,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,通信原理,第九章 模拟信号的数字化传输（1）,1,通信原理第九章 模拟信号的数字化传输（1）1,模拟信号的数字传输简介,抽样、量化、编码,模拟信号的抽样,模拟信号的量化,脉冲编码调制PCM,DPCM与,D,M调制,时分复用TDM原理,模拟信号的数字化传输,2,模拟信号的数字传输简介模拟信号的数字化传输2,抽样,3,抽样3,目的要求,2.,知道理想抽样、自然抽样和平顶抽样,3.,理解 PCM 与,PAM,的区别,1.,理解,抽样定理,抽样定理,重点，难点,4,目的要求2.知道理想抽样、自然抽样和平顶抽样3.理解 PCM,脉冲调制：以时间上离散的脉冲序列作载波的调制。,以脉冲序列作为载波；,作为载波的脉冲序列可以是,冲激序列,，也可以是,矩形波序列。,脉冲调制分类：,脉幅调制PAM用基带信号调制脉冲序列的幅度。,脉宽调制PWM用基带信号调制脉冲序列的宽度或高电平持续时间（又称PDM）。,脉位调制PPM用基带信号调制脉冲所在的位置。,对模拟信号采样的过程就是PAM的过程。,抽样与脉冲振幅调制,m(,t,),m,s,(,t,),p,(t),5,脉冲调制：以时间上离散的脉冲序列作载波的调制。抽样与脉冲振幅,抽样定理的分类,根据信号是低通型还是带通型：,低通抽样定理,带通抽样定理,根据抽样脉冲序列是否为冲击序列：,理想抽样定理,实际抽样定理,根据抽样脉冲序列是等间隔还是非等间隔：,均匀抽样定理,非均匀抽样定理,6,抽样定理的分类根据信号是低通型还是带通型：6,1、,理想抽样,(冲激脉冲抽样):抽样脉冲为理想冲激函数。,2、,自然抽样,(曲顶抽样):直接把抽样脉冲与模拟信号相乘，每个抽样脉冲顶部随信号变化。,3、,平顶抽样,(瞬时抽样)：抽样后有保持，每个抽样脉冲顶部不随信号变化。,抽样方法,m(,t,),m,S,(,t,),p,(t),=,T,(t)=,(t,nT,S,),7,抽样方法m(t)mS(t)p(t)=T(t)=,抽样定理：（低通抽样定理）,一个频带限制在(0,f,H,)内的时间连续信号m(t)，如果以,T1/(2f,H,),秒的间隔对它进行等间隔（均匀）抽样，则m(t)将被所得到的抽样值完全确定。,理想抽样与抽样定理,低通滤,波器,抽样,恢复,),(,t,m,),(,t,m,S,),(,t,T,d,),(,t,m,S,),(,t,m,8,抽样定理：（低通抽样定理）理想抽样与抽样定理低通滤波器抽样恢,抽样定理：,结论：,m,S,(t),的频谱,M,s,(,),是无穷多个间隔为,s,的,M,(,),相迭加而成。,抽样定理,9,抽样定理：结论：mS(t)的频谱Ms()是无穷多个间隔为,频谱混叠的发生,如果：,若,f,S,1/2f,H,）会产生,混叠失真,。,T,=,1/2f,H,是最大间隔，被称为,奈奎斯特间隔,。,抽样定理,10,频谱混叠的发生如果：若fS1/2fH）会,重建原始信号：,信号通过理想,低通滤波器,抽样定理,1,H,S,H,M,T,M,w,w,w,w,w,=,),(,),(,),(,=,H,H,H,w,w,w,w,w,0,1,),(,低通滤,波器,恢复,m,s,(t),m(t),11,重建原始信号：抽样定理1HSHMTMwwwww=,基带信号,抽样后：,低通滤波器：,恢复后：,12,基带信号抽样后：低通滤波器：恢复后：12,结论：,由于,f,s,2,f,H,，,因此不会发生重叠和失真。,若通过一截止频率为,f,H,的理想低通滤波器，则可以恢复信号,m(t)。,13,结论：由于fs 2fH，因此不会发生重叠和失真。13,低通抽样例题,9-2 ，对其进行理想抽样，问：,（1）为了在接收端不失真地从m,s,(t)中恢复出m(t)，抽样间隔应如何选择？,（2）若抽样间隔取0.2s，画出已抽样信号的频谱。,14,低通抽样例题9-2,（1）已知 m(t)的最高频率,f,H,=2Hz,由抽样定理可知，抽样频率,故抽样间隔应满足,15,（1）已知 m(t)的最高频率15,（2）基带信号m(t)的频谱为,当抽样间隔为0.2s时，理想抽样信号的频谱,其频谱图如下图所示,16,（2）基带信号m(t)的频谱为16,模拟脉冲调制,模拟脉冲调制的种类,周期性脉冲序列有4个参量：脉冲,重复周期,、脉冲,振幅,、脉冲,宽度,和脉冲,相位,（位置）。,其中脉冲重复周期（抽样周期）一般由抽样定理决定，故只有其他3个参量可以受调制。,3种脉冲调制：,脉冲振幅调制,脉冲宽度调制,脉冲位置调制,是模拟调制，因为代表信息的参量仍然是可以连续变化的。,17,模拟脉冲调制模拟脉冲调制的种类17,（,a,）模拟基带信号,模拟脉冲调制波形,(,b,)PAM信号,（,c,）PDM信号,（,d,）PPM信号,18,（a）模拟基带信号模拟脉冲调制波形(b)PAM信号（c）P,PAM的时域表达式：,S,PAM,(t)=m,s,(t)=,m,(t),p,(t),实际中p(t)采用,矩形,脉冲序列,自然抽样与PAM,p,(t,),m,s,(t),m,(t),m(,t,),m,s,(,t,),p,(t),19,PAM的时域表达式：自然抽样与PAM p(t)m s(t),PAM的频谱与带宽,p(t),为脉冲宽度为,，,幅度为,A，,重复周期为,T,S,的脉冲序列。,自然抽样与PAM,),(,),(,),(,t,m,t,p,t,S,PAM,=,),(,),(,2,1,),(,w,w,p,w,M,P,S,PAM,*,=,20,PAM的频谱与带宽 p(t)为脉冲宽度为，幅度为A，重,PAM的波形和频谱图,t,A,t,(e),(c),0,T,2,T,3,T,-,T,-2,T,-3,T,(a),m,(,t,),s,(,t,),m,s,(,t,),f,H,-f,H,f,M,(,f,),(b),0,1/,T,0,-1/,T,f,s,|,S,(,f,)|,(d),f,(f),f,s,-,f,H,f,21,PAM的波形和频谱图 tAt(e)(c)0T2T3T-T-2,抽样频率,S,2,m,PAM带宽取决于抽样脉冲宽度,自然抽样与PAM,22,抽样频率PAM带宽取决于抽样脉冲宽度自然抽样与PAM22,PAM 的第一零点带宽反比于抽样脉冲宽度。,抽样频率,S,2,m,，,否则频谱将重叠。,抽样脉冲可以是,任意形状,而不影响信息的传输。抽样脉冲的形状只影响频谱函数的包络，不影响信息的传输。,结论,：,自然抽样与PAM,23,PAM 的第一零点带宽反比于抽样脉冲宽度。结论：自然抽样与,平顶抽样,24,平顶抽样24,为得到最大输出信号，通常取,=T，此时收端必须采用频率响应为 的滤波器进行频谱补偿，以抵消上述失真，这种频谱失真称,孔径失真,。,结论：,平顶抽样信号的频谱,M,H,(,),是无穷多个间隔为,s,的,M,(,),经,H(),加权后组成。采用低通滤波器不能直接从,M,H,(,),中滤出所需基带信号，因为这时,H(),不是常系数,，而是,的函数，加权项,H(),使频谱分量发生了变化。,平顶抽样,25,为得到最大输出信号，通常取=T，此时收端必须采用频,实际中遇到的许多信号是带通型信号。如果采用低通抽样定理的抽样速率f,s,2f,H,，对于频率限制在f,L,与f,H,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f,s,太高了，它会使0f,L,一大段频谱空隙得不到利用，抽样后的信号速率很高，降低了信道的利用率。,能否降低抽样频率？,带通抽样,f,H,-f,H,fs,2f,H,f,L,-f,L,26,实际中遇到的许多信号是带通型信号。如果采用低通抽样定理的抽样,模拟信号m(t)是最高频率为f,H,，最低频率为f,L，,带宽为B的带通型信号，其中B=f,H,f,L。,能恢复出m(t)的,最小,抽样频率为：,式中，B 为信号带宽，n为f,H,/,B的整数部分，k为f,H,/,B的小数部分。,模拟信号m(t)是窄带信号，即f,H,B时，能恢复出窄带信号的最小抽样频率为：,带通抽样定理,带通抽样定理,27,模拟信号m(t)是最高频率为fH，最低频率为fL，带宽为B的,f,H,-f,H,带通抽样定理,28,fH-fH带通抽样定理28,低通抽样定理：,一个频带限制在(0,f,H,)赫内的时间连续信号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，则m(t)将被所得到的抽样值完全确定。,带通抽样定理：,对于带通信号，可以用大约2倍带宽的抽样频率对信号进行抽样，必须严格分析和计算抽样频率的准确值，以保证不发生频谱混叠。,小结,29,低通抽样定理：小结29,作业,简答：,简述低通抽样和带通抽样的内容和含义,习题,9-2,30,作业简答：30,