通信原理第六章 ppt课件
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现代通信原理 第六章 模拟信号的数字传输
暨南大学电子工程系现代通信原理教研室 授课教师：刘敏
主要内容
1、抽样定理、抽样的分类 2、模拟信号量化的原理、量化的种类、量化
噪声的概念 3、脉冲编码调制原理、逐次比较型编码器原
理、脉冲编码调制系统的抗噪声性能 4、增量调制原理、最大跟踪斜率、量化噪声、
增量调制系统的抗噪声性能 5、时分复用原理
本章重点与难点
1、脉冲编码调制原理、逐次比较型编码 器原理
2、增量调制原理、最大跟踪斜率、量化 噪声
3、时分复用原理
第六章 模拟信号的数字传输
6－1 引言
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) 模拟随机信号
{sk} 数字随机序列
此式表明：已抽样信号Ms(t)的频谱Ms(w)是无 穷多个间隔为Ws的M(w)相迭加而成。这就意味 着：Ms(w)中包含M(w)的全部信息
m (t)
t (a ) T (t)
t (c ) m s(t)
M ( )
－ H O H (b )
T ( )
2
Baidu Nhomakorabea
T
(d )
M s( )
t (e )
H O H
2
注意：抽样速率 ≠码元速率
5、抽样定理的相关知识
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抽样 值的过程。能否由此样值序列重建原信号，是抽样定理要回答 的问题。
抽样定理的大意是，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
抽样
量化
编码
目前常用的信源编码方法主要有两种：
脉冲编码调制 PCM：通常用m位二进制码元来表示每 一个抽样值的绝对值的大小
增量调制 M： 通常用1位二进制码元来表示相邻抽
样值的相对大小。
PCM 优点：通信质量高 缺点：系统结构复杂，逻辑电路多
M 优点：系统结构简单
缺点： 编码器不能共用
D/A转换包含两个步骤： 译码：把代码变换成相应的量化值 LPF： 使离散的量化值－－》连续的量化值
不同：PCM还要进一步通过量化把脉冲幅度也离 散，再经过编码把时间上和幅度上均已离散的信 号进一步变成二进制代码
2、抽样定理的物理过程
输入：M(t)一般为
一个连续的
M(t)
Ms(t)
模拟信号
电子开关
输出：Ms(t)是一 个在时间上 离散了的抽 样信号
3、抽样的分类 (1) 自然抽样 (2) 平顶抽样 (3) 理想抽样
M s( )
t (e )
H O H
2
T
(f )
3、抽样的分类
以上按自然抽样和平顶抽样均能构成 PAM通信系统， 也就是说可以在信道中 直接传输抽样后的信号，但由于它们抗 干扰能力差，目前很少实用。 它已被性 能良好的脉冲编码调制(PCM)所取代。
4、抽样周期、频率和速率
抽样周期 Ts：抽样函数s(t)的周期 抽样频率 fs： 1/Ts 抽样速率 ：每秒钟抽样的次数
{sk‘} 数字随机序列
m‘(t) 模拟随机信号
图7-1 模拟信号的数字传输系统框图
A/D
D/A
模拟信号的数字传输的三个步骤： 1、把模拟信号数字化，变成数字信号 2、进行数字信号的传输 3、把数字信号还原为模拟信号
二、模拟信号数字传输的关键是模拟信号和数字信 号的相互转换
A/D转换包含三个步骤：
一个频带限制在0到fH的时间连续信号m(t),如果以 fs≥ 2fH的抽样速率对它进行均匀抽样，则m(t)将被所 得到的抽样值ms(t)完全确定。
最小抽样速率 fs ＝ 2fH 称为：奈奎斯特速率 最大抽样间隔 fs ＝ 1/2fH 称为：奈奎斯特间隔
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。
描述这一抽样速率条件的定理就是抽样定理。因此，抽样定理
是模拟信号数字化的理论依据。
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。
T
(f )
均匀理想抽样过程的时间函数及对应频谱图
由图可见：
(1) 理想抽样得到的Ms(w)具有无穷大的带宽 (2) 只要 WH≤ Ws/2, M(w)就周期地重复而不发
生混迭
(3) Ms(w)中n＝0时地成分是1/Ts*M(w),与M(w) 只相差一个常数1/Ts
3、低通信号的均匀理想抽样定理：
3、抽样的分类
（1）. 自然抽样 自然抽样又称曲顶抽样，它是指抽
样后的脉冲幅度（顶部）随被抽样信号 m(t)变化，或者说保持了m(t)的变化规律。 自然抽样的脉冲调幅原理框图如图所示：
（2）. 平顶抽样
平顶抽样又叫瞬时抽样，它与自然抽样的不同之处在于它的抽 样后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。平顶抽样PAM 信号在原理上可 以由理想抽样和脉冲形成电路产生，其原理框图及波形如下图所 示，其中脉冲形成电路的作用就是把冲激脉冲变为矩形脉冲。
二、低通信号的均匀理想抽样定理
1、方框图与数学关系式
M(t) δT(t)
Ms(t)
数学表达式：Ms(t)=M(t) δT(t) =M(t) ∑δT(t-nTs)
2、频谱关系
Ms(w)=1/2π[M(w)* δT(ω)] =1/2π[M(w)* 2π/Ts ∑δT(w-nWs)] = Fs ∑ M(w-nWs)
在实际应用中，平顶抽样信号采用抽样保持电路来实现， 得到的脉冲为矩形脉冲。
在后面将讲到的PCM系统的编码中， 编码器的输入就是经抽样保持电路得到的 平顶抽样脉冲。
（3）理想抽样
m (t)
M ( )
t (a ) T (t)
t
(c ) m s(t)
－ H O H (b )
T ( )
2
T
(d )
6、2 抽样定理及其应用
一、概述
– 通常是在等间隔T上抽样
– 理论上，抽样过程 ＝ 周期性单位冲激脉冲 模拟 信号
– 实际上，抽样过程 ＝ 周期性单位窄脉冲 信号
模拟信号
s(t)
模拟
模拟脉冲调制： PAM PDM PPM
模拟信号的抽样
6、2 抽样定理及其应用
PCM与PAM的比较： 相同：PCM与PAM在时间上离散这一步是一模一 样的
暨南大学电子工程系现代通信原理教研室 授课教师：刘敏
主要内容
1、抽样定理、抽样的分类 2、模拟信号量化的原理、量化的种类、量化
噪声的概念 3、脉冲编码调制原理、逐次比较型编码器原
理、脉冲编码调制系统的抗噪声性能 4、增量调制原理、最大跟踪斜率、量化噪声、
增量调制系统的抗噪声性能 5、时分复用原理
本章重点与难点
1、脉冲编码调制原理、逐次比较型编码 器原理
2、增量调制原理、最大跟踪斜率、量化 噪声
3、时分复用原理
第六章 模拟信号的数字传输
6－1 引言
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) 模拟随机信号
{sk} 数字随机序列
此式表明：已抽样信号Ms(t)的频谱Ms(w)是无 穷多个间隔为Ws的M(w)相迭加而成。这就意味 着：Ms(w)中包含M(w)的全部信息
m (t)
t (a ) T (t)
t (c ) m s(t)
M ( )
－ H O H (b )
T ( )
2
Baidu Nhomakorabea
T
(d )
M s( )
t (e )
H O H
2
注意：抽样速率 ≠码元速率
5、抽样定理的相关知识
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抽样 值的过程。能否由此样值序列重建原信号，是抽样定理要回答 的问题。
抽样定理的大意是，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
抽样
量化
编码
目前常用的信源编码方法主要有两种：
脉冲编码调制 PCM：通常用m位二进制码元来表示每 一个抽样值的绝对值的大小
增量调制 M： 通常用1位二进制码元来表示相邻抽
样值的相对大小。
PCM 优点：通信质量高 缺点：系统结构复杂，逻辑电路多
M 优点：系统结构简单
缺点： 编码器不能共用
D/A转换包含两个步骤： 译码：把代码变换成相应的量化值 LPF： 使离散的量化值－－》连续的量化值
不同：PCM还要进一步通过量化把脉冲幅度也离 散，再经过编码把时间上和幅度上均已离散的信 号进一步变成二进制代码
2、抽样定理的物理过程
输入：M(t)一般为
一个连续的
M(t)
Ms(t)
模拟信号
电子开关
输出：Ms(t)是一 个在时间上 离散了的抽 样信号
3、抽样的分类 (1) 自然抽样 (2) 平顶抽样 (3) 理想抽样
M s( )
t (e )
H O H
2
T
(f )
3、抽样的分类
以上按自然抽样和平顶抽样均能构成 PAM通信系统， 也就是说可以在信道中 直接传输抽样后的信号，但由于它们抗 干扰能力差，目前很少实用。 它已被性 能良好的脉冲编码调制(PCM)所取代。
4、抽样周期、频率和速率
抽样周期 Ts：抽样函数s(t)的周期 抽样频率 fs： 1/Ts 抽样速率 ：每秒钟抽样的次数
{sk‘} 数字随机序列
m‘(t) 模拟随机信号
图7-1 模拟信号的数字传输系统框图
A/D
D/A
模拟信号的数字传输的三个步骤： 1、把模拟信号数字化，变成数字信号 2、进行数字信号的传输 3、把数字信号还原为模拟信号
二、模拟信号数字传输的关键是模拟信号和数字信 号的相互转换
A/D转换包含三个步骤：
一个频带限制在0到fH的时间连续信号m(t),如果以 fs≥ 2fH的抽样速率对它进行均匀抽样，则m(t)将被所 得到的抽样值ms(t)完全确定。
最小抽样速率 fs ＝ 2fH 称为：奈奎斯特速率 最大抽样间隔 fs ＝ 1/2fH 称为：奈奎斯特间隔
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。
描述这一抽样速率条件的定理就是抽样定理。因此，抽样定理
是模拟信号数字化的理论依据。
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。
T
(f )
均匀理想抽样过程的时间函数及对应频谱图
由图可见：
(1) 理想抽样得到的Ms(w)具有无穷大的带宽 (2) 只要 WH≤ Ws/2, M(w)就周期地重复而不发
生混迭
(3) Ms(w)中n＝0时地成分是1/Ts*M(w),与M(w) 只相差一个常数1/Ts
3、低通信号的均匀理想抽样定理：
3、抽样的分类
（1）. 自然抽样 自然抽样又称曲顶抽样，它是指抽
样后的脉冲幅度（顶部）随被抽样信号 m(t)变化，或者说保持了m(t)的变化规律。 自然抽样的脉冲调幅原理框图如图所示：
（2）. 平顶抽样
平顶抽样又叫瞬时抽样，它与自然抽样的不同之处在于它的抽 样后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。平顶抽样PAM 信号在原理上可 以由理想抽样和脉冲形成电路产生，其原理框图及波形如下图所 示，其中脉冲形成电路的作用就是把冲激脉冲变为矩形脉冲。
二、低通信号的均匀理想抽样定理
1、方框图与数学关系式
M(t) δT(t)
Ms(t)
数学表达式：Ms(t)=M(t) δT(t) =M(t) ∑δT(t-nTs)
2、频谱关系
Ms(w)=1/2π[M(w)* δT(ω)] =1/2π[M(w)* 2π/Ts ∑δT(w-nWs)] = Fs ∑ M(w-nWs)
在实际应用中，平顶抽样信号采用抽样保持电路来实现， 得到的脉冲为矩形脉冲。
在后面将讲到的PCM系统的编码中， 编码器的输入就是经抽样保持电路得到的 平顶抽样脉冲。
（3）理想抽样
m (t)
M ( )
t (a ) T (t)
t
(c ) m s(t)
－ H O H (b )
T ( )
2
T
(d )
6、2 抽样定理及其应用
一、概述
– 通常是在等间隔T上抽样
– 理论上，抽样过程 ＝ 周期性单位冲激脉冲 模拟 信号
– 实际上，抽样过程 ＝ 周期性单位窄脉冲 信号
模拟信号
s(t)
模拟
模拟脉冲调制： PAM PDM PPM
模拟信号的抽样
6、2 抽样定理及其应用
PCM与PAM的比较： 相同：PCM与PAM在时间上离散这一步是一模一 样的