第9章-模拟信号的数字传输—量化及PCM要点PPT课件
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乘，即 ms(t)m(t)T(t)5抽样示意图源自m (t)M ( )
t (a ) T (t)
t
(c ) m s(t)
－ H O H (b )
T ( )
2
T
(d )
M s( )
t
FLAS(eH) 演示
H O H 2 T
(f )
6
7
• 在实际应用中，恢复信号的低通滤波器也不可 能是理想的，因此考虑到实际滤波器可能实现的 特 性 ， 抽 样 速 率 fs 要 比 2fH 选 的 大 一 些 ， 一 般 fs=
18
8位码的安排如下
极性码 段落码 段内码
C1
C2C3C4 C5C6C7C8
段落
段落码
序号
C2 C3 C4
8
11 1
7
11 0
6
10 1
5
21 0
4
0
3
30 1
2
1
1
40 1
0
50 0
19
电平序号
15 14 13 12 11 10 9 8
段内码
9
量化的过程
q7
信号的实际值
m6
q6
信号的量化值
m5
mq(t)
量化误差 m(t)
q5
m(6Ts)
mq(6Ts)
m4
q4
m3
Ts
2Ts 3Ts
4Ts
5Ts
6Ts
7Ts
q3
m2
q2
m1 q1
t 10
均匀量化：量化间隔是均匀的 △vi=△v 非均匀量化：量化间隔是非均匀的 △vi≠常数
11
t (a ) T (t)
t
(c ) m s(t)
－ H O H (b )
T ( )
2
T
(d )
M s( )
t
FLAS(eH) 演示
H O H 2 T
(f )
6
7
• 在实际应用中，恢复信号的低通滤波器也不可 能是理想的，因此考虑到实际滤波器可能实现的 特 性 ， 抽 样 速 率 fs 要 比 2fH 选 的 大 一 些 ， 一 般 fs=
18
8位码的安排如下
极性码 段落码 段内码
C1
C2C3C4 C5C6C7C8
段落
段落码
序号
C2 C3 C4
8
11 1
7
11 0
6
10 1
5
21 0
4
0
3
30 1
2
1
1
40 1
0
50 0
19
电平序号
15 14 13 12 11 10 9 8
段内码
9
量化的过程
q7
信号的实际值
m6
q6
信号的量化值
m5
mq(t)
量化误差 m(t)
q5
m(6Ts)
mq(6Ts)
m4
q4
m3
Ts
2Ts 3Ts
4Ts
5Ts
6Ts
7Ts
q3
m2
q2
m1 q1
t 10
均匀量化：量化间隔是均匀的 △vi=△v 非均匀量化：量化间隔是非均匀的 △vi≠常数
11
通信原理教程模拟信号的数字化课件
数字信号的复原通常采用逆变换的方法，即根据原始信号的采样样本，通过相应的数学模型和算法，还原出原始信号的波形。
数字信号的复原方法
由于数字信号的采样样本是离散的，因此复原出的信号可能会有一定的失真或误差，尤其是在采样率较低或信号频率较高时。
数字信号复原的准确性
数字信号的复原
数字信号误差的来源
数字信号的误差主要来源于采样过程中的量化误差、传输过程中的误码以及解码过程中的失真等。
将图像信号数字化，便于存储、传输和编辑。
将电视信号数字化，提高图像质量和传输效率。
数字通信
数字音频
数字图像
数字电视
02
CHAPTER
采样定理与采样
采样定理公式
采样定理的公式是 f_s >= 2f_max，其中 f_s 是采样频率，f_max 是信号的最高频率。
采样定理定义
采样定理是关于模拟信号数字化的基本理论，它确定了采样频率与信号最高频率之间的关系，以避免信号失真。
编码定义
编码是将离散的数字信号转换为可以在通信信道中传输的码字的过程。
编码
编码缺点
编码过程会增加数字信号的复杂性，需要更多的计算和存储资源；同时，不同的编码方式具有不同的特点和适用场景，需要根据实际需求进行选择。
量化优点
量化可以将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，便于计算机处理和传输；同时，量化可以减小信号的动态范围，降低信号的复杂性。
量化缺点
量化过程会产生量化误差，导致信号质量的损失；同时，量化过程需要选择合适的量化级数和方式，否则可能会引入额外的噪声和失真。
编码优点
编码可以提高数字信号的传输效率和可靠性；同时，编码可以提供差错控制和数据压缩等功能。
量化与编码的优缺点
数字信号的复原方法
由于数字信号的采样样本是离散的，因此复原出的信号可能会有一定的失真或误差，尤其是在采样率较低或信号频率较高时。
数字信号复原的准确性
数字信号的复原
数字信号误差的来源
数字信号的误差主要来源于采样过程中的量化误差、传输过程中的误码以及解码过程中的失真等。
将图像信号数字化，便于存储、传输和编辑。
将电视信号数字化，提高图像质量和传输效率。
数字通信
数字音频
数字图像
数字电视
02
CHAPTER
采样定理与采样
采样定理公式
采样定理的公式是 f_s >= 2f_max，其中 f_s 是采样频率，f_max 是信号的最高频率。
采样定理定义
采样定理是关于模拟信号数字化的基本理论，它确定了采样频率与信号最高频率之间的关系，以避免信号失真。
编码定义
编码是将离散的数字信号转换为可以在通信信道中传输的码字的过程。
编码
编码缺点
编码过程会增加数字信号的复杂性，需要更多的计算和存储资源；同时，不同的编码方式具有不同的特点和适用场景，需要根据实际需求进行选择。
量化优点
量化可以将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，便于计算机处理和传输；同时，量化可以减小信号的动态范围，降低信号的复杂性。
量化缺点
量化过程会产生量化误差，导致信号质量的损失；同时，量化过程需要选择合适的量化级数和方式，否则可能会引入额外的噪声和失真。
编码优点
编码可以提高数字信号的传输效率和可靠性；同时，编码可以提供差错控制和数据压缩等功能。
量化与编码的优缺点
第九章—模拟信号的数字传输
14
3 脉冲振幅调制
脉冲调制原理
脉冲调制的概念：脉冲调制是采用时间上离散的脉冲 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）。脉冲调制传送的是基带信号的一系列抽样 值。由于脉冲序列的参数随模拟基带信号的抽样值连续 地变化，所以，脉冲调制仍属于模拟调制。 脉冲调制的分类：按基带信号改变脉冲参数的不同， 把脉冲调制又分为脉幅调制（PAM）、脉宽调制（PDM） 和脉位调制（PPM）等，其调制波形如下页图所示
4
2 抽样定理（续）
证明:低通抽样定理
) 假设采用周期性冲击函数 T (t，按抽样定理描述的抽样间 隔对 0, f H 赫内的模拟信号 m(t ) 进行抽样，则已抽样信号及其频 谱为
ms (t ) m(t ) T (t )
1 M ( ) T ( ) M s ( ) 2 1 2 M ( ) ( nS ) 2 T n
T , L H H ( ) 其他 0,
那么当已抽样信号的频谱不发生混迭时，用该滤波器即可滤 出原信号的频谱：即 M s ( ) H ( ) M ( ) 从而可恢复出原信号的频谱
9
2 抽样定理（续）
如何选取抽样频率 f s (或s） ？选取抽样率的原则是使已抽 样信号的频谱不发生重叠。 若要求 m(t ) 的频谱正向移动n个 s时不与原频谱相互混叠，则 应满足： H ns H 若要求 m(t ) 的频谱正向移动（n-1）个 s 时不与原频谱相互混叠，
17
3 脉冲振幅调制（续）
m(t)
采样门
s(t) (a)
曲顶抽样 ms (t) M s ()
H() m(t)
采样门
δ T(t) (b)
3 脉冲振幅调制
脉冲调制原理
脉冲调制的概念：脉冲调制是采用时间上离散的脉冲 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）。脉冲调制传送的是基带信号的一系列抽样 值。由于脉冲序列的参数随模拟基带信号的抽样值连续 地变化，所以，脉冲调制仍属于模拟调制。 脉冲调制的分类：按基带信号改变脉冲参数的不同， 把脉冲调制又分为脉幅调制（PAM）、脉宽调制（PDM） 和脉位调制（PPM）等，其调制波形如下页图所示
4
2 抽样定理（续）
证明:低通抽样定理
) 假设采用周期性冲击函数 T (t，按抽样定理描述的抽样间 隔对 0, f H 赫内的模拟信号 m(t ) 进行抽样，则已抽样信号及其频 谱为
ms (t ) m(t ) T (t )
1 M ( ) T ( ) M s ( ) 2 1 2 M ( ) ( nS ) 2 T n
T , L H H ( ) 其他 0,
那么当已抽样信号的频谱不发生混迭时，用该滤波器即可滤 出原信号的频谱：即 M s ( ) H ( ) M ( ) 从而可恢复出原信号的频谱
9
2 抽样定理（续）
如何选取抽样频率 f s (或s） ？选取抽样率的原则是使已抽 样信号的频谱不发生重叠。 若要求 m(t ) 的频谱正向移动n个 s时不与原频谱相互混叠，则 应满足： H ns H 若要求 m(t ) 的频谱正向移动（n-1）个 s 时不与原频谱相互混叠，
17
3 脉冲振幅调制（续）
m(t)
采样门
s(t) (a)
曲顶抽样 ms (t) M s ()
H() m(t)
采样门
δ T(t) (b)
通信原理课件：模拟信号的数字传输
数字信号传输过程中的误差
讨论数字信号传输过程中的量化误差、信道误差和解调误差，并探索如何降 低这些误差。
数字信号传输过程的相关参数
介绍采样率、量化位数和信噪比等与数字信号传输相关的重要参数，并解释它们的意义和影响。
数字信号传输的应用
探索数字音频的传输、视信号的数字传输以及数字通信系统在各个领域的应 用。
结论与总结
总结数字传输技术的优势与不足，并展望未来数字传输技术的发展趋势。
通信原理课件：模拟信号 的数字传输
模拟信号的数字传输是通信原理中的重要概念。通过将模拟信号转换为数字 信号，我们可以实现更高的传输效率和更低的传输误差。
模拟信号的数字传输概述
模拟信号与数字信号的差异以及模拟信号的数字传输的必要性。探讨模拟信 号的数字PCM）、Δ-调制（Delta）和组合型编码（DPCM）等常用的模拟信号数字化方法。
《模拟信号数字传输》课件
AI技术在模拟信号数字传输中的应用
AI技术在模拟信号数字传输中具有广泛的应用前景。通过AI技术，可以实现更加 智能化的信号处理和传输，提高传输效率和稳定性。
AI技术在模拟信号数字传输中可以应用于信号识别、噪声抑制、图像增强等方面 。未来，AI技术将更加深入地应用于模拟信号数字传输中，以提高传输效果和用 户体验。
的传输。
在现代通信网络中，模拟信号数 字传输已经成为不可或缺的一部 分，对于通信技术的发展和应用
具有重要意义。
课程目标
01 掌握模拟信号数字传输的基本原理和技术 。
02 了解模拟信号数字传输的应用场景和优势 。
03
掌握模拟信号数字传输系统的设计和实现 方法。
04
了解模拟信号数字传输技术的发展趋势和 未来发展方向。
自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）
结合了DPCM和Delta Modulation的优点，具有更高的压缩效率和 更好的适应性。
联合编码
通过联合编码的方式，将多个模拟信号进行整合，以更高效的方式进 行传输。
05
模拟信号数字传输的应 用
音频传
数字音频广播
利用模拟信号数字传输技术，将音频信号转化为数字信号进行传输，提高了音 频质量，减少了噪声干扰。
02Байду номын сангаас
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
幅度连续、时间连续、信息容量 大、传输距离有限。
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
幅度离散、时间离散、信息容量有限 、传输距离远。
第九章 通信原理课件
段落序号
8 7 6 5 4 3 2 1
段落码 c2 c3 c4 111 110 101 100 011 010 001 000
段落范围 （量化单位）
1024~2048 512~1024 256~512 128~256 64~128
32~64 16~32 0~16
18
9.5 脉冲编码调制
段内码编码规则
15
9.5 脉冲编码调制
段落码
1
Ⅷ
1
0
Ⅶ
1
1
Ⅵ
0
0
ⅢⅣⅤ
1 1
0 0
1
0 0
ⅠⅡ
x 16
9.5 脉冲编码调制
量化区间的划分 M = M0 M1 M2 = 21 23 24
非均匀量化 M1 = 8，分为 8 个段落
x
011
1
128 64
32
1
1 11
1
16
8 42
均匀量化 第一、二段
M2 = 16，每段分为 16 级
若把自然二进码从低位到高位依次给以2倍的加权，就可 变换为十进数。如设二进码为(an-1, an-2, …, a1, a0)
则D=an-12n-1+an-22n-2+…+a121+a020 （表示量化电平值）。
特点: 编码简单、易记，而且译码可以逐比特独立进行。
9
9.5 脉冲编码调制
折叠二进码:是一种符号幅度码。
表示方法:
左边第一位表示信号的极性，信号为正用“1”表示， 信号为负用“0”表示；第二位至最后一位表示信号的幅度 。正、负绝对值相同时，折叠码的上半部分与下半部分相对 零电平对称折叠，故名折叠码。 其幅度码从小到大按自然 二进码规则编码。
8 7 6 5 4 3 2 1
段落码 c2 c3 c4 111 110 101 100 011 010 001 000
段落范围 （量化单位）
1024~2048 512~1024 256~512 128~256 64~128
32~64 16~32 0~16
18
9.5 脉冲编码调制
段内码编码规则
15
9.5 脉冲编码调制
段落码
1
Ⅷ
1
0
Ⅶ
1
1
Ⅵ
0
0
ⅢⅣⅤ
1 1
0 0
1
0 0
ⅠⅡ
x 16
9.5 脉冲编码调制
量化区间的划分 M = M0 M1 M2 = 21 23 24
非均匀量化 M1 = 8，分为 8 个段落
x
011
1
128 64
32
1
1 11
1
16
8 42
均匀量化 第一、二段
M2 = 16，每段分为 16 级
若把自然二进码从低位到高位依次给以2倍的加权，就可 变换为十进数。如设二进码为(an-1, an-2, …, a1, a0)
则D=an-12n-1+an-22n-2+…+a121+a020 （表示量化电平值）。
特点: 编码简单、易记，而且译码可以逐比特独立进行。
9
9.5 脉冲编码调制
折叠二进码:是一种符号幅度码。
表示方法:
左边第一位表示信号的极性，信号为正用“1”表示， 信号为负用“0”表示；第二位至最后一位表示信号的幅度 。正、负绝对值相同时，折叠码的上半部分与下半部分相对 零电平对称折叠，故名折叠码。 其幅度码从小到大按自然 二进码规则编码。
模拟信号的数字传输.ppt
量化信噪比较大
量化信噪比较小
二、非均匀量化
非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。 对于信号取值小的区间，其量化间隔Δv也小；反之，量 化间隔就大。
实现方法：将抽样值 x 通过压缩器转化成 y ，再对 y 进行 均匀量化。
y
Δy Δx
接收端采用一个传输特性 为x=f--1(y)的扩张器来恢复x。
2
fH
1 Ts
输出量化噪声功率：
Nq
1 Ts2
v2
12
输出信号功率：
S
M2 12Ts2
v2
PCM系统总的输出信噪功率比为：
S N
S Na Nq
1
M2 22N 1
Pe
1
22N 22N 1
Pe
在大信噪比条件下：
S 22N N
在小信噪比条件下：
S 1 N 4Pe
9.6 差分脉冲编码调制
冲激脉冲
PCM系统量化噪声
(a) 编码器
编码器
PCM信号 输出
信道中加性高斯噪声
PCM信号 输入
译码器
低通 滤波器
(b) 译码器
模拟信号 输出
均匀量化，编码方式为自然码的情况下，经分析：
接收端PCM信号经译码及低通滤波后，
输出加性噪声功率：
Na
22N Pe v 3Ts2
2
其中：
fs
信号功率为：
2
So E mk
b
m2 k
f
a
mk
dmk
量化后的噪声功率为：
Nq E
mk mq
2
b a
mk mq
2f
mk
dmk
M
量化信噪比较小
二、非均匀量化
非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。 对于信号取值小的区间，其量化间隔Δv也小；反之，量 化间隔就大。
实现方法：将抽样值 x 通过压缩器转化成 y ，再对 y 进行 均匀量化。
y
Δy Δx
接收端采用一个传输特性 为x=f--1(y)的扩张器来恢复x。
2
fH
1 Ts
输出量化噪声功率：
Nq
1 Ts2
v2
12
输出信号功率：
S
M2 12Ts2
v2
PCM系统总的输出信噪功率比为：
S N
S Na Nq
1
M2 22N 1
Pe
1
22N 22N 1
Pe
在大信噪比条件下：
S 22N N
在小信噪比条件下：
S 1 N 4Pe
9.6 差分脉冲编码调制
冲激脉冲
PCM系统量化噪声
(a) 编码器
编码器
PCM信号 输出
信道中加性高斯噪声
PCM信号 输入
译码器
低通 滤波器
(b) 译码器
模拟信号 输出
均匀量化，编码方式为自然码的情况下，经分析：
接收端PCM信号经译码及低通滤波后，
输出加性噪声功率：
Na
22N Pe v 3Ts2
2
其中：
fs
信号功率为：
2
So E mk
b
m2 k
f
a
mk
dmk
量化后的噪声功率为：
Nq E
mk mq
2
b a
mk mq
2f
mk
dmk
M
通信原理教程模拟信号的数字化PPT课件
如天线、解调器、解码器等。
数字信号接收质量
数字信号接收质量受到多种因素 的影响，如信道质量、噪声干扰、 失真等，需要采取相应的措施来
提高数字信号接收质量。
数字信号的抗干扰能力
抗干扰能力
数字信号在传输过程中受到各种 噪声和干扰的影响较小，具有较
强的抗干扰能力。
抗干扰技术
为了进一步提高数字信号的抗干扰 能力，可以采用多种抗干扰技术， 如信道编码、差错控制编码、扩频 通信等。
通信原理教程：模拟 信号的数字化ppt课
件
目录
• 引言 • 模拟信号与数字信号的对比 • 模拟信号的数字化过程 • 数字信号的传输与接收 • 数字信号的优势与应用 • 结论
01
引言
主题简介
01
模拟信号的数字化是通信原理中 的重要概念，涉及信号的采样、 量化和编码等过程。
02
本课程将介绍模拟信号数字化的 基本原理、方法和技术，以及其 在通信系统中的应用。
数字信号的特点
数字信号的值在时间上是离散的，幅 度上也是离散的，只能表示有限的离 散状态。
模拟信号与数字信号的优缺点比较
模拟信号的优点
模拟信号能够表示连续 变化的物理量，因此能 够更准确地表示实际物
理量。
模拟信号的缺点
模拟信号容易受到噪声 和干扰的影响，传输过
程中也容易失真。
数字信号的优点
数字信号具有抗干扰能 力强、传输可靠、精度 高、易于存储和复制等
THANKS
感谢观看
优点。
数字信号的缺点
数字信号是离散的，不 能表示连续变化的物理 量，因此在某些领域可
能不够准确。
03
模拟信号的数字化过程
采样
01
02
数字信号接收质量
数字信号接收质量受到多种因素 的影响，如信道质量、噪声干扰、 失真等，需要采取相应的措施来
提高数字信号接收质量。
数字信号的抗干扰能力
抗干扰能力
数字信号在传输过程中受到各种 噪声和干扰的影响较小，具有较
强的抗干扰能力。
抗干扰技术
为了进一步提高数字信号的抗干扰 能力，可以采用多种抗干扰技术， 如信道编码、差错控制编码、扩频 通信等。
通信原理教程：模拟 信号的数字化ppt课
件
目录
• 引言 • 模拟信号与数字信号的对比 • 模拟信号的数字化过程 • 数字信号的传输与接收 • 数字信号的优势与应用 • 结论
01
引言
主题简介
01
模拟信号的数字化是通信原理中 的重要概念，涉及信号的采样、 量化和编码等过程。
02
本课程将介绍模拟信号数字化的 基本原理、方法和技术，以及其 在通信系统中的应用。
数字信号的特点
数字信号的值在时间上是离散的，幅 度上也是离散的，只能表示有限的离 散状态。
模拟信号与数字信号的优缺点比较
模拟信号的优点
模拟信号能够表示连续 变化的物理量，因此能 够更准确地表示实际物
理量。
模拟信号的缺点
模拟信号容易受到噪声 和干扰的影响，传输过
程中也容易失真。
数字信号的优点
数字信号具有抗干扰能 力强、传输可靠、精度 高、易于存储和复制等
THANKS
感谢观看
优点。
数字信号的缺点
数字信号是离散的，不 能表示连续变化的物理 量，因此在某些领域可
能不够准确。
03
模拟信号的数字化过程
采样
01
02
第9章 Part2. 编码与时分复用讲解
9.8 时分复用和复接
9.6.1 预测编码简介
预测编码的目的：降低编码的比特率
预测编码的原理：
根据前几个抽样值计算一个预测值，将预测值与实际 值做差并编码传输该预测误差。相邻抽样值与当前抽样值 相关性越强，预测误差越小，因此可降低比特率。
m(t) mk 抽样 ＋ ek 量化 rk 编码
1. 同一个信号，若量化值越多，则信号量噪比越大；同时 编码位数增多，编码复杂度增加、数据量增多。
2. 一般采用8位的PCM码就能保证通话质量。
9.5.2 自然二进制码和折叠二进制码
1. 13折线法中采用的折叠码排列方法： 共有8位。第1位c1表示量化值的极性正负。后面的7位分 为段落码和段内码两部分。
2.
3. 4.
第2至4位(c2 c3 c4)是段落码，可以表示8种斜率的段落。
剩余4位(c5 ~ c8)为段内码，可以表示每一段落内的16种量 化电平。段内码代表的16个量化电平是均匀划分的。 7位码总共能表示27 ＝ 128种量化值。
9.5.2 自然二进制码和折叠二进制码
13折线法中的折叠码中的段落码：
4）量化误差：1270 - (1280+1216)/2 = 1270 – 1248 = 22
9.5.3 电话信号的编译码器
非均匀译码器（不包括加低通滤波的部分）
c2 ~ c8
记忆电路
7/11变换
恒流源
极性控制
译码输出
c1
9.5.4 PCM系统中噪声的影响
PCM中的两类噪声：量化噪声、加性噪声。 加性噪声的影响 原理：加性噪声导致收端发生误判，码组中出现错码
* ' ' qk mk mk mk ek (mk rk ) ek rk
9.6.1 预测编码简介
预测编码的目的：降低编码的比特率
预测编码的原理：
根据前几个抽样值计算一个预测值，将预测值与实际 值做差并编码传输该预测误差。相邻抽样值与当前抽样值 相关性越强，预测误差越小，因此可降低比特率。
m(t) mk 抽样 ＋ ek 量化 rk 编码
1. 同一个信号，若量化值越多，则信号量噪比越大；同时 编码位数增多，编码复杂度增加、数据量增多。
2. 一般采用8位的PCM码就能保证通话质量。
9.5.2 自然二进制码和折叠二进制码
1. 13折线法中采用的折叠码排列方法： 共有8位。第1位c1表示量化值的极性正负。后面的7位分 为段落码和段内码两部分。
2.
3. 4.
第2至4位(c2 c3 c4)是段落码，可以表示8种斜率的段落。
剩余4位(c5 ~ c8)为段内码，可以表示每一段落内的16种量 化电平。段内码代表的16个量化电平是均匀划分的。 7位码总共能表示27 ＝ 128种量化值。
9.5.2 自然二进制码和折叠二进制码
13折线法中的折叠码中的段落码：
4）量化误差：1270 - (1280+1216)/2 = 1270 – 1248 = 22
9.5.3 电话信号的编译码器
非均匀译码器（不包括加低通滤波的部分）
c2 ~ c8
记忆电路
7/11变换
恒流源
极性控制
译码输出
c1
9.5.4 PCM系统中噪声的影响
PCM中的两类噪声：量化噪声、加性噪声。 加性噪声的影响 原理：加性噪声导致收端发生误判，码组中出现错码
* ' ' qk mk mk mk ek (mk rk ) ek rk
第9章_模拟信号的数字传输—量化及PCM.
①理想抽样（冲激抽样） ②自然抽样 ③平顶抽样（瞬时抽样）
时域图 m( t )
t
T(t )
Ts
t
ms( t )
频谱图 M ( f )
- fm
fm
T( f )
fs 2fm
fs
0
fs f
Ms( f )
t
0
f
讨论： fs 2fm fs 2fm
结论： fs 的值必须满足抽样定理
2021/7/13
以语音信号为例
但将降低信道频带利用率。
结论：
f
s讨论2：B当f1L=
k
0n时，fs＝2B图，例就讨是论低：通fH模=拟n信B号的
抽样情况；
当fL很大时，fs趋近于2B。例如无线电接
收机的高频和中频系统中的信号。对这种信号抽
2021/7/13
样，在理论上都可以近似地将fs取为略大于2B。
讨论 fH = nB
令 带通信号 fH = 6B， 抽样频率 fs = 2B
2021/7/13
• 抽样定理（重点） 一个频带限制在（0， fH ）Hz内的时间连续信号
m(t) ，如果以Ts≤1/(2fH)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。
• 抽样过程的实现
m(t)
×
s(t)
• ms(t)=m(t)s(t)
2021/7/13
ms(t) 图形说明
基本理论 • 4、重点是A律压缩13折现法
2021/7/13
练习题： 书296页9-7、9-8题
2021/7/13
2021/7/13
2021/7/13
9.5 脉冲编码调制（PCM）
把量化的电平值表示成二进制码组的过程称为编码。 将模拟信号的经过抽样、量化变换为数字信号，然后再变换 成代码传输，这种方式称为脉冲编码调制PCM（Pulse Code Modulation)。 举例如下：
时域图 m( t )
t
T(t )
Ts
t
ms( t )
频谱图 M ( f )
- fm
fm
T( f )
fs 2fm
fs
0
fs f
Ms( f )
t
0
f
讨论： fs 2fm fs 2fm
结论： fs 的值必须满足抽样定理
2021/7/13
以语音信号为例
但将降低信道频带利用率。
结论：
f
s讨论2：B当f1L=
k
0n时，fs＝2B图，例就讨是论低：通fH模=拟n信B号的
抽样情况；
当fL很大时，fs趋近于2B。例如无线电接
收机的高频和中频系统中的信号。对这种信号抽
2021/7/13
样，在理论上都可以近似地将fs取为略大于2B。
讨论 fH = nB
令 带通信号 fH = 6B， 抽样频率 fs = 2B
2021/7/13
• 抽样定理（重点） 一个频带限制在（0， fH ）Hz内的时间连续信号
m(t) ，如果以Ts≤1/(2fH)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。
• 抽样过程的实现
m(t)
×
s(t)
• ms(t)=m(t)s(t)
2021/7/13
ms(t) 图形说明
基本理论 • 4、重点是A律压缩13折现法
2021/7/13
练习题： 书296页9-7、9-8题
2021/7/13
2021/7/13
2021/7/13
9.5 脉冲编码调制（PCM）
把量化的电平值表示成二进制码组的过程称为编码。 将模拟信号的经过抽样、量化变换为数字信号，然后再变换 成代码传输，这种方式称为脉冲编码调制PCM（Pulse Code Modulation)。 举例如下：
昆明理工大学通信原理课件9模拟信号的数字传输1
Ts
0
ms (t )
在抽样脉冲持续期间，样 t 值幅度随输入信号变化而变化。 s (t )为周期性信号，将其展开 为傅立叶级数：
t
A s(t ) Ts为：
ns 2A S ( ) F[ s(t )] sa ( ) ( ns ) Ts n 2 1 M s ( ) M ( ) * S ( ) 2 ns A sa ( ) M ( ns ) Ts n 2
Ts
t
s
ms (t ) 脉冲形 mH (t ) 成电路
T (t )
H ( )
M H ( ) M s ( ) H ( )
0
t
ms (t )的频谱为： 对理想抽样，
1 M s ( ) Ts
n
M ( n )
s
1 所以： M H ( ) Ts
n
q6 mq (kTs )m5 m(t ) 抽样 量化 q5 m4 先抽样，经量化器得量 q4 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T s s s s s s s m 化值，量化器有7个可能 3 的输出电平 q1、q2、q3、q4、 q3 m q5、q6、q7 七个量化电平， 2 q2 m1、m2、m3、m4、m5、m6 为 m 1 量化区间端点，将抽样值 q1 m(kTs )
m(t ) M ( )
n
( n )
s n
1 1 M s ( ) [ M ( ) * Ts ( )] 2 Ts
M ( n )
s s
抽样函数的频谱为： 1 M s ( ) Ts
n
M ( n )
M ( )
模拟信号数字化幻灯片
（ 0） π 0 0 π π π 0 π π (π) 0 π π 0 0 0 π 0 0
由上图可见，先对二进制数字基带信号进行差分编码，即把表示数字 信息序列的绝对码变换成相对码，然后再根据相对码进行绝对调相， 从而产生二进制差分信号。
DPSK相干解调原理
2DPSK相干解调的原理：对 2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对 码，再进过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字 信息。在解调过程中，由于载波相位模糊性的影响，使得解调出的相 对码也可能是“1”和“0”的倒置，但是经差分译码得到的绝对码不 会发生任何倒置的现象。
% c=zeros(1,length(codi)*r);
% for k=1:length(codi) %
% % % for j=1:length(cod(k,:))
l=length(cod(k,:));
c((k-1)*r+j)=str2num(cod(k,j)); end
% end
DPSK调制原理
模拟的主要缺点是：无论抽样值大小如何，量化噪声的 均方根值都固定不变。因此，当信号较小时，则信号量化噪声功率比 也就很小，这样的话化信噪比就难以达到给定的要求。为了克服这个 缺点，实际中，往往采用非均匀量化。非均匀量化是根据信号的不同 区间来确定量化间隔的。 实际中，非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀 量化。通常使用的压缩器中，大多采用对数式压缩。广泛采用的两种 对数压缩律是 压缩律和A压缩律。美国采用 压缩律，我国和欧洲各 国均采用A压缩律。
s=s1/max(abs(s1)); %信号归一化
y=Alaw(s); %A律量化 [qu c] = u_quantize(y,n); qu1=decode(c,length(s),ceil(log2(n))+1); x=invAlaw(qu1); x=x*max(abs(s1)); plot(t,s1) hold on plot(t,x,'r') figure(2)
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2
.
9.1 引 言
特点：用数字通信系统传输模拟信号
模拟 信息源
A/D
抽样量化编码
数字通 信系统
D/A
译码低通
信宿
m(t) 模拟随机信号
{sk} 数字随机序列
sˆk
mˆ k
数字随机序列 模拟随机信号
任务： 模拟信号的数字化，形成数字基带信号
数字基带信号的无失真传输
从接收数字信号中完整无失真的还原模拟信号
24a
12
当 Δv 一定，Nq 为常数。 与输入信号大小无关
当输入信号较小时，Sq 比满负荷值小，导致 Sq / Nq小，
不能满足通信的要求. 。
14
9.4.3 非均匀量化
定义：Δv 不为常数 非均匀量化是一种在整个动态范围内量化间 隔不相等的量化。 信号幅度越小，量化间隔Δv也小；反之亦反 。量化波形
第 九 章 模拟信号的数字传输
主要内容
重点
➢ 抽样定理
➢ 抽样定理
➢ 模拟信号的数字化技术➢ 抽样、量化、编码的概念
➢ 脉冲编码调制
➢ PCM 信号
➢ 时分复用系统
➢ 时分复用的概念
➢ 时分复用系统结构
1
.
9.1 引言 9.2 抽样定理 9.4 模拟信号的量化 9.5 脉冲编码调制 9.6 *差分脉冲编码调制 9.7 增量调制 9.8 PCM和ΔM的性能比较 9.9 时分复用和多路数字电话系统
量化信噪比
.
量化信号 mq( t )
t
量化误差 nq
t
12
9.4.2 均匀量化
定义：把输入信号 m( t ) 的值域按等距离分割的量化 称为均匀量化，其量化电平取量化区间的中点。
分析 量化信噪比
Δv 为常数
设 m( t ) 的参数：动态范围(- a , a ) 量化级数为 M
量化间隔 Δv = 2a / M
以语音信号为例 .
7
9.2.2 带通型信号的抽样定理
定义：若模拟信号 m( t ) 的频率范围为 fL ~ fH 带宽 B = fH - fL
如果 fL < B， 则 m( t ) 为低通型信号 如果 fL > B， 则 m( t ) 为带通型信号 概念：带通型信号的 fH 很高，若仍按 fs ≥ 2 fH 抽样，虽能满 足样值序列频谱不产生重叠以确保恢复 m( t ) 的要求，
量化区间 m i-1 = - a + ( i -1 ) Δv 第 i 个量化区间的起点
mi = - a + i Δv 量化电平 qi = ( m i-1 + m i ) / 2
第 i 个量化区间的终点 i = 1、2 …… M
当 m( t )是平稳随机过程，概率密度函数为 f ( x ) 时
S 0 E m k 2 a a m k 2 f（ m k ） d m k
M( f )
讨论：
fs 2B fs 2B
- fH - fL
-B 0 B δT ( f )
- fs
0
fs
Ms( f )
fL fH f f
-B 0 B
f
结论：
.
9
9.4 模拟信号的量化
9.4.1 量化的定义 9.4.2 均匀量化 9.4.3 非均匀量化
.
10
9.4.1 量化的定义
定义：利用预先规定的有限个电平来表示模拟样值
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
的过程称为量化。 特征：模拟信号被抽样后，若抽样值仍随信号幅度
连续变化，则当其上叠加噪声后，接收端无法
准确判断所发送的样值。
常用名词
模拟信号 m( t ) 样值信号 ms( t ) 量化信号 mq( t ) 量化误差信号 （量化噪声）
eq( t ) = | ms( t ) - mq( t ) |
ms( kTs ) 量化器
但将降低信道频带利用率。
结论：
f
s讨论2：B当f1L=
k
n0时 ，fs＝2B图，例就讨是论低：通fH模=拟n信B 号的
抽样情况；
当fL很大时，fs趋近于2B。例如无线电接
收机的高频和中频系统中的信号。对这种信号抽
样，在理论上都.可以近似地将fs取为略大于2B8。
讨论 fH = nB
令 带通信号 fH = 6B， 抽样频率 fs = 2B
这就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本 身，可以只传输按抽样定理得到的抽样值。
.
5
抽样定理（重点） 一个频带限制在（0， fH ）Hz内的时间连续信号
m(t) ，如果以Ts≤1/(2fH)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。
抽样过程的实现
m(t)
×
s(t)
例
N q E ( m k m q ) 2 - （ a a m k - m q ） 2 f .( m k ) d m k i M 1m m i i 1 ( m k q i ) 2 f ( m k ) 13d m k
例：已知均匀量化器量化级数为M，输入信号在[ -a，a ]
具有均匀概率分布，试求输出端的量化信噪比。
.
3
9.2 抽样定理
9.2.1 低通型信号的抽样定理 9.2.2 带通型信号的抽样定理
.
4
9.2.1 低通信号的抽样定理
抽样：每隔一定的时间间隔 T ，抽取模拟信号的一个 瞬时幅度值（样值）。
抽样定理：如果对某一带宽有限的时间连续信号（模拟信号） 进行抽样，且抽样速率达到一定数值时，那么根据这些抽样值 就能准确地确定原始信号。
解：∵ f ( x ) 1
2a
m i 1 a(i1)v v 2a
mi aiv
M
∴ S 0 E m k 2 a am k 2f(m k )d x
aam k22 1 adm ka 32M 1 2v22
Nqi M 1m m ii1(xqi )2f(x)dx
M i1
1 v3
24a
M ( v )3 ( v )2
mq( kTs )
波形
量化区间 ( mi-1 , mi ) 量化电平 q i 量化间隔 Δv
量化级数 M
动态范围 (- a , a )
.
11
mi qi
m i-1
m( t ) ms( t )
Δv
0 Ts
2Ts 3Ts 4Ts 5Ts 6Ts 7Ts 8Ts 9Ts 10Ts
1 v 2
0
记： ms = ms( kTs ) mq = mq( kTs )
ms(t)=m(t)s(t)
ms(t) 图形说明
①理想抽样（冲激抽样）
②自然抽样
③平顶抽样（瞬时抽样）
.
6
时域图 m( t )
t
T( t )
Ts
t
ms( t )
频谱图 M ( f )
- fm
fm
T( f )
fs 2fm
fs
0
fs f
Ms( f )
t
0
f
讨论： fs 2fm fs 2fm
结论： fs 的值必须满足抽样定理