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1、1,第9章 模拟信号的数字传输(信源编码),9.1 引言9.2 抽样定理9.3 脉冲振幅调制9.4 模拟信号的量化9.5 脉冲编码调制9.6 增量调制,2,9.1 引言,模拟信号的数字传输,从通信中的调制概念来看,可以认为是模拟信号调制脉冲序列,载波是脉冲序列PAM Pulse Amplitude ModulationPDM Pulse Duration ModulationPPM Pulse Position ModulationPCM Pulse Code Modulation,3,模数转化（最常用的是PCM）的过程分三步：抽样、量化、编码模拟信号 模拟信号 数字信号（时间、取值连续） （
2、 时间离散、取值连续） （离散型电平值） 数字代码,抽样,量化,编码,4,9.2 抽样定理,低通抽样定理(理想抽样)： 采用理想冲激序列采样 一个频带限制在（0，fH）内，时间连续信号m（t），如果以不大于1/2fH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。也就是说：采样频率fs 要大于等于2fH 即奈奎斯特间隔Ts小于等于1/2fH,5,自然抽样：抽样脉冲序列是矩形脉冲序列即：脉冲宽度持续期间，抽样脉冲幅度随被抽样信号幅度变化 例：PAM平顶抽样：脉冲宽度持续期间，抽样脉冲幅度保持不变,6,带通抽样定理： 信号频谱范围fL fH，抽样频率fS应满足 fS =2B（1+
3、k/n） 其中 B= fH fL n为 fH/B的最大整数 k= fH/B n 0 k 1即k为fH/B的小数部分,7,fS =2B（1+k/n）fL 0B fH B2B n=1fL B2B fH 2B3B n=2带通信号的抽样频率在2B至4B间变动,8,例 若fH = 3B 按低通抽样定理,则要求 fS6B 若fS=2B, 怎样?,带通抽样定理在频域上的理解,以 fs=2B抽样,抽样后,各段频谱之间不会发生混叠,采用带通滤波器,仍可无失真地恢复原始信号,9,若fH =nB+kB 0k1时, 是压缩后量化级精度提高的倍数,也就是非均匀量化对均匀的信噪比改善程度,当=100 小信号 x0 QdB
4、=26.7dB 大信号 x=1 QdB=-13.3dB,23,10,20,30,40,-10,-20,-30,-40,-50,x(dB),S/N(dB),采用压扩提高了小信号的信噪比,从而相当于扩大了输入信号的动态范围,有无压扩的比较曲线,24,2 A压缩律,25,9.5 脉冲编码调制 常用的二进制码有自然二进码和折叠二进码两种,样值脉冲极性 自然二进码 折叠二进码 量化级 1 1 1 1 1 1 1 1 15 正 1 1 1 0 1 1 1 0 14 1 0 0 0 1 0 0 0 8 0 1 1 1 0 0 0 0 7 负 0 1 1 0 0 0 0 1 6 0 0 0 0 0 1 1 1
5、 0,26,从话音信号的可懂度来说,34位非线性编码即可,78位通信质量比较好.,码位的安排: 在逐次比较型编码中 极性码 段落码 段内码 C1 C2C3C4 C5C6C7C8非均匀量化 168=128个量化级相当于均匀量化的11位161+1+2+4+8+16+32+64=2048,27,三个权值电流与样值进行三次比较,可以确定段落码C2C3C4,28,为了进一步决定段内码,必须了解段落的起始电平和非均匀量化的量化台阶,大段号 1 2 3 4 5 6 7 8量化单位数1 1 2 4 8 16 32 64 起始电平 0 16 32 64 128 256 512 1024,29,例：设输入信号抽样
6、值为+1270个量化单位，采用逐次比较型编码将它按照13折线A律特性编码8位码。,确定极性码C1 抽样值为正， C1 = 1确定段落码C2 C3 C4 Is IW1 =128 C2 =1 Is IW2 =512 C3 =1 Is IW3 =1024 C4 =1确定段内码 IW4 =1024+8=1536IS C5 =0,30,IW5 =1024+4=1280IS C6 =0IW6 =1024+2=1152IS C7 =1IW7 =1152+=1216IS C8 =1,量化误差 1270-1216=54 个量化单位7位非线性码为 1 1 1 0 0 1 1对应11位线性码为1216个量化单位对应
7、的二进制码 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0,31,PCM系统的抗噪声,抽样,量化,编码,信道,译码,低通,干扰,输出信号,量化噪声,加性噪声,32,系统输出端总信噪比定义为,33,(n为二进制代码位数)接收端大信噪比 即接收端小信噪比 即,34,9.6 增量调制（M 或 DM）,原理 M可视为PCM的特例，它只用一位编码，表示抽样时刻波形的变化趋向M获得应用的主要原因 在比特率较低时， M量化信噪比高于PCMM的抗误码性能好M的编译码器比PCM简单,35,相减器,判决器,+,检测器,积分器,低通,本地译码器,脉冲源,给定抽样时刻反之,36,本地译码器信号 应十分接近于前一时刻的抽样
8、值 这一位码反映了相邻二抽样值的近似差值，即增量。,37,当信号频率过高，或者说信号斜率陡变时，会出现本地译码器信号 跟不上信号变化的现象，称为“过载”,这样的失真为过载失真，所产生的噪声为过载噪声。,在给定量化间隔（也称量阶）的情况下，能跟踪最大斜率为防止过载条件：,38,M系统中的量化噪声 在不过载的情况下， M的量化噪声为,在（-，+）上均匀分布,假定量化噪声功率谱在（0，fs）频带内均匀分布,39,在收端经低通（截止频率为fm）输出的量化噪声为,设输入信号为了不发生过载临界的过载振幅,40,在临界条件下，系统将有最大的信号功率输出,用dB表示,41,PCM和M的性能比较,无误码（或误码
9、率极低）PCMM,42,相同的信道带宽（相同的信道传输速率）下n4 PCM好,M,PCM,n,4,43,9.7自适应差分脉冲编码调制(ADPCM）,64kb/s的A律或律的对数压扩PCM编码已经在大容量的光纤通信系统和数字微波系统中得到了广泛的应用。 但PCM信号占用频带要比模拟通信系统中的一个标准话路带宽（3.1 kHz）宽很多倍，这样，对于大容量的长途传输系统，尤其是卫星通信，采用PCM的经济性能很难与模拟通信相比。 以较低的速率获得高质量编码，一直是语音编码追求的目标。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。,44,语音压缩编码方法很多，其中， 自适应差分脉冲编码调制是语音压缩中复杂度较低的一种编码方法，它可在32kb/s的比特率上达到64kb/s的PCM数字电话质量。近年来，ADPCM已成为长途传输中一种新型的国际通用的语音编码方法。 ADPCM是在差分脉冲编码调制（DPCM）的基础上发展起来的，为此，下面先介绍DPCM的编码原理与系统框图。 ,
