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1、山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程 (http:/ 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输?7.1 引言引言?7.2 抽样定理抽样定理?7.3 脉冲振幅调制（脉冲振幅调制（PAM）?7.4 模拟信号的量化模拟信号的量化?7.5 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM）?7.6 差分脉冲编码调制（差分脉冲编码调制（DPCM）系统）系统?7.7 增量调制增量调制?7.8 DPCM系统中的量化噪声系统中的量化噪声?7.9 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?7.10 话音和图像的压缩编码话音和图像的压缩编码山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程 (http:/ 7.1 引言引言引
2、言引言?两类信源：两类信源：模拟信号、数字信号模拟信号、数字信号?模模/数变换的三步骤：抽样、量化和编码数变换的三步骤：抽样、量化和编码?最常用的模最常用的模/数变换方法：脉冲编码调制数变换方法：脉冲编码调制 (PCM)山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程 (http:/ 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输?7.1 引言引言?7.2 抽样定理抽样定理?7.3 脉冲振幅调制（脉冲振幅调制（PAM）?7.4 模拟信号的量化模拟信号的量化?7.5 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM）?7.6 差分脉冲编码调制（差分脉冲编码调制（DPCM）系统）系统?7.7 增量调制增量调制?7.8 DPCM系
3、统中的量化噪声系统中的量化噪声?7.9 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?7.10 话音和图像的压缩编码话音和图像的压缩编码山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程 (http:/ 7.2 抽样定理抽样定理抽样定理抽样定理7.2.1 低通模拟信号的抽样低通模拟信号的抽样?通常是在等间隔通常是在等间隔T上抽样上抽样?理论上，抽样过程 周期性单位冲激脉冲 模拟信号理论上，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 模拟信号实际上，抽样过程 周期性单位窄脉冲 模拟信号?抽样定理：抽样定理：设有频带限制在（0，fH）Hz内的时间连续信号m（t），若以
4、每秒不小于2fH的速率对m（t）进行等间隔抽样，m（t）将被所得抽样值完全确定！模拟信号s(t)模拟信号的抽样山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程 (http:/ (http:/ s(t) 最高频率小于 最高频率小于fH的信号，的信号， T(t) 周期性单位冲激脉冲，其重复周期为 周期性单位冲激脉冲，其重复周期为T，重复频率为，重复频率为fs = 1/T则抽样信号为：设则抽样信号为：设sk(t)的傅里叶变换为的傅里叶变换为Sk(f) ，则有则有：式中，式中，Sk(f) sk(t)的频谱的频谱S(f) s(t)的频谱的频谱( f ) T(t)的频谱的频谱(f )是周期性单位冲激脉冲的频谱，它
5、可以求出等于：是周期性单位冲激脉冲的频谱，它可以求出等于：=)()()()(kTsttstsTk)()()(ffSfSk=nsnffTf)(1)(山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程 (http:/ - nfs)是信号频谱是信号频谱S(f)在频率轴上平移了在频率轴上平移了nfs的结果，所以抽样信号的频谱的结果，所以抽样信号的频谱Sk(f)是无数间隔频率为是无数间隔频率为fs的原信号频谱的原信号频谱S(f)相叠加而成。相叠加而成。=)(1)()(1)(snsknffSTnfffSTfS=nsnffTf)(1)()()()(ffSfSk=山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程 (http:/
6、 2fH，则，则Sk(f)中包含的每个原信号频谱中包含的每个原信号频谱S(f )之间互不重叠，如图所示。这样就能够从之间互不重叠，如图所示。这样就能够从Sk(f )中分离出信号中分离出信号s(t)的频谱的频谱S(f)，并能够容易地从，并能够容易地从S(f)得到得到s(t)；也就是能从抽样信号中恢复原信号，或者说能由抽样信号决定原信号。这里，恢复原信号的条件是：；也就是能从抽样信号中恢复原信号，或者说能由抽样信号决定原信号。这里，恢复原信号的条件是：2fH称为称为奈奎斯特奈奎斯特(Nyquist)速率速率。与此相应的最小抽样时间间隔称为与此相应的最小抽样时间间隔称为奈奎斯特间隔奈奎斯特间隔。Hs
7、ff2山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程 (http:/ 2fH时，用一个截止频率为时，用一个截止频率为fH的理想低通滤波器就能够从抽样信号中分离出原信号。的理想低通滤波器就能够从抽样信号中分离出原信号。?从时域中看，当用抽样脉冲序列冲激此理想低通滤波器时，滤波器的输出就是一系列冲激响应之和，如图所示。这些冲激响应之和就构成了原信号。从时域中看，当用抽样脉冲序列冲激此理想低通滤波器时，滤波器的输出就是一系列冲激响应之和，如图所示。这些冲激响应之和就构成了原信号。?理想滤波器是不能实现的。实用滤波器的截止边缘不可能做到如此陡峭。所以，实用的抽样频率理想滤波器是不能实现的。实用滤波器的截止边
8、缘不可能做到如此陡峭。所以，实用的抽样频率fs 必须比必须比 2fH 大较多。大较多。?例如，典型电话信号的最高频率限制在例如，典型电话信号的最高频率限制在3400 Hz，而抽样频率采用，而抽样频率采用8000 Hz。山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程 (http:/ ：式中，：式中，B 信号带宽，信号带宽， n 小于小于fH/B的最大整数，的最大整数，0 k 1。由图可见，当由图可见，当fL= 0时，时，fs2B，当，当fL很大时，很大时，fs2B。图中的曲线表示要求的最小抽样频率图中的曲线表示要求的最小抽样频率fs，但是这并不意味着用任何大于该值的频率抽样都能保证频谱不混叠。，但是这
9、并不意味着用任何大于该值的频率抽样都能保证频谱不混叠。)1 (222nkBnkBBfs+=+=3BB5B6BfL0fs7.2.2 带通模拟信号的抽样带通模拟信号的抽样4B3B2B1B06B山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程 (http:/ 模拟脉冲调制模拟脉冲调制（a) 基带信号(b) PAM信号(c) PDM信号(d) PPM信号图4.2.6 模拟脉冲调制?脉冲振幅调制脉冲振幅调制PAM?脉冲宽度调制脉冲宽度调制PDM?脉冲位置调制脉冲位置调制PPM山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程 (http:/ 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输?7.1 引言引言?7.2 抽样定理抽样定理
10、?7.3 脉冲振幅调制（脉冲振幅调制（PAM）?7.4 模拟信号的量化模拟信号的量化?7.5 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM）?7.6 差分脉冲编码调制（差分脉冲编码调制（DPCM）系统）系统?7.7 增量调制增量调制?7.8 DPCM系统中的量化噪声系统中的量化噪声?7.9 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?7.10 话音和图像的压缩编码话音和图像的压缩编码山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程 (http:/ 7.3 脉冲振幅调制脉冲振幅调制脉冲振幅调制脉冲振幅调制?概述概述?载波的种类：载波的种类：载波的种类：载波的种类：连续连续连续连续振荡波形（如正弦信号）振
11、荡波形（如正弦信号）振荡波形（如正弦信号）振荡波形（如正弦信号）离散的离散的离散的离散的脉冲串脉冲串脉冲串脉冲串?脉冲调制的种类：脉冲调制的种类：脉冲调制的种类：脉冲调制的种类：用用用用基带信号去控制脉冲常数：基带信号去控制脉冲常数：基带信号去控制脉冲常数：基带信号去控制脉冲常数：幅度、宽度、时间幅度、宽度、时间幅度、宽度、时间幅度、宽度、时间位置位置位置位置分为：脉幅调制分为：脉幅调制分为：脉幅调制分为：脉幅调制（PAMPAM）脉宽调制脉宽调制脉宽调制脉宽调制（PDMPDM）脉位调制脉位调制脉位调制脉位调制（PPMPPM）PAMPAMPDMPDM）PPMPPM山东大学通信原理课程山东大学通信
12、原理课程 (http:/ PAMPAM概述概述?PAMPAM最重要的脉冲调制最重要的脉冲调制最重要的脉冲调制最重要的脉冲调制1 1定义：定义：定义：定义：即：脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制即：脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制即：脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制即：脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式方式方式方式当脉冲载波是冲激脉冲，则当脉冲载波是冲激脉冲，则当脉冲载波是冲激脉冲，则当脉冲载波是冲激脉冲，则PAMPAM和抽样定理原和抽样定理原和抽样定理原和抽样定理原理一样理一样理一样理一样2 2PAMPAM的实现的实现的实现的实现: :窄窄窄窄脉冲串脉冲串脉冲串脉冲串山
13、东大学通信原理课程山东大学通信原理课程 (http:/ 特点特点特点特点：（1 1）窄脉冲抽样和冲激抽样类似）窄脉冲抽样和冲激抽样类似）窄脉冲抽样和冲激抽样类似）窄脉冲抽样和冲激抽样类似（2 2）不同点：频谱包络不恒定，按）不同点：频谱包络不恒定，按）不同点：频谱包络不恒定，按）不同点：频谱包络不恒定，按Sa(x)Sa(x)函数衰函数衰函数衰函数衰减减减减，但仍可以由，但仍可以由，但仍可以由，但仍可以由L.P.FL.P.F提取提取提取提取M(M() )山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程 (http:/ PAMPAM抽样抽样信号信号1 1分类分类分类分类抽样后的信号顶部随抽样后的信号顶部随
14、抽样后的信号顶部随抽样后的信号顶部随m(t)m(t)变变变变化，为化，为化，为化，为“ “曲顶曲顶曲顶曲顶” ”抽样抽样抽样抽样抽样后的信号顶部不随抽样后的信号顶部不随抽样后的信号顶部不随抽样后的信号顶部不随m(t)m(t)变化，为变化，为变化，为变化，为“ “平顶平顶平顶平顶” ”抽样抽样抽样抽样山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程 (http:/ 1）形成电路）形成电路）形成电路）形成电路脉冲形成m(t)T(t)Ms()H()MH()t)()()(HMMsH=nHnHHnMHTnMHTM)2()(1)2()(1)(由抽样定理：结论：结论：结论：结论：1 1 1 1、平顶抽样是由、平顶抽
15、样是由、平顶抽样是由、平顶抽样是由H(H() )加权后的周期性重复频谱加权后的周期性重复频谱加权后的周期性重复频谱加权后的周期性重复频谱M(M() )组成组成组成组成2 2、因为，因为，因为，因为，H(H() )是是是是的函数不是常数，所以，不能的函数不是常数，所以，不能的函数不是常数，所以，不能的函数不是常数，所以，不能由由由由L.P.FL.P.F直接得到直接得到直接得到直接得到M(M() )山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程 (http:/ 2）解调原理）解调原理）解调原理）解调原理1/H()L.P.FMH()Ms()M()1/H(1/H() )为修正网络为修正网络为修正网络为修正网
16、络说明：说明：说明：说明：（1 1）实际中平顶抽样用抽样保持电路实现，得到矩）实际中平顶抽样用抽样保持电路实现，得到矩）实际中平顶抽样用抽样保持电路实现，得到矩）实际中平顶抽样用抽样保持电路实现，得到矩形脉冲形脉冲形脉冲形脉冲（2 2）脉冲形式可以是任意的）脉冲形式可以是任意的）脉冲形式可以是任意的）脉冲形式可以是任意的山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程 (http:/ 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输?7.1 引言引言?7.2 抽样定理抽样定理?7.3 脉冲振幅调制（脉冲振幅调制（PAM）?7.4 模拟信号的量化模拟信号的量化?7.5 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM）?7.6 差分脉冲编码调制（差分脉冲编码调制（DPCM）系统）系统?7.7 增量调制增量调制?7.8 DPCM系统中的量化噪声系统中的量化噪声?7.9 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?7.10 话音和图像的压缩编码话音和图像的压缩编码山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程 (http:/ 模拟信号的量化模拟信号的量化7.4.1 量化原理量化原理?量化的目的：将抽样信号数字化。量化的目
