PCM教学课件.pptx
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1、模拟信源A/D数字通信系统D/A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量化编码编码:用M进制代码表示量化后的抽样值。抽样:对信号在时间上离散。量化:把抽样值在幅度上离散。解码低通滤波器PCM信号PCM信号图4-2 PCM信号形成过程示意图第一节 抽样抽样: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1.1所示。图图1.1 抽样的输入与输出抽样的输入与输出 抽样定理表明:如果对一个频带有限时间连续的模拟信号 进行抽样,那么抽样频率 满足一定要求时,根据它的抽样信号 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
2、样值序列即可。一、低通信号与带通信号的理想抽样什么是理想抽样?当抽样脉冲序列为单位冲激序列时的抽样。什么是低通信号和带通信号?模拟信号的频率范围设为 ,若 ,称为低通信号,带宽为 ;若 ,称为带通信号,带宽为 。由图1.1可见,抽样过程是模拟信号与周期冲激函数相乘的结果,即抽样信号为图1.1 理想抽样的原理图1、低通信号的抽样定理 抽样定理指出:一个频带限制在 内的时间连续的模拟信号 ,若抽样频率 ,则可通过低通滤波器由样值序列 无失真的重建原始信号。由此同时可知:若抽样频率 ,则会产生失真(混叠失真)。抽样定理的证明设抽样脉序列是一个周期冲激函数,则其傅里叶变换为式中,是抽样脉冲序列的基 波
3、角频率。为抽样间隔。根据频域卷积定理,对抽样信号 两边取傅里叶变换:低通信号频谱抽样定理的证明(续)所以,理想抽样信号 的频谱为 由此可见,对低通信号进行理想抽样后,其频谱是低通信号频谱以抽样频率为周期进行延拓形成的周期性频谱。图1.1.1画出了理想抽样信号的波形和频谱。图1.1.1 理想抽样信号波形及其频谱由图1.1.1可知,在(即 )的条件下,抽样信号的周期性频谱无混叠现象,经过截止角频率 的理想低通滤波器,既可以无失真的恢复原始信号。而若 ,则抽样信号的频谱间将会出现混叠现象,如图1.1.2。显然不能无失真的恢复原始信号。图1.1.2 混叠混叠现象象对于频谱限制于 的低通信号来说,就是无
4、失真重建原始信号所需的最小抽样频率,即 (奈奎斯特抽样频率),其对应的最大抽样间隔即为(奈奎斯特抽样间隔)。2、带通信号的抽样定理带通信号的抽样定理指出:若模拟信号是带通信号,频率范围为 ,带宽则其抽样频率满足时,样值频谱就不会产生频谱重叠。n是一个不超过 的最大整数。设带通信号的最低频率即最高频率 ,则导通信号最低抽样频率它介于2B与3B之间,即由此可得图1.2.1。图1.2.1 带通信号的最小抽样频率 二、实际抽样 在抽样定理中要求的抽样脉冲序列是理想冲激脉冲序列 ,被称为理想抽样。但是,实际上真正的冲激脉冲串并不能实现,通常只能采用窄脉冲串来实现,这就是实际抽样。实际抽样一般包括自然抽样
5、和平顶抽样。1、自然抽样自然抽样过程是模拟信号 与周期性窄脉冲序列 相乘的结果。自然抽样又称曲顶抽样。图4-10 自然抽样信号及其频谱2、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2.2.1(a)所示。平顶抽样PAM信号在原理上可以看作由理想抽样和脉冲形成电路产生,如图2.2.1(b)所示。图2.2.1 平顶抽样信号与产生原理 图2.2.2 平顶抽样信号的恢复 计算机科学与软件学院网络084班量化知识 量化从数学上来看,量化就是把一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅度值的有限
6、数集合。如图2所示,量化器Q输出L个量化值,k=1,2,3,L。常称为重建电平或量化电平。当量化器输入信号幅度 落在 与 之间时,量化器输出电平为。这个量化过程可以表达为:这里 称为分层电平或判决阈值。通常 称为量化间隔。模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。均匀量化存在的主要缺点是: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,对于弱信号时的量化信噪比就难以达到给定的要求。通常,把满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围,可见,均匀量化时的信号动态范围将受到较大的限制。为了克服这个缺点,实际中,往往采用非均匀量化。非均匀量
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