通信原理模拟信号的数字8讲
樊昌信《通信原理》(第6版)(名校考研真题 模拟信号的数字传输)【圣才出品】
第9章 模拟信号的数字传输一、填空题1．脉冲编码调制(PCM)中最常见的二进制码包括：自然二进制码、（ ）和（ ）。
[北科2011研]【答案】折叠二进制码；反射二进制码（格雷码）。
【解析】通常把从模拟信号抽样、量化，直到变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制，常用的码型有自然二进制码、折叠二进制码和反射二进制码 (又称格雷码)。
2．在模拟信号的数字化过程中，按奈奎斯特速率对模拟基带信号取样，( )失真。
进一步在取值域上离散一量化，( )失真。
[北科2010研]【答案】无；量化。
【解析】在模拟信号数字化的过程中，按奈奎斯特速率抽样，所得样值序列含有基带信号的全部信息，故信号无失真；但在量化时有失真，且失真与量化电平数有关，量化级数越多，量化失真越小，属于限失真。
3．对某模拟信号进行线性PCM 编码，设抽样频率为8KHZ ，编码位数为7，则此PCM 信号的信息速率为（）；当抽样频率不变而编码位数由7增大到12时，量化信噪比提高（ ）dB 。
[华中科技大学2002研]【答案】56 kbit ／s ；30。
【解析】PCM 信号的信息速率，其中n 为每个抽样值所对应的编码位数。
b s R f n =⋅对于一M 个量化电平的线性量化器，其量化信噪比，编码位数2q qS M N ≈。
2log N M =二、选择题1．模拟信号进行波形编码成为数字信号后（ ）。
[南邮2010研]A ．抗干扰性变弱 B ．带宽变大 C ．差错不可控制 D ．功率变大【答案】B【解析】A 项，数字通信系统可消除噪声积累，抗干扰性强；B 项，模拟信号变为数字信号需经过采样，由采样准则，采样频率定大于等于2倍的模拟信号系统带宽，经编码后，数字信号带宽更大；C 项，数字信号可利用纠错编码实现差错控制；D 项，由帕塞瓦尔定理，波形编码不改变信号功率。
2．通常的模拟信号数字化包含的三步依次为（ ）、（ ）和（ ）。
[南邮2010研]A ．抽样，编码，量化B ．量化，抽样，编码C ．抽样，量化，编码D．量化，编码，抽样【答案】C【解析】模拟信号经抽样变为离散信号，再经量化、编码变为数字信号。
樊昌信《通信原理》(第6版)-第9章 模拟信号的数字传输【圣才出品】
第9章 模拟信号的数字传输9.1 本章要点详解本章要点■模拟信号的数字传输系统■模拟信号的抽样■模拟脉冲调制■抽样信号的量化■脉冲编码调制■差分脉冲编码调制■增量调制■PCM与ΔM系统的比较■时分复用和复接重难点导学一、模拟信号的数字传输系统图9-1 模拟信号的数字传输模型利用数字通信系统传输模拟信号的步骤：（1）把模拟信号数字化，即模数转换(A/D)；（2）进行数字方式传输；（3）把数字信号还原为模拟信号，即数模转换(D/A)。
二、模拟信号的抽样1．低通模拟信号的抽样定理（1）原理一个频带限制在(0，f H)Hz内的时间连续信号m(t)，如果以T s≤1/(2f H)秒的间隔对它进行等间隔(均匀)抽样（如图9-2），则m(t)将被所得到的抽样值完全确定。
图9-2 模拟信号的抽样（2）意义a．连续信号的无限样值可以由有限个样值确定，并能精确恢复，以便实现数字化传输和时分复用。
b．最低抽样速率2f H称为奈奎斯特速率。
与此相应的抽样时间间隔称为奈奎斯特间隔。
抽样序列的频谱与原信号频谱的关系为抽样过程如图9-3所示。
图9-3 抽样过程的时间函数及对应频谱图如果抽样间隔T s＞1/(2f H)，则抽样后信号的频谱在相邻的周期内发生混叠（如图9-4所示），此时不可能无失真地重建原信号。
图9-4 混叠失真2．带通模拟信号的抽样定理设带通模拟信号的频带限制在f L和f H之间，其信号频谱最低频率大于f L，最高频率小于f H，信号带宽为B=f H-f L，则此带通模拟信号所需要的采样频率等于，n=1，２，…，k为(f H/B)的小数部分。
三、模拟脉冲调制1．模拟脉冲调制的种类模拟脉冲共分三类：脉冲振幅调制(PAM)、脉冲宽度调制(PDM)、脉冲位置调制(PPM)。
如图9-5所示，其中从上倒下依次为模拟基带信号、PAM信号、PDM信号和PPM信号。
图9-5 模拟基带信号、PAM信号、PDM信号和PPM信号2．PAM调制自然抽样后PAM信号的时域和频域表达式为自然抽样过程如图9-6所示。
通信原理与技术第6 章模拟信号的数字化
第6 章模拟信号的数字化本章教学要求：1、掌握低通型抽样定理、PCM 基本工作原理。
掌握均匀量化原理、非均匀量化原理（A 律13折线）和编码理论。
2、理解时分复用和多路数字电话系统原理。
3、了解PCM 抗噪声性能、DM 和DPCM 系统原理。
§6.1 引言一、什么是模拟信号数字化？就是把模拟信号变换为数字信号的过程，即模数转化。
这是本章欲解决的中心问题。
二、为什么要进行模数转换？由于数字通信的诸多优点，数字通信系统日臻完善。
致使许多模拟信源的信号也想搭乘数字通信的快车；先将模拟信号转化为数字信号，借数字通信方式（基带或频带传输系统）得到高效可靠的传输，然后再变回模拟信号。
三、怎样进行数字化？就目前通信中使用最多的模数转换方法—脉冲编码调制（PCM）为典型，它包含三大步骤：1.抽样（§2 和§3）；2.量化（§4）；3.编码（§5）1.抽样：每隔一个相等的时间间隙，采集连续信号的一个样值。
2.量化：将量值连续分布的样值，归并到有限个取值范围内。
3.编码：用二进制数字代码，表达这有限个值域（量化区）。
2、解调3、抽样定理从频谱图清楚地看到，能用低通滤波器完整地分割出一个F（ω）的关键条件是ωs≥2ωm，或f s≥2f m。
这里2f m 是基带信号最大频率，2f m 叫做奈奎斯特抽样频率。
抽样定理告诉我们，只要抽样频率不小于2f m，从理想抽样序列就可无失真地恢复原信号。
二、带通抽样带通信号的带宽B=f H-f L，且B<<f H，抽样频率f s 应满足f s=2B(1+K/N)=2f H/N 式中，K=f H/B-N，N 为不超过f H/B 的最大整数。
由于0≤K<1，所以f s在2B～4B 之间。
当f H >> B 即N >>1 时f S =2B。
当f S > 2B(1+R/N) 时可能出现频谱混叠现象（这一点是与基带信号不同的）例：f H= 5MHz，f L = 4MHz，f S =2MHz 或3MHz 时，求M S(f)§6.3 脉冲幅度调制（PAM）理想抽样采用的单位冲击序列，实际中是不存在的，实际抽样时采用的是具有一定脉宽和有限高度的窄脉冲序列来近似。
通信原理第6章 模拟信号的数字传输
可见：量化电平增加一倍，即编码位数每增加一位， 量化信噪比提高6分贝。
2020/1/25
第6章 模拟信号的数字传输
11
6.1.2 量化
对于正弦信号，大信号出现概率大，故量化信噪比近
似为
Sq Nq
dB
6k
2
(dB）
对于语音信号，小信号出现概率大，故量化信噪比近 似为
取样定理描述：一个频带限制在 0 ~ f H内的连续信
号
m(t ) ，如果取样速率
fs
2
f
，则可以由离散样值
H
序列ms (t)无失真地重建原模拟信号 m(t) 。
取样定理证明：
ms (t) m(t) Ts (t)
M s ( f ) M ( f ) Ts ( f )
Ts ( f )
第６章 模拟信号的数字传输
1、数字通信有许多优点:
抗干扰能力强，远距离传输时可消除噪声积累 差错可控，利用信道编码可使误码率降低。 易于和各种数字终端接口中； 易于集成化，使通信设备小型化和微型化 易于加密处理等。
2、实际中有待传输的许多信号是模拟信号
语音信号； 图像信号； 温度、压力等传感器的输出信号。
于前一个时刻的值上升一个台阶；每收到一个代码 “0”就下降一个台阶。 编码和译码器
2020/1/25
第6章 模拟信号的数字传输
25
6.2.2 △Ｍ系统中的噪声
采用△Ｍ实现模拟信号数字传输的系统称为△Ｍ系统
△Ｍ系统中引起输出与输入不同的主要原因是：量化 误差和数字通信系统误码引起的误码噪声。
2020/1/25
第6章 模拟信号的数字传输
《通信原理》第04章模拟信号的数字化精品PPT课件
t
…
t
…
t
S(f)
( f ) Sk ( f ) Sˆ( f )
f
…
f
…
f
t
f
7
4.2.1 低通模拟信号的抽样
频谱混叠
S(f)
spectrum aliasing
f ( f )
f
Sk ( f )
…
…
f
8
4.2.1 低通模拟信号的抽样
ideal lowpass filter
抽样信号恢复低通滤波器
s(t)
s(t)
t
t
δT (t)
c (t)
t
t
sk(t)
sk(t)
t
t
3
4.2.1 低通模拟信号的抽样
band-limited signal
低通抽样定理 一个带宽有限信号 s (t) 的最高频率为 fH ，若
抽样频率 fs ≥ 2 fH ，则可以由抽样信号序列 sk (t) 无 失真地恢复原始信号 s (t) 。 说明
抽样频率与信号频率的关系曲线
fs 4B
3B
2B
B
O
B 2B 3B 4B 5B 6B
fL
15
4.2.2 带通模拟信号的抽样
带通抽样的频谱
fH = 4 kHz fL = 3 kHz B = 1 kHz
fs = 2 kHz
S(f)
−4B
0
4B
Sk( f )
bandpass sampling
f
−4fs −3fs −2fs −fs O fs 2fs 3fs 4fs
领域也有广泛应用
pulse amplitude modulation (PAM)
[电信行业]通信原理--区别模拟信号和数字信号(PPT 42页)
![[电信行业]通信原理--区别模拟信号和数字信号(PPT 42页)](https://img.taocdn.com/s3/m/cf085d571eb91a37f1115c80.png)
f (t)
O
t
(a)
f (nT )
PAM 信 号
O
t
(b)
来自图ww1w.–模中拟国最信大号的波资料形库下载
数字信号：凡信号参量只能取有限个值，并且常常不直
接与消息相对应的信号。
f (nT )
1 0 0 1 10 1 1 10 0 1
O
t
(a)
数字 信 息
001110
0
1
PS K波形
(b)
来自 ww图w.c1ns-h3u数.cn字中信国最号大波的形资料库下载
模拟通信系统模型
信息源
调制器 信道 解调器 受信者
已调信号的三个基本特征： 一是携带有信息，
二是适合在信道中传输，
三是信号的频谱具有带通形 式且中心频率远离零频，因 而已调信号又称频带信号。
噪声源
▲ 通信的任务 ▲ 交流方式/技术特点的划分历史 ▲ 现代通信系统是信息时代的生命线 ▲ 电信的社会作用（有线无线及其有机结
合） ▲ 第一类电信事业与第二类电信事业 ▲ 现代通信与经济的发展密切相关
来自 中国最大的资料库下载
ξ1.1 通信系统的组成
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发端
信道
收端
(a)
发端
发端 发端
发端
信道
信道
信道
收端
收端 收端
收端
(b)
(c)
图 1 - 6单工、 (a) 单工； (b) 半双工； (c) 全双工
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发 送 设 备
…
接 收 设 备
101
发
接
新通信原理第5章第8讲
f
4.6 信道容量 所谓离散信道就是输入与输出信号都是取值离散的时间 所谓离散信道就是输入与输出信号都是取值离散的时间 离散信道 函数，也就是广义信道中的编码信道 其信道模型用转 函数，也就是广义信道中的编码信道 其信道模型用转 移概率来表示 移概率来表示 所谓连续信道就是输入与输出信号都是取值连续的时 所谓连续信道就是输入与输出信号都是取值连续的时 连续信道 间函数，也就是广义信道中的调制信道 间函数，也就是广义信道中的调制信道 。其信道模型 时变线性网络来表示 用时变线性网络来表示 信道容量是指单位时间内信道上所能无差错传输的最 信道容量是指单位时间内信道上所能无差错传输的最 大信息量
由香农公式可以得到以下结论: 由香农公式可以得到以下结论 (1)增大信号功率S可以增加信道容量. (1)增大信号功率S可以增加信道容量. S →∞ 增大信号功率
lim C = lim B log 2 (1 +
S →∞
S )→∞ n0 B
减小噪声功率N(减小噪声功率谱密度)可以增加信道容量. N(减小噪声功率谱密度 (2) 减小噪声功率N(减小噪声功率谱密度)可以增加信道容量.
通信原理 第四章 模拟信号的数字化
8 7 6
12
11 10
1100
1011 1010 1001
段落码 c2 c3 c4
111 110 101
9
8
7 6 5
1000
0111 0110 0101
5
4 3 2
100
011 010 001
4
3 2 1
0100
0011 0010 0001
1
000
0
0000
18
4.4.3 PCM系统的量化噪声
2 b 2 mi a i 1 mi 1 M
式中，sk为信号的抽样值，即s(kT) sq为量化信号值，即sq(kT) f(sk)为信号抽样值sk的概率密度 E表示求统计平均值 M为量化电平数 mi a iv
q i a i v
v 2
求信号sk的平均功率 ：
S E ( s k ) s k f ( s k )dsk
S / Nq 22(B/fH )
上式表明，PCM系统的输出信号量噪比随系统的带宽 B按指数规律增长。
19
4.5 差分脉冲编码调制
4.5.1差分脉冲编码调制(DPCM)的原理
线性预测基本原理
线性预测 利用前面的几个抽样值的线性组合来预测当前的抽样值 预测误差 当前抽样值和预测值之差 由于相邻抽样值之间的相关性，预测值和抽样值很接近，即误 差的取值范围较小。 对较小的误差值编码，可以降低比特率。
正极性
负极性
折叠二进制码的特点： 有映像关系，最高位可以表示极性，使编码电路简化； 误码对小电压影响小，可减小语音信号平均量化噪声。
17
13折线法中采用的折叠码
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—模拟信号的数字10讲
模拟信号的数字传输
编码原理
实现编码的具体方法和电路很多，如有低速编码
和高速编码、线性编码和非线性编码；逐次比较型、 级联型和混合型编码器。 这里只讨论目前常用的逐 次比较型编码器原理。 编码器的任务是根据输入的样值脉冲编出相应的 8位二进制代码。除第一位极性码外，其他7位二进制 代码是通过类似天平称重物的过程来逐次比较确定的。 这种编码器就是PCM通信中常用的逐次比较型编码器。
‹#›
6/17/2013
电
子
技
术
系
脉冲编码调制（PCM）
模拟信号的数字传输
抽样
PAM PCM ADPCM △M
由以上过程可知，非均匀量化（压缩及均匀量化） 和编码实际上是通过非线性编码一次实现的。经过以上 七次比较，对于模拟抽样值+1260Δ，编出的PCM码组为 1 111 0011。 它表示输入信号抽样值Is 处于第 8 段序号为 3 的 量化级，其量化电平为1216Δ，故量化误差等于44Δ。 顺便指出，若使非线性码与线性码的码字电平相等，即 可得出非线性码与线性码间的关系，如表所示。编码时， 非线性码与线性码间的关系是7/11变换关系，如上例中 除极性码外的7位非线性码1110011，相对应的11位线性 码为10011000000。
b) 确定段落码C2C3C4：
参表可知，段落码C2 是用来表示输入信号抽 样值Is处于13折线8个段落中的前四段还是后四 段，故确定C2的标准电流应选为 IW=128Δ
‹#›
6/17/2013
电
子
技
术
系
脉冲编码调制（PCM）
模拟信号的数字传输
抽样
PAM PCM ADPCM △M
通信原理8-同步技术
数据交换，必须实现网同步 使得在整个通信网内有一个统一的时间节
拍标准
二. 同步信号的获取方式
外同步法
– 由发送端发送专门的同步信息， 接收端把这个专门的同步信息检 测出来作为同步信号的方法
– 需要传输独立的同步信号，需付 出额外的功率和频带
三. 同பைடு நூலகம்的技术指标
同步误差小 相位抖动小 同步建立时间短 同步保持时间长
数字通信系统中，要求同步信息传输的可靠性 高于信号传输的可靠性
载波同步是相干解调的基础。
判断
只有数字调制系统存在载波同步
无论是模拟调制信号还是数字调制信 号，都必须有相干载波才能实现相干 解调。
1. 载波同步
载波同步产生的本地载波应该与接收到的信 号中的调制载波同频同相，而不是与发送端 调制载波同频同相
在接收信号中，发送端调制的载波成分可能 存在，也可能不存在。
– 只有定时脉冲正确，才谈得上正确地抽样判 决
– 位同步是正确抽样判决的基础
3. 群同步
包括字同步、句同步、帧同步 接收端为了正确恢复信息就必须识别
句或帧的起始时刻 接收端必须产生与字、句和帧起止时
间相一致的定时信号 群同步是正确译码和分路的基础 数字通信和模拟通信都存在群同步
4. 网同步
– 若接收信号中包含有载波，可用窄带滤波器直 接提取
– 若接收信号中不包含载波成分，则用载波同步 法提取
2. 位同步
是数字通信系统特有的一种同步
– 为了从接收波形中恢复出原始的基带信号， 须对它进行抽样判决，要求接收端提供“定 时脉冲序列”
– 定时脉冲序列的重复频率与码元速率相同， 相位与最佳抽样判决时刻一致
通信原理第六章(模拟信号的数字传输)习题及其答案
第六章（模拟信号的数字传输）习题及其答案【题6－1】已知信号()m t 的最高频率为m f ，由矩形脉冲()m t 进行瞬时抽样，矩形脉冲的宽度为2τ，幅度为1，试确定已抽样信号及其频谱表示式。
【答案6－1】矩形脉冲形成网络的传输函数()()()22Q A Sa Sa ωτωτωττ==理想冲激抽样后的信号频谱为1()(2) =2s mm m n sM M n f T ωωωωπ∞=-∞=-∑瞬时抽样信号频谱为()()()()(2)2H s m n sM M Q Sa M n T τωτωωωωω∞=-∞==-∑()H M ω中包括调制信号频谱与原始信号频谱()M ω不同，这是因为()Q ω的加权。
瞬时抽样信号时域表达式为()()()()H sn m t m t t nT q t δ∞=-∞=-*∑【题6－2】设输入抽样器的信号为门函数()G t τ，宽度200ms τ=，若忽略其频谱的第10个零点以外的频率分量，试求最小抽样速率。
【答案6－2】门函数()G t τ的宽度200ms τ=，其第一个零点频率1150f Hz τ==，其余零点之间间隔都是1τ，所以第10个零点频率为110500m f f Hz ==。
忽略第10个零点以外的频率分量，门函数的最高频率是500Hz 。
由抽样定理，可知最小抽样速率21000s m f f Hz ==。
【题6－3】设信号()9cos m t A t ω=+，其中10A V =。
若()m t 被均匀量化为40个电平，试确定所需的二进制码组的位数N 和量化间隔v ∆。
【答案6－3】()m t 需要被量化为40个电平，即40M =，表示40个电平需要的二进制码组位数2[log ]16N M =+=量化间隔22100.540A v V M ⨯∆===【题6－4】已知模拟信号抽样的概率密度()f x 如下图所示。
若按四电平进行均匀量化，试计算信号量化噪声功率比。
通信原理课件——第四章
τ 宽为无穷大。
如上所述，脉冲宽度τ越大，自然抽样信号的带宽越小， 这有利于信号的传输。但增大τ会导致时分复用的路数减小， 显然考虑τ的大小时，要兼顾带宽和复用路数这两个互相矛 盾的要求。
二、平顶抽样
平顶抽样又称为瞬时抽样，从波形上看，它与自然抽样 的不同之处在于抽样信号中的脉冲均具有相同的形状— —顶部平坦的矩形脉冲，矩形脉冲的幅度即为瞬时抽样 值，如图4-11（a）所示。在实际应用中，平顶抽样信号 采用脉冲形成电路（也称为“抽样保持电路”）来实现， 得到顶部平坦的矩形脉冲。
图4-25 PCM系统的原理图
4.5.2 PCM
[例4.5.1]
4.5.3 PCM系统的抗噪声性能分析
4.6 语音压缩编码
4.6.1语音压缩编码技术的概念
通常，人们把话路速率低于64kb/s的语音编码方 法，称为语音压缩编码技术。常见的语音压缩编 码有差值脉冲编码调制（DPCM）、自适应差值脉 冲编码调制（ADPCM）、增量调制（DM或M）、自 适应增量调制（ADM）、参量编码、子带编码 （SBC）等。
第四章 模拟信号的数字传输
4.1 引言 4.2 抽样 4.3 量化 4.4 编码 4.5 脉冲编码调制系统 4.6 语音压缩编码 4.7 图像压缩编码
4.1 引言
图4-1 PCM通信系统原理图
图4-2 PCM信号形成过程示意图
4.2 抽样
所谓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样值序列的过程，如 图4-3所示。
4.3 量化
图4-13 量化的输入和输出
4.3.1均匀量化
图4-14 量化过程及量化误差
[例4.3.1]
通信原理-CT8差错控制编码
1 奇偶监督码
奇偶监督码是在原信息码后面附加一个监督元， 使得码 组中“1”的个数是奇数或偶数。奇偶监督码分为奇监督（校验）
码和偶监督（校验）码。Fra bibliotek设码字A=［an-1,an-2,…,a1,a0］，对偶监督码有
小值称为码的最小距离，用dmin表示。最小码距是码的
一个重要参数， 它是衡量码检错、纠错能力的依据 。
• 如果线性分组码(n,k)码位信息位没有变化， 与信息码元排列相同，并且与监督位分开， 称为系统码，
信息元 • 否则称为非系统码。 监督元
2. 检错和纠错能力
若分组码码字中的监督元在信息元之后，而且是信息元的
［P Ir］形式的矩阵称为典型监督矩阵。
HCT=0T，说明H矩阵与码字的转置乘积必为零，
可以用来作为判断接收码字C是否出错的依据。
若把监督方程补充为下列方程
可改写为矩阵形式
即：
C G D
T T
T
C D G
轾0 1 犏 犏1 0 犏 G= 犏 0 犏0 犏 犏0 0 臌 轾0 1 犏 犏1 0 犏 G= 犏 0 犏0 犏 犏0 0 臌
Repeat Request)。 由发端送出能够发现错误的码，由收端判
决传输中无错误产生，如果发现错误，则通过反向信道把这
一判决结果反馈给发端，然后，发端把收端认为错误的信息 再次重发，从而达到正确传输的目的。其特点是 需要反馈
信道，译码设备简单，对突发错误和信道干扰较严 重时有效， 但实时性差，主要在计算机数据通信中得到
数字信号在传输过程中，加性噪声、码间串扰等都会产生
通信原理第9章 模拟信号的数字传输1.
第九章模拟信号的数字传输本章主要内容本章主要内容▲ 模拟信号数字化的理论基础——抽样定理▲ 模拟信号数字化的理论基础——抽样定理▲ PCM、△M原理及性能▲ PCM、△M原理及性能▲ 模拟电话信号的数字传输▲ 模拟电话信号的数字传输▲ 时分复用▲ 时分复用9.1 引言 9.1 引言以数字信号形式传送模拟信号要进行抽样、量化和编码过程。
模拟信息源抽样、量化编码数字通信系统译码低通滤波 m( t 模拟随机信号 {S k } 数字随机序列ˆ {S k } 数字随机序列ˆ m( t 模拟随机信号研究如何将语音信号数字化，即A/D化方法。
PCM △M ADPCM 对抽样进行8位编码对预测误差进行1位编码对预测误差进行4位编码9.2 抽样定理 9.2 抽样定理抽样（Sampling）：是将时间上连续信号变换成时间上离散的信号的过程。
模拟信号 t 抽样抽样 t 关键问题：抽样间隔 Ts=?, 解调后信号不失真?1.低通抽样定理：一个频带限制在（0，fH）内的时间连续信号m（t），如果以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。
Ts ≤ 1 2f H f s ≥ 2f H 以理想冲激抽样过程说明： m s(t = m(t ⋅ δT (t m( t 相乘ms ( t M s (ω = 1 [ M ( ω * δ T ( ω ] 2π δT ( t 2π δ T (ω = Ts 1 M s (ω = Ts ∑δ −∞ ∞ T (ω − nω s n = −∞ ∑ ∞ M (ω − nω s模拟信号抽样脉冲抽样信号m( t δT ( t ms( t t t M s(ω t ωs > 2ω H M (ω − ωs − ωH 0 ωH M s(ω ωs ω δT (ω − ωH 0 ωH ω ω ω s = 2ω H − ωs − ω H 0 ω H ωs M s(ω ω ω s < 2ω H − ωs 0 ωs − ωH ωH ω 接收端经过低通滤波器就可以完全恢复原始信号。
通信原理教程模拟信号的数字化PPT课件
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
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，
《通信原理》课件--第9章
3B
2B
B
0
B
2B 3B 4B 5B 6B
12
fL
第9章模拟信号的数字传输
由上图可见，当fL = 0时，fs ＝2B，就是低通模拟信号的抽样 情况；当fL很大时，fs趋近于2B。fL很大意味着这个信号是一 个窄带信号。许多无线电信号，例如在无线电接收机的高频 和中频系统中的信号，都是这种窄带信号。所以对于这种信 号抽样，无论fH是否为B的整数倍，在理论上，都可以近似 地将fs取为略大于2B。 图中的曲线表示要求的最小抽样频率fs，但是这并不意味着 用任何大于该值的频率抽样都能保证频谱不混叠。
11
第9章模拟信号的数字传输
由于原信号频谱的最低频率fL和最高频率fH之差永远等于信 号带宽B，所以当0 fL < B时，有B fH < 2B。这时n = 1，而 上式变成了fs = 2B(1 + k)。故当k从0变到1时，fs从2B变到4B， 即图中左边第一段曲线。当fL＝B时，fH＝2B，这时n = 2。故 当k＝0时，上式变成了fs = 2B，即fs从4B跳回2B。当B fL < 2B时，有2B fH < 3B。这时，n = 2，上式变成了fs = 2B(1 + k/2)，故若k从0变到1，则fs从2B变到3B，即图中左边第二段 曲线。当fL＝2B时，fH＝3B，这时n = 3。当k＝0时，上式又 变成了fs = 2B，即fs从3B又跳回2B。依此类推。
ms(t)m(t)T(t)
用波形图示出如下：
4
第9章模拟信号的数字传输
m(t)
(a)
T(t)
-3T -2T -T 0 T 2T 3T
(c) ms(t)
(e)
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模拟信号的数字传输
在PCM中，首先对模拟信息源发出的模拟信号进 行抽样，使其成为一系列离散的抽样值，然后将这些 抽样值进行量化并编码，变换成数字信号。
这时信号便可用数字通信方式传输。在接收端， 则将接收到的数字信号进行译码和低通滤波，恢复原 模拟信号。
通信原理模拟信号的数 字8讲
2020/8/22
上章内容回顾
1.掌握模拟调制、载波、调制信号、已调信号、调 制器的定义；
2.掌握调制的目的及模拟调制的分类； 3.掌握线性调制器的原理模型，会分析AM、
DSB、SSB、VSB调制与解调特性； 4.掌握非线性调制器的原理，及非线性已调信号的
频谱和带宽特性。
例4.1
例：若一个信号为
。试问
最小抽样频率为多少才能保证其无失真地恢
复？在用最小抽样频率对其进行抽样时，试
问保存3分钟的抽样，需要保存多少个抽样
值？
可得信号S(t)的带宽为314/2π=50Hz 所以其奈奎斯特频率fs=2fH=100Hz 所以其奈奎斯特间隔Ts=1/2fH=0.01s
抽样定理
此定理告诉我们：若m(t)的频谱在某一角频率ωH 以上为零，则m(t)中的全部信息完全包含在其间隔不 大于1/(2fH)秒的均匀抽样序列里。换句话说，在信号 最高频率分量的一个周期内起码应抽样两次。或者说 ，抽样速率fs（每秒内的抽样点数）应不小于2fH，若 抽样速率fs＜2fH，则会产生失真，这种失真叫混叠失 真。
抽样定理
从频域角度来证明这个定理
抽样脉冲序列 的谱函数
式中 抽样后的信号
抽样定理
抽样后信号的频谱Ms(ω)由无限多个间隔为ωs的 M(ω)相叠加而成，这意味着抽样后的信号ms(t)包含 了信号m(t)的全部信息。如果ωs≥2ωH，即fs≥2fH， 也即Ts≤1/(2fH)，则在相邻的M(ω)之间没有重叠， 而位于n=0的频谱就是信号频谱M(ω) 本身。
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；根据用来抽样的脉冲 序列是等间隔的还是非等间隔的，又分均匀抽样定 理和非均匀抽样；根据抽样的脉冲序列是冲击序列 还是非冲击序列，又可分理想抽样和实际抽样。
理想抽样
抽样定理
低通抽样定理
一个频带限制在(0, fH)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(均匀)抽样 ，则m(t)可由抽样序列无失真地重建。
2. 难点
PCM 、DPCM 、DM系统信号量噪 比的分析。
模拟信号的数字传输
脉冲幅度调制（PAM） 脉冲编码调制（PCM 自适应差分脉冲编码调制（ADPCM） 增量调制（ΔM/DM）
模拟信号的数字传输
1. 把模拟信号数字化，即模数转换(A/D)； 2. 进行数字方式传输； 3. 把数字信号还原为模拟信号，即数模转换
基本要求
一、基本要求
1. 掌握模拟信号的抽样，了解PAM、PDM 、PPM；
2. 掌握抽样信号的量化，包括均匀量化和非 均匀量化；
3. 掌握脉冲编码调制（PCM）、差分脉冲编 码调制（DPCM）、增量调制（DM）系统 的原理及、重点、难点1. 重点
抽样定理的掌握、抽样过程的波形和频 谱特性分析；非均匀量化法中A律和μ律的 原理、近似实现和压缩特性的理解和掌握 ，信号量噪比定义的掌握；几种编码调制 方式的掌握。
(1)
在图4-4中，抽样后信号的频谱Ms(ω)既没有混叠也没有留 空隙，而且包含有m(t)的频谱M(ω)图中虚线所框的部分。这 样，采用带通滤波器就能无失真恢复原信号，且此时抽样速率 (2B)远低于按低通抽样定理时fs=10B的要求。
抽样定理
图 4-4 fH=nB时带通信号的抽样频谱
抽样定理
抽样定理
图 4-3 带通信号的抽样频谱（fs=2fH）
抽样定理
带通均匀抽样定理：一个带通信号m(t)，其频率限制在fL与
fH之间，带宽为B=fH-fL，如果抽样速率2fH/(m+1)≤fs
≤
2fL/m，m是一个不超过fL/B的最大整数，那么m(t)可由抽样
序列无失真地重建。下面分两种情况加以说明。
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)
{sk}
{sk}
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
图 6 – 1 模拟信号的数字传输
抽样定理
抽样定理表明，如果对一个频带有限的时间连续 的模拟信号抽样，当抽样频率（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。
抽样定理
图 4-1 抽样过程的时间函数及对应频谱图
抽样定理
如果抽样间隔Ts＞1/(2fH)，则抽样后信号的频谱 在相邻的周期内发生混叠，此时不可能无失真地重建 原信号。Ts=1/(2fH) 是最大允许抽样间隔，它被称 为奈奎斯特间隔，相对应的最低抽样速率fs=2fH称为 奈奎斯特速率。
图 4-2 混叠现象
实际中遇到的许多信号是带通信号。如果采用低通 抽样定理的抽样速率fs≥2fH，对频率限制在fL与fH之间 的带通型信号抽样，肯定能满足频谱不混叠的要求。但 这样选择fs太高了，它会使0-fL一大段频谱空隙得不到 利用，降低了信道的利用率。
为了提高信道利用率，同时又使抽样后的信号频谱 不混叠，那么fs到底怎样选择呢？带通信号的抽样定理 将回答这个问题。
(D/A)。
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，如语音信号的数字化叫做语音编 码。
模拟信号的数字传输
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 。