
实验目的
掌握数字调制与解调的基本原理和实现方法。
实验内容
设计并实现一个数字调制与解调系统，包括调制器、解调器和信道等部分。
实验二：数字调制与解调实验
01
实验步骤
02
1. 选择合适的数字调制方式，如2ASK、2FSK、2PSK等。
03
2. 设计并实现调制器，将数字基带信号转换为已调信号。
循环码
编码原理
01
循环码是一种具有循环特性的线性分组码，其任意码字的循环
移位仍然是该码的码字。
生成多项式与校验多项式
02
生成多项式用于描述循环码的编码规则，而校验多项式则用于
检测接收码字中的错误。
编码效率与纠错能力
03
循环码的编码效率与线性分组码相当，但纠错能力更强，可以
纠正多个错误。
卷积码
编码原理
06
同步原理与技术
载波同步技术
载波同步的定义
在通信系统中，使本地产生的载波频率和相位与接收到的信号载波保持一致的过程。
载波同步的方法
包括直接法、插入导频法和同步法。直接法利用接收信号中的载波分量进行同步；插入导频法在发送端插入一个导频 信号，接收端利用导频信号进行同步；同步法则是通过特定的同步信号或同步头来实现同步。
归零码（RZ）
在码元间隔内电平回归到零，有利于时钟提取。
差分码（Differential Cod…
利用相邻码元电平的相对变化来表示信息，抗干扰能力强。
眼图与误码率分析
眼图概念
通过示波器观察到的数字基带信号的一种图形表示，可以 直观地反映信号的质量和传输性能。
眼图参数
包括眼睛张开度、眼睛高度、眼睛宽度和交叉点位置等， 用于评估信号的定时误差、幅度失真和噪声影响等。
通信原理-课程介绍
通信原理（教育部新世纪网络课程，/zskj/5017/txyl/navi/cjwtdhdh.htm）一、课程介绍<<通信原理>>是通信工程、无线电工程、信息工程、计算机通信、图像处理与传输等专业的必修专业基础课。
并且是这些专业考研的专业课程之一。
本网络课程主要介绍现代通信系统所涉及的基础理论、通信中常用的信号及噪声分析、通信系统的构成、原理及性能分析。
在介绍通信系统时以现代常用的及正在发展的通信系统为主。
本网络课程适用于上述专业本科生学习通信原理课程，同时也可作为通信工程技术人员的技术参考教程。
为了便于读者学习，本教程的阐述力求条理清楚、深入浅出，除应用必要的数学工具外，尽量从物理概念上把问题解释清楚。
用多媒体来展示《通信原理》课程中的某些基本原理和系统流程，并对通信原理中的某些关键技术采用Java编程给出定量的分析。
先修课程1高等数学2电子电路基础3信号与系统4概率论与随机过程5数字系统与逻辑设计重点需要的数学工具1 卷积定义及性质2傅立叶变换及性质3 欧拉公式4 积分参考文献樊昌信张甫等编著 <<通信原理>>(第5版) 国防工业出版社，2001 (指定教材)南利平<<通信原理简明教程>> 清华大学出版社,2000张辉曹丽娜王勇<<通信原理辅导>> 西安电子科技大学出版社,2000曹志刚<<现代通信原理>> 清华大学出版社，1992李文海，徐耀先编著．数字通信技术．北京:人民邮电出版社，1991徐靖忠，王钦笙编著．数字通信原理．北京:人民邮电出版社，1990张应中，张得民，温启荣，张继努，胡庆编著．数字通信工程．北京:人民邮电出版社，1996刘颖，王春悦，赵蓉编著．数字通信原理与技术．北京:邮电大学出版社，1999韦乐平，李英灏编著．同步数字体系(SDH)原理与技术．北京:人民邮电出版社,1996曾甫泉，李勇，王河编著．光同步传输网技术．北京:邮电大学出版社，1996纪越峰编著．现代光纤通信技术．北京:人民邮电出版社，1997刘少亭，付慧生．数字通信．北京:煤炭工业出版社王彦骏．数字通信系统．北京：水利电力出版社毛京丽．数字通信原理．北京：中国人民大学出版社二、教学计划本课程是一门原理性的课程，要求掌握通信系统的基本概念和构成。
模拟信号的数字化(通信原理)
目录
• 模拟信号与数字信号的概述 • 模拟信号的数字化过程 • 数字信号的传输与处理 • 模拟信号数字化在通信系统中的应用
01
模拟信号与数字信号的概 述
模拟信号的定义与特性
定义
模拟信号是连续变化的物理量， 其幅度随时间连续变化。
特性
模拟信号具有连续性和时间上的 无限可分性，可以表示任何连续 变化的物理量。
数字信号的定义与特性
定义
数字信号是离散的物理量，其幅度只 有有限个取值。
特性
数字信号具有离散性和时间上的有限 可分性，只能表示有限的离散值。
模拟信号与数字信号的比较
优点比较
模拟信号具有直观、易于理解的特点，而数字信号具有抗 干扰能力强、传输质量高、可进行加密处理等优点。
缺点比较
模拟信号在传输过程中容易受到干扰和损失，而数字信号 需要更高的采样率和数据传输速率，对硬件要求较高。
广播
数字广播利用模拟信号数字化技术将 音频信号转换为数字信号，实现了广 播节目的高质量传输和接收，提高了 广播的抗干扰能力和音质。
数据传
01
计算机网络
模拟信号数字化技术可以将数据信号转换为数字信号，实现数据的快速
传输和存储，提高了计算机网络的传输速度和稳定性。
02 03
数字电视
数字电视利用模拟信号数字化技术将视频和音频信号转换为数字信号， 实现了高质量的视频和音频传输和接收，提高了电视节目的清晰度和稳 定性。
详细描述
量化是将取样后的信号幅度进行近似的过程。由于取样后的信号仍然是连续的，我们需 要将其转换为离散的数字值。在量化过程中，我们选择一个适当的量化级别，将每个取 样点的幅度近似到最近的量化级别，并将这些量化值转换为数字码。通过这种方式，我
通信原理答案第7章
《通信原理》第七章模拟信号的数字传输习题第七章习题1f200, f 200已知一低通信号m(t)的频谱为：M(f)=，假设以fs=300Hz的速率对m(t)0,其他f进行抽样，试画出一抽样信号m s(t)的频率草图。
解：M s()=300 nM(n600)1f200, f 200，假设以f1.已知一低通信号m(t)的频谱为：M(f)=s=400Hz的速率0,其他f 对m(t)进行抽样，试画出一抽样信号m s(t)的频率草图。
解：M s()=400M(n800) n2.采用13折线A率编码，设最小的量化级为1个单位，已知抽样脉冲值为+635单位。
试求此时编码器输出码组，并计算量化误差（段内码用自然二进制码）解：I m=+635=512+36+27输出码组为：c1c2c3c4c5c6c7c8=11100011量化误差为271《通信原理》第七章模拟信号的数字传输习题3.采用13折线A率编码，设最小的量化级为1个单位，已知抽样脉冲值为-95单位。
试求此时编码器输出码组，并计算量化误差（段内码用折叠二进制码）解：-95=-（64+74+3）c5c6c7c8=0000输出码组为：c1c2c3c4c5c6c7c8=00110000量化误差为74.采用13折线A率编码器电路，设接收端收到的码组为“01010011”，最小量化单位为1个单位，并已知段内码为折叠二进码。
试问译码器输出为多少单位。
解：I0=-(256+4.516)=-3285.采用13折线A率编码器电路，设接收端收到的码组为“01010011”，最小量化单位为1个单位，并已知段内码为自然二进码。
试问译码器输出为多少单位解：I0=-(256+3.516)=-3126.单路话音信号的最高频率为4KHz，抽样速率为8kHz，将所得的脉冲由PAM方式或PCM方式传输。
设传输信号的波形为矩形脉冲，其宽度为，且占空比为1。
（1）计算PAM系统的最小带宽。
（2）在PCM系统中，抽样后信号按8级量化，求PCM系统的最小带宽。
模拟电子技术基础-第七章信号的运算和处理
在模拟电子技术中，信号的乘法运算是一种重要的运算方式。通过将一个信号 与另一个信号对应时间点的值相乘，可以得到一个新的信号。这种运算在信号 处理中常用于调制和解调、放大和衰减等操作。
除法运算
总结词
信号的除法运算是指将一个信号除以另一个信号，得到一个新的信号。
详细描述
在模拟电子技术中，信号的除法运算也是一种重要的运算方式。通过将一个信号除以另一个信号，可以得到一个 新的信号。这种运算在信号处理中常用于滤波器设计、频谱分析和控制系统等领域。需要注意的是，除法运算可 能会引入噪声和失真，因此在实际应用中需要谨慎使用。
减法运算
总结词
信号的减法运算是指将一个信号从另一个信号中减去，得到一个新的信号。
详细描述
信号的减法运算在模拟电子技术中也是常用的一种运算方式。通过将一个信号从 另一个信号中减去，可以得到一个新的信号。这种运算在信号处理中常用于消除 噪声、提取特定频率成分或者对信号进行滤波等操作。
乘法运算
总结词
信号的乘法运算是指将一个信号与另一个信号对应时间点的值相乘，得到大是指通过电子电路将输入的微弱信号放大到所需 的幅度和功率，以满足后续电路或设备的需要。
放大器的分类
根据工作频带的不同，放大器可以分为直流放大器和交流 放大器；根据用途的不同，放大器可以分为功率放大器、 电压放大器和电流放大器。
放大器的应用
在通信、音频、视频等领域，放大器是必不可少的电子器 件，例如在音响系统中，我们需要使用功率放大器来驱动 扬声器。
信号调制
信号调制的概念
信号调制是指将低频信息信号加载到 高频载波信号上，以便于传输和发送。
调制方式的分类
调制技术的应用
在无线通信中，调制技术是必不可少 的环节，通过调制可以将信息信号转 换为适合传输的载波信号，从而实现 信息的传输。
模拟数字信号的传输
模拟数字信号的传输学习目标：1、掌握低通信号和带通信号抽样定理；2、掌握PAM原理，自然抽样原理，半顶抽样原理及其脉冲振幅调判3、掌握模拟信号的量化原理，均匀量化，量化噪声，最化信噪比；非均匀量化，4、掌握PCM 原理及十三折线非均匀量化编码和PCM的抗噪声性能：。
5、了解△M，PPCM,及ADPCM原理6、理解PCM 与△M的系统的比较导言：通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统两类，本章在介绍抽样定理和脉冲振幅调制的基础上，将着重讨论用来传输模拟语音信号常用的脉冲编码调制(PCM)和增量调制(ΔM)原理及性能，并简要介绍时分复用与多路数字电话系统原理的基本概念。
采用脉码调制的模拟信号数字传输系统如图1所示。
图1 模拟信号的数字传输在发送端把模拟信号转换为数字信号的过程简称为模数转换，通常用符号A/D表示。
简单地说，模数转换要经过抽样、量化和编码三个步骤。
其中抽样是把时间上连续的信号变成时间上离散的信号；量化是把抽样值在幅度进行离散化处理，使得量化后只有预定的Q个有限的值；编码是用一个M进制的代码表示量化后的抽样值，通常采用M＝2的二进制代码来表示。
反过来在接收端把接收到的代码(数字信号)还原为模拟信号，这个过程简称为数模转换，通常用符号D/A表示。
数模转换是通过译码和低通滤波器完成的。
其中，译码是把代码变换为相应的量化值。
一、抽样定理抽样定理告诉我们：如果对某一带宽有限的时间连续信号(模拟信号)进行抽样，且抽速率达到一定数值时，那么根据这些抽样值就能准确地确定原信号。
也就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，只需传输满足抽样定理要求的抽样值即可。
因此，该定理就为模拟信号的数字传输奠定了理论基础。
抽样定理的具体内容如下：一个频带限制在(0，)内的时间连续信号，如果以不大于1/(2)秒的间隔对它进行等间隔抽样，则将被所得到的抽样值完全确定。
也可以这么说：如果以的抽样速率进行均匀抽样上述信号，可以被所得到的抽样值完全确定。
数字通信系统传输模拟信号的步骤
数字通信系统是一种利用数字技术来传输和处理信息的通信系统。
在数字通信系统中，传输模拟信号是其中一个重要的步骤。
本文将从以下四个方面探讨数字通信系统传输模拟信号的步骤。
一、采样在数字通信系统中，信号首先需要经过采样的步骤。
采样是指将连续时间信号在一定时间间隔内取样，转换成离散时间信号。
在进行采样时，需要确定采样频率，即在一秒钟内对信号进行取样的次数。
采样频率的选择需要根据信号的带宽进行决定，通常选择的采样频率是信号带宽的两倍以上，以避免出现混叠失真。
二、量化采样得到的信号是连续幅度的，为了将其转换成数字形式，还需要经过量化的步骤。
量化是指将连续幅度范围划分成若干个离散值，并将每个采样值与最接近的离散值相对应。
在量化时，需要确定量化级数和量化误差。
量化级数越多，表示对信号的描述越准确，但同时会增加数据的存储和传输需求。
量化误差则是指量化所引入的误差，通常采用均方根误差来描述。
三、编码经过采样和量化后，信号的幅值和时间都已经离散化了，但还需要经过编码步骤将其转换成数字形式。
编码是将量化后的信号转换成二进制形式的过程。
在数字通信系统中，常用的编码方式包括脉冲编码调制（PCM）、Δ调制（DM）等。
编码的目的是为了方便信号的传输和处理，并且可以提高传输的可靠性和抗干扰能力。
四、传输最后一步是将经过采样、量化和编码的数字信号进行传输。
数字信号的传输可以通过有线或者无线的方式进行。
在有线传输中，可以利用光纤、同轴电缆等介质进行传输；而在无线传输中，则通过无线电波来进行传输。
在传输过程中，需要注意信号的调制解调、信道编码等环节，以提高传输的性能和可靠性。
数字通信系统传输模拟信号的步骤主要包括采样、量化、编码和传输四个方面。
这些步骤的合理实现可以有效地保证模拟信号在数字通信系统中的准确传输和可靠处理。
希望通过本文的介绍，读者对于数字通信系统传输模拟信号的步骤有更为深入的了解。
数字通信系统传输模拟信号的步骤是数字通信中至关重要的部分, 可以看出传输模拟信号需要多个步骤, 下文将进一步讨论这些步骤的细节和相关技术。
现代通信原理与技术第三版课后思考题答案
现代通信原理与技术第三版课后思考题答案第一章1.1 以无线广播和电视为例，说明图 1-1 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1.2 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。
1.3 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。
1.4 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。
第20讲 差分脉冲编码调制、增量调制
第7章 模拟信号的数字传输
∴ ∆M:
f s = fbM = fbPCM = 2 fm N
S0 f s3 (2 Nf m )3 10 lg(0.04 2 )代入f s = 2 Nf m10 lg(0.04 ) 2 Nq fk fm fk fm ＝ lg[0.32 N 3 ( 10 fm 2 ) ]dB fk
S0 f s3 f s3 3 = 0.04 2 2 2 N q 8 f k f m fk fm
（7.6.5）
Nq = P ( f ) = e
2 fm
3 ( fs
)
讨论：最大信噪比与抽样频率fs的三次方成正比，而与信号频 率的平方成反比。因此，对于∆M系统而言，提高抽样频率将 能明显地提高信号与量化噪声的功率比。
通信原理
6
第7章 模拟信号的数字传输
7.8 增量（差分）脉冲编码调制（DPCM）系统
7.8.1 DPCM原理 问题：由前面的系统性能分析看出，在不考虑信道误码率的 情况下，∆M的性能通常比PCM的差。 主要原因：∆M系统不管误差如何变化，传输的增量δ是固定 不变的。 改进措施：误差信号ε(t)→增量信号→量化（M个电平） →编 码→传输 系统组成框图：
编码规则/判决规则：
i
1 0，编“ ”码； (ti )＝ m(t ) m 0，编“0”码
通信原理
第7章 模拟信号的数字传输
4. 性能与参数 （1）译码器的最大跟踪斜率K（跟踪能力）
m(t)
m(t )
m(t )
б =б f s K = t
式中：∆t－－抽样时刻间隔； fs=1/ ∆t－－抽样频率； K－－最大跟踪斜率。
dm (t ) = K fs dt max
模拟信号的数字传输
量化负责把时间离散和幅度连续的抽样信号 转换为时间和幅度离散的数字信号
编码负责将量化后的信号编码形成一个二进 制码组，即形成数字信号
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走信息路 读北邮书
A/D转换三个过程
抽样实现了模拟信号的时间离散, 量化实现了信号的幅度离散, 编码实现了数字信号的二进制序列表示。
走信息路 读北邮书
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均匀量化及其量化误差
走信息路 读北邮书
本书的 封面
均匀量化与量化误差
均匀量化对于大信号和小信号引起的量化误 差是均匀分布的
均匀量化对小信号是不利的，有可能会导致 信号强度低于噪声的情况而把信号淹没。
均匀量化的量化台阶是常数，所以对大信号 影响较小，对小输入信号非常不利，即量化 噪声对信号的影响程度不同，而通信系统中 的语音信号多为小信号，为了克服这个缺点， 改善小信号时的信噪比，在实际应用中常采 用非均匀量化。
信号经过抽样后还应当包含原信号中所有 信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信 号。
抽样速率的下限是由奈奎斯特抽样定理确 定的。
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奈奎斯特抽样定理
一个频带限制在0~fm内的低通信号m(t)，如 果抽样频率fs≥2fm，则可以由抽样序列无失 真地重建恢复原始信号m(t)。
也就是说，若要传输模拟信号，不一定要传 输模拟信号本身，只需传输满足抽样定理要 求的抽样值即可。
模拟信号数字化传输框图
图5-1 模拟信号数字化传输系统框图
由图5-1可见，模拟信号数字化传输一般需三个步骤：
(1)编码：模数转换（A/D），把模拟信号数字化， 将原始的模拟信号转换为时间离散和值离散的数 字信号；
现代通信原理与技术第07章模拟信号的数字传输
频谱图
M(ω)
δT(ω)
200 320
Hz
Ms(ω)
500
Hz
M' (ω)
180 300
Hz
Hz
例7.2-4 以fs=800Hz进行理想采样的频谱图
M(ω)
200 320
Hz
Ms(ω)
480 600
Hz
M'(ω)
200 320
Hz
7.3 脉冲振幅调制（PAM）
以脉冲序列作为载波的调制方式称为脉冲调制。
2） 均匀分布信号
1 此信号的概率密度函数为 p(x)= 2a
信号功率为 a 令D=a/V，量化信噪比： SNRq=(20lgD+6N) dB 当D=1时量化信噪比最大 ［SNRq］max=6N dB
So
a
x 2 p( x)
1 2 a 3
三、非均匀量化
非均匀量化的特点：
£fs £fL
£fs £«fL £fH £fL
O
(c)
fL fH fs £fL
fs £«fL
f
图 6-6
带通信号的抽样频谱（fs=2fH）
带通信号m(t)其频谱限制在（fL，fH），带宽
B=fH-fL，且B<<fH，抽样频率fs应满足： fs=2fH/m = 2B(1+k/n)
式中，k=fH/B-n，0<K<1，m、n为不超过fH/B
n
；
Sa( H t )
TH
3、结 论： 只要 s 2 H ，M ( s ) 周期性地重复而不重叠，
M ( s ) 相邻周期内的频谱相互重叠， 若 s 2 H，
第7章 模拟信号的数字传输习题答案
第7章 模拟信号的数字传输7.1 学习指导 7.1.1 要点本章的要点主要有抽样定理；自然抽样和平顶抽样；均匀量化和非均匀量化；PCM 原理，A 律13折线编码，译码；ΔM 原理，不过载条件；PCM ，ΔM 系统的抗噪声性能；PCM 与ΔM 的比较；时分复用和多路数字电话系统原理；1. 概述为了使模拟信号实现数字化传输，首先要通过信源编码使模拟信号转换为数字信号，或称为―模/数转换‖即A/D 转换。
模/数转换的方法采用得最早而且应用较广泛的是脉冲编码调制(PCM)，PCM 通信系统原理图如图7-1所示。
图7-1 PCM 通信系统原理图抽样量化器编码器模拟信号PCM 信号译码器低通滤波器模拟信号数字通信系统PCM 信号由图7-1可见，PCM 系统由以下三部分组成。
(1) 模/数转换（A/D 转换）模/数转换包括三个步骤：抽样(Sampling)、量化(Quantization)和编码(Coding)。
a. 抽样是把在时间上连续的模拟信号转换成时间上离散的抽样信号，抽样信号在时间上是离散的，但是其取值仍然是连续的，所以是离散模拟信号。
b. 量化。
量化是把幅度上连续的抽样信号转换成幅度离散的量化信号，故量化信号已经是数字信号了，它可以看成是多进制的数字脉冲信号。
c. 是编码。
编码是把时间离散且幅度离散的量化信号用一个二进制码组表示。
(2) 数字方式传输——基带传输或带通传输；(3) 数/模转换（D/A ）——将数字信号还原为模拟信号。
包含了译码器和低通滤波器两部分。
2.抽样定理为模拟信号的数字化和时分多路复用（TDM ）奠定了理论基础。
根据抽样的脉冲序列是冲激序列还是非冲激序列，抽样可以分为理想抽样和实际抽样。
抽样是按照一定的抽样速率，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。
能否由此样值序列重建源信号，取决于抽样速率大小，而描述这一抽样速率条件的定理就是著名的抽样定理。
(1) 低通信号的抽样定理定理：设有一个频带限制在（0，f H ）内的连续模拟信号m (t )，若以T s ≤1/(2f H )间隔对它抽样，则m (t )将被这些抽样值所完全确定。
简述模似信号的数字传输的基本过程
【模拟信号的数字传输的基本过程】1. 介绍模拟信号的数字传输是一种常见的通信方式，它将模拟信号转换为数字信号，以便在数字系统中传输和处理。
在本文中，我们将对模拟信号的数字传输的基本过程进行简要介绍，以便更好地理解这一通信方式的运作原理。
2. 模拟信号和数字信号的基本概念在开始讨论模拟信号的数字传输的基本过程之前，首先需要了解模拟信号和数字信号的基本概念。
模拟信号是连续变化的信号，它的数值可以在一定范围内取任意值；而数字信号是离散变化的信号，它的数值只能在一组有限的数值中取值。
在数字系统中，模拟信号需要经过采样、量化和编码等步骤转换为数字信号，才能进行传输和处理。
3. 模拟信号的数字传输的基本过程模拟信号的数字传输主要包括采样、量化、编码和传输四个基本步骤。
下面将分别对这四个步骤进行详细介绍。
3.1 采样采样是指将模拟信号在时间上进行离散化，取样的间隔称为采样周期。
在采样过程中，需要按照一定的规则对模拟信号进行采样，以获得一系列离散的采样值。
3.2 量化量化是指将模拟信号在振幅上进行离散化，将连续的模拟信号转换为一系列离散的量化级别。
在量化过程中，需要确定量化的级数和幅度范围，以保证数字信号能够准确地表示模拟信号的振幅变化。
3.3 编码编码是指将经过采样和量化的数字信号进行编码，以便在传输过程中能够准确地识别和恢复原始的模拟信号。
常见的编码方式包括脉冲编码调制（PCM）和差分编码调制（DM）等。
3.4 传输传输是指将经过编码的数字信号通过传输介质（如电缆、光纤等）传输到接收端，并在接收端进行解码和恢复成原始的模拟信号。
在传输过程中，需要考虑信号的抗干扰能力和传输距离等因素。
4. 个人观点和理解模拟信号的数字传输是一种重要的通信方式，它在音频、视频和数据通信等领域都有着广泛的应用。
通过将模拟信号转换为数字信号，不仅能够提高信号的抗干扰能力和传输质量，而且能够实现信号的数字化处理和存储，为通信技术的发展提供了重要的支持。
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A S0 ( w) F ( w) Ts
Ts
A S0 (t ) f (t ) Ts
有关， Ts ，S0 (t )
33
输出信号的幅度与占空 比
2015-6-11
，S0 (t )
二、平顶抽样
1 H e ( w) Q( w)
输入信号： SPAM (w) A Q(w) Fs (w)
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二、平顶采样 先用单位冲激函数序列进行采样，然后经过脉冲成形网 络（滤波器）产生平顶抽样信号。
f s (t ) [ A0 f (t )]S p (t)
Q(w) Sa(w / 2)
t kTs
| t | 1/ 2 | t | 1/ 2
31
q (t )
27
频域表达式：
1 S PAM ( w) [ F ( w) S p ( w)] 常数包络 2 nws 2 A 1 [ F ( w) Sa ( ) (w nws )] 2 TS n 2
2 AA0 kws kws A Sa ( ) (w kws ) Sa ( ) F ( w kws ) TS k 2 TS k 2
1
rect (t / )
时域： SPAM (t ) [ A0 f (kTs )] Arect (
其中
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1 rect (t ) 0
)
频域表达式：
SPAM (w) A Q(w)Fs (w)
与w有关
2 A0 A A Sa(w / 2) ( w kws ) Sa( w / 2) F ( w kws ) Ts Ts k k
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接收端： 经过截止频率为Wf的理想低通滤波器后，可 无失真地恢复原始信号。
h(t )
Wf
S a (Wf t )
1 H ( w) 0
w Wf 其他
输出信号：
F ( ) / Ts S0 ( ) Fs ( )H( ) 0 也可写成： F ( ) Ts Fs ( )H ( )
6
7.2 抽样定理
抽样：把时间连续的模拟信号变为时间 离散的模拟信号.
f(t)
0
开关电路 fs(t) f(t)
t
0
fs(t) =f(t) δ(t)
t
δ(t) 1 0
t
Ts
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低通采样定理
fs(t) f(t) sp(t)
fs(t)= f(t)sp(t)
其中： s p (t )
1、理想抽样的脉冲序列为冲击序列，实际中为高度有限 且具有一定宽度的窄脉冲； 2、实际中使用的低通滤波器不可能为理想，因此，通常抽 样频率要大于奈氏频率。
3、抽样后的信号频谱为无穷宽，对有限带宽的信道而言无 法传递。
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实际抽样的脉冲序列为高度有限 且具有一定宽度的窄脉冲！
实际抽样
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例7-1
已知一基带信号 f(t)=cos2πt+2cos4πt， 对其进行抽样， （1）为了不失真的恢复f(t)，采用间隔Ts =？ （2）若Ts取0.2s，试画出已抽样信号的频谱图。
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16
解： （1）信号中，Wf= 4π
s ≥ 2Wf =8π rad/s
k
(t kT )
s
Ts为采样周期，f(t)为被抽样信号，亦称调制信号。
f s (t )
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k
f (kT ) (t kT )
s s
满足什么条件？
8
低通信号采样定理（均匀采样定理，奈奎斯特第一采样定理）： 一个频率受限于Wf (rad/s)的低通限带信号f(t)，可由时间 上相隔Ts/ Wf的各均匀采样值单值地确定。此时，采样速 率s=2/ Ts 。
rad/s
由抽样定理，抽样频率应为：
于是Ts ≤ 2π /Ws =2π /8π=0.25s （2） F( )= F1 ( )+ F2 ( )
[ (w 2 ) (w 2 )] 2 [ (w 4 ) (w 4 )]
依题意，Ts取0.2s，则s = 2π /Ts =10π rad/s 抽样序列：
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抽样的过程可看作是有用信号对脉冲序列进行调 制，因此也称为脉冲调制。 以脉冲波形作为载波！
脉冲调制分类：
PAM：脉冲幅度调制
模拟调制
PWM/PDM：脉冲宽度调制/脉冲持续时间调制
PPM：脉冲位置调制
PCM：脉冲编码调制
DM：增量调制
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数字调制
5
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2015-6-11 20
s
4W
3W 2W W 0
带通信号的s 与 H的关系示意图
2W
4W
6W
H
结论：1、带通信号的采样速率在2W到4W之间变动。 2、对于窄带高频信号 (W/H <<1) ，其采样 速率近似等于2W。
为高频带通信号的数字化传输提供了有利条件！
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例7-2
离散谱，对应直流分量
连续谱，对应f(t信号的解调
一、自然采样
S PAM (t )
S d (t )
低通
设理想低通滤波器
S0 (t )
隔直流
H d (w)
LPF： 隔直：
Sd (w)
1 H d ( w) 0
w wf w wf
2 A0 A A Sd (w) H d ( w) SPAM ( w) ( w) F ( w) Ts Ts
nws jnwst Sa ( )e ，为脉冲的宽度 2 n
2 A S p (w) TS
nws Sa ( ) ( w nws ) 2 n
于是
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A SPAM (t ) [ A0 f (t )] TS
nws jnwst Sa ( )e 2 n
输出信号： S0 (w) A F (w) / Ts
输出信号的幅度与占空 比 有关，
Ts
1/
2/ m应为原f(t)信号的最高频率 m 220 rad / s
3/
1 Fs ( ) Ts
k
F ( k ) 250 F ( k 500 )
s k
s 2m 440 ，或者f s 220Hz
4/ 将f(t)作带通信号看待 W (220 180) 40 于是 WH / W 5.5，N 5
即：只要采样速率不低于信号中最高频率分量的两倍， 则f(t)的全部信息完全包含在采样值中！ 最小采样速率 s=2Wf 称为奈奎斯特速率(Nyquist rate ) ，
最大时间间隔 Ts= / Wf 称为奈奎斯特间隔(Nyquisinterval )
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9
理想抽样的频谱函数图
wH
模拟 信息源 m(t )
抽样、量化 和编码 {sk}
数字 通信系统 {sk}
译码和低通 滤波 m(t ) 模拟随机信号
模拟随机信号
数字随机序列
数字随机序列
模拟信号的数字传输
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模拟信号的数字传输系统
模拟信源 A/D 数字通 信系统 D/A 收信者
抽样
量化
编码
采样(抽样)：使信号在时间上离散。 量化：把抽样值在幅度上离散。 编码：用M进制代码表示量化后的抽样值。
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2 S p ( w) Ts
k
(w kw )
s
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fS=2fH
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H / W 5
18
fS=2Wf=0.4fH
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带通信号采样定理
当连续信号的频带限在L -H之间，而且L≥W= H -L时，称为带通信号。
M 5.5 5 0.5
s min 2 40 (1 0.5 / 5) 80
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脉冲调制，用模拟基带信号f (t)去控制脉冲序列的某参数 ！
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7.3 脉冲幅度调制PAM
定义：脉冲载波的幅度随信号f(t)的变化而变化， 称为脉冲幅度调制。 在实际应用中，抽样及信号的恢复都和理想情况 有一定的区别：
t )，f s 250Hz 已知 f (t ) 10cos(20t ) cos(200
1、抽样后信号的频谱； 2、恢复f(t)所需理想低通滤波器的截止频率； 3、对f(t)进行抽样的奈氏频率； 4、将f(t)作带通信号看待,s的最小值为多少？
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解：f (t ) 10cos(20t ) cos(200 t ) 5[cos( 180 t ) cos(220 t )]
Wf 其他
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输出信号时域表达式：
f (t ) Ts f s (t ) h(t ) Ts [ f (kTs ) (t kTs )
k
Wf
S a (W f t )]
TsW f
f (kTs )S a [W f (t kTs )]
k
当采样频率取奈奎斯特频率时，即s＝2Wf
第 七 章 模拟信号的数字传输
本章内容
1 抽样定理 脉冲振幅调制(PAM) 模拟信号的量化 脉冲编码调制(PCM) 差分脉冲编码调制(DPCM) 增量调制(DM) 时分复用和多路数字电话系统