7第七章模拟信号的数字传输2012汇总.ppt
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1、11111 第第 七七 章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输 222221抽样定理抽样定理2脉冲振幅调制脉冲振幅调制(PAM)3模拟信号的量化模拟信号的量化 4脉冲编码调制脉冲编码调制(PCM)5本章内容本章内容67差分脉冲编码调制差分脉冲编码调制(DPCM)增量调制增量调制(DM)时分复用和多路数字电话系统时分复用和多路数字电话系统 2024/5/22 周三周三233333 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输 7.1 7.1 引言引言 首先对模拟信息源发出的模拟信号进行抽样,使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其成为一系列离散的抽
2、样值,然后将这些抽样值进行量化并编码,变换成数字信号。量化并编码,变换成数字信号。2024/5/22 周三周三344444模拟信源模拟信源A/DA/D数字通数字通信系统信系统D/AD/A收信者收信者模拟信号的数字传输系统模拟信号的数字传输系统抽样抽样量化量化编码编码编码:用编码:用M M进制代码表示量化后的抽样值。进制代码表示量化后的抽样值。采样采样(抽样抽样):使信号在时间上离散。:使信号在时间上离散。量化:把抽样值在幅度上离散。量化:把抽样值在幅度上离散。2024/5/22 周三周三455555 抽样的过程可看作是有用信号对脉冲序列进行调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
3、称为脉冲调制。制,因此也称为脉冲调制。以脉冲波形作为载波!以脉冲波形作为载波!PAM:脉冲幅度调制:脉冲幅度调制PWM/PDM:脉冲宽度调制:脉冲宽度调制/脉冲持续时间调制脉冲持续时间调制PPM:脉冲位置调制:脉冲位置调制PCM:脉冲编码调制:脉冲编码调制DM:增量调制:增量调制脉冲调制分类:脉冲调制分类:模拟调制模拟调制 数字调制数字调制2024/5/22 周三周三5666662024/5/22 周三周三677777 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)(t)fs(t)=f(t)(t)tt开关电路开关电路Tst1000f(t)fs(t)7.2 抽样定理抽样定理2024/
4、5/22 周三周三788888fs(t)f(t)sp(t)fs(t)=f(t)sp(t)Ts为采样周期,为采样周期,f(t)为被抽样信号,亦称调制信号。为被抽样信号,亦称调制信号。其中:其中:满足什么条件?满足什么条件?低通采样定理低通采样定理2024/5/22 周三周三899999最小采样速率最小采样速率 s=2Wf 称为称为奈奎斯特速率奈奎斯特速率(Nyquist rate),最大时间间隔最大时间间隔 Ts=/Wf 称为称为奈奎斯特间隔奈奎斯特间隔(Nyquisinterval)即:只要采样速率不低于信号中最高频率分量的两倍,即:只要采样速率不低于信号中最高频率分量的两倍,则则f(t)的全
5、部信息完全包含在采样值中!的全部信息完全包含在采样值中!一个频率受限于一个频率受限于Wf(rad/s)的低通限带信号的低通限带信号f(t),可由时间可由时间上相隔上相隔Ts/Wf的各均匀采样值单值地确定。此时,采样速的各均匀采样值单值地确定。此时,采样速率率 s=2/Ts。低通信号采样定理(均匀采样定理,奈奎斯特第一采样定理):低通信号采样定理(均匀采样定理,奈奎斯特第一采样定理):2024/5/22 周三周三91010101010理想抽样的频谱函数图理想抽样的频谱函数图wH2024/5/22 周三周三101111111111低通采样定理的证明:低通采样定理的证明:发送端:发送端:2024/5
6、/22 周三周三1112121212122 2、理想抽样得到的、理想抽样得到的F Fs s()具有无穷大的带宽;具有无穷大的带宽;4 4、F Fs s()中,中,k=0k=0的成分为的成分为F(F()/)/T Ts s,与,与F(F()仅差一仅差一常数常数1/1/T Ts s。3 3、只要抽样频率、只要抽样频率 s s 2 2W Wf f,F Fs s()的频谱函数就不的频谱函数就不会出现重叠现象;会出现重叠现象;1 1、F Fs s()是是F(F()的周期性的复制;的周期性的复制;几点注意:几点注意:2024/5/22 周三周三121313131313 经过截止频率为经过截止频率为W Wf
7、f的理想低通滤波器后,可的理想低通滤波器后,可无失真地恢复原始信号。无失真地恢复原始信号。接收端:接收端:输出信号:输出信号:2024/5/22 周三周三131414141414输出信号时域表达式:输出信号时域表达式:当采样频率取奈奎斯特频率时,即当采样频率取奈奎斯特频率时,即 s s2 2W Wf f 一个连续信号一个连续信号f(t)f(t),可以分解成为无穷多个抽样函数,可以分解成为无穷多个抽样函数,每个抽样函数的系数分别为不同时间的抽样值每个抽样函数的系数分别为不同时间的抽样值f(kTf(kTs s),且在且在kTkTs s处出现最大值。处出现最大值。2024/5/22 周三周三1415
8、15151515 一个连续信号一个连续信号f(t),可以分解成为无穷多个抽样函数,每可以分解成为无穷多个抽样函数,每个抽样函数的系数分别为不同时间的抽样值个抽样函数的系数分别为不同时间的抽样值f(kTs),且在且在kTs处出现最大值。处出现最大值。2024/5/22 周三周三151616161616 已知一基带信号已知一基带信号 f(tf(t)=cos2)=cos2t+2cos4tt+2cos4t,对其进行抽样,对其进行抽样,(1 1)为了不失真的恢复)为了不失真的恢复f(t)f(t),采用间隔采用间隔T Ts s=?(2 2)若)若T Ts s取取0.2s0.2s,试画出已抽样信号的频谱图。
9、试画出已抽样信号的频谱图。例7-12024/5/22 周三周三161717171717解:解:(1)信号中,)信号中,Wf=4 rad/s由抽样定理,抽样频率应为:由抽样定理,抽样频率应为:于是于是Ts 2/Ws=2/8=0.25s(2)F()=)=F1()+)+F2()依题意,依题意,Ts取取0.2s,则,则 s=2/Ts=10 rad/s抽样序列:抽样序列:s 2Wf=8 rad/s2024/5/22 周三周三171818181818fS=2fH2024/5/22 周三周三181919191919fS=2Wf=0.4fH2024/5/22 周三周三192020202020带带通信号采通信号
10、采样样定理定理带通采样定理带通采样定理 采样频率采样频率 s s应满足下式:应满足下式:当连续信号的频带限在当连续信号的频带限在 L L-H H之间,而且之间,而且 L LW=W=H H-L L时,称为带通信号。时,称为带通信号。s 2(H-L)(1+M/N)=2W(1+M/N)其中,其中,N为不超过为不超过 的最大正整数;(整数)的最大正整数;(整数);(小数);(小数)例如:例如:WH=10KHz,W=3KHz,N=3.3=3,M=3.3-3=0.32024/5/22 周三周三202121212121带通信号的s 与 H的关系示意图02W 4W 6W Hs4W3W2WW结论:结论:1 1、
11、带通信号的采样速率在、带通信号的采样速率在2W2W到到4W4W之间变动。之间变动。2 2、对于窄带高频信号、对于窄带高频信号 (W/(W/H H 11),其采样速,其采样速率近似等于率近似等于2W2W。为高频带通信号的数字化传输提供了有利条件!为高频带通信号的数字化传输提供了有利条件!2024/5/22 周三周三212222222222已知已知1 1、抽样后信号的频谱;、抽样后信号的频谱;2 2、恢复、恢复f(t)f(t)所需理想低通滤波器的截止频率;所需理想低通滤波器的截止频率;3 3、对、对f(t)f(t)进行抽样的奈氏频率;进行抽样的奈氏频率;4 4、将、将f(t)f(t)作带通信号看待
12、作带通信号看待,s s的最小值为多少的最小值为多少?例7-22024/5/22 周三周三2223232323231/解:2/m应为原f(t)信号的最高频率3/4/将f(t)作带通信号看待于是2024/5/22 周三周三232424242424 脉冲调制,用模拟基带信号脉冲调制,用模拟基带信号f(t)去控制脉冲序列的某参数去控制脉冲序列的某参数!2024/5/22 周三周三2425252525257.3 7.3 脉冲幅度调制脉冲幅度调制PAMPAM 定义:脉冲载波的幅度随信号定义:脉冲载波的幅度随信号f(t)f(t)的变化而变化,的变化而变化,称为脉冲幅度调制。称为脉冲幅度调制。在实际应用中,抽
13、样及信号的恢复都和理想情况在实际应用中,抽样及信号的恢复都和理想情况有一定的区别:有一定的区别:1、理想抽样的脉冲序列为冲击序列,实际中为、理想抽样的脉冲序列为冲击序列,实际中为高度有限高度有限 且具有一定宽度且具有一定宽度的窄脉冲;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、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。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、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。法传递。2024/5/22 周三周三252626262626实际抽样的脉冲序列为高度有限实际抽样
14、的脉冲序列为高度有限 且具有一定宽度的窄脉冲!且具有一定宽度的窄脉冲!实际抽样实际抽样实际抽样实际抽样 自然抽样:脉冲顶部随自然抽样:脉冲顶部随 f(t)规规 律变化律变化.平顶抽样:脉冲顶部在持续时平顶抽样:脉冲顶部在持续时 间内保持不变间内保持不变.理想采样信号理想采样信号自然采样信号自然采样信号平顶采样信号平顶采样信号2024/5/22 周三周三262727272727时域:时域:SPAM(t)sp(t)f(t)一、自然采样对应频谱:对应频谱:PAM的产生与频谱分析的产生与频谱分析2024/5/22 周三周三272828282828频域表达式:离散谱,对应直流分量离散谱,对应直流分量A0
15、连续谱,对应连续谱,对应f(t)常数包络常数包络2024/5/22 周三周三2829292929292024/5/22 周三周三293030303030 PAM属模拟调制,其振幅取值仍为连续,实际属模拟调制,其振幅取值仍为连续,实际传输中很少使用该模式。但在其他脉冲数字调制中,传输中很少使用该模式。但在其他脉冲数字调制中,这种调制是普遍采用的这种调制是普遍采用的中间步骤中间步骤。2.2.第一零点带宽第一零点带宽B=2/B=2/为有限值为有限值,B ,B 3.3.用用LPFLPF可恢复可恢复F(F(),所需带宽为:所需带宽为:W=W=W Wf f1.1.理想采样信号包络为常数带宽无限。而理想采样
16、信号包络为常数带宽无限。而S SPAMPAM()包络随包络随|增大而下降。增大而下降。讨论:讨论:2024/5/22 周三周三303131313131二、平顶采样二、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。(滤波器)产生平顶抽样信号。时域:时域:其中其中2024/5/22 周三周三313232323232频域表达式:频域表达式:离散谱,对应直流分量离散谱,对应直流分量连续谱,对应连续谱,对应f(t)与与w有关有关2024/5/22 周三周三323333333333PAMPAM信号的解调信号的解调低
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