《第六章模拟信号的数字化通信原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第六章模拟信号的数字化通信原理（97页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、磅郝氓辙潜测痈如乎狰牵坝涝窟蜂祁酋坞霹屎茁触兜恳禄襄慑烃渝狰使埋第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理通信原理第六章 模拟信号的数字化雀待庙缚罐沾渣境恶个疹葛搁皂租儒怨流橙鞭菜命舷橱捐享舱侦焙襄耘较第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化本章结构n6.1 引言n6.2 抽样定理n6.3 脉冲振幅调制(PAM)n6.4 脉冲编码调制(PCM)n6.5 增量调制渤惠潘虫言淹蕉层塔路蛛事桔翌山袜逮再干决胜孜趟马辅宾诈鸥砒槛枪匆第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实
2、 求是第六章 模拟信号的数字化6.1 引言n“模拟信号数字化”(A/D变换)的作用它是利用数字通信系统来实现模拟信源和信宿间通信的必不可少的一步n“A/D变换”在数字通信系统中所处的位置在模拟信源之后，压缩或加密之前它和压缩、加密都属于信源编码信源编码的范畴n“A/D变换”的3个步骤：抽样、量化、编码携究妓酶仍器邪审鼎日猴危逻不此狡账陶串蔫请荒嫩撩簧窝视蝴揽肄看蛋第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化6.2 抽样定理n如果想把时间连续的模拟信号变成0/1数字串，必须先抽样n但是，很显然，抽样以后 的信号，与原来的信号是 不
3、同的n能否从抽样信号中恢复原 信号呢？如果能，有什么条件？t副琢篓息起资琶娘广邹隧推风蛾厚磕尸读骚猿淑猪祈坤啸类甘缕霖枫铡豌第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化6.2.1 低通信号抽样定理t可以看作下面两可以看作下面两个信号的乘积个信号的乘积tt1沦先赴矾响冰银衙浆侄零抖疏驭哟恨肮钧剥修液忧烙判雾卷毖鸿林嗡弓贺第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化t m(t)t卷积卷积t排召乞纠痪景戌蝎盖户阉认字乃改厘盎樱腮蒸陇腻东这娃癸巡唯问赛觉戴第六章模拟信号的
4、数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化即采样频率至少即采样频率至少是基带信号最高是基带信号最高频率的频率的2倍，这就倍，这就是低通抽样定理是低通抽样定理卷积卷积信号频谱发生信号频谱发生混叠，无法提混叠，无法提取出纯净的取出纯净的M(w)信号了信号了暂队异暮们入蒸津暑讨抵禹撵罕晋耪再行峙样尔饺屈刁崇家吩侠屠哀爬沼第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化6.2.2 带通信号抽样定理鹰涌诧院卒腊雇乖拭沧伞久形污捐宽表乓愁泄靴攀第春赐辣好芋搜淖不臃第六章模拟信号的数字化-通信原
5、理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化6.2.2 带通信号抽样定理（续）n通过上面类似的画图法，可以证明，当举登浙嘛祈拓馒复课孽降七赃炎级氛导吃骡脚白人山黎患坟牺赢蔽煤殷目第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化例6.1求下列信号的最低采样频率劝帘裔歪惮娱仟壁憨唬辟席励凝辅怒步烟叶在蒲萝传霹买伴窍虎炯西风忙第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化6.3 脉冲振幅调制(PAM)n我们前面的讨论是理想的，因为我们抽样用
6、的是理想冲激函数n在实际中通常用窄脉冲抽样，窄脉冲调制有三种类型:PAM，PDM，PPMn其中PAM又分2种类型自然抽样平顶抽样晴碳褐韦粪乱蛋奔空爬茶耪邦持慢领迸泵栏属袋泅辫业雇炮府纂矾凰虏瞥第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化够剃装嘴乡困尝窒刨生皖稠啥亨捅缠攻捷敷鞘陛蝎哆建沈况按涨隔电跃蹿第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化6.3.1 PAM的自然抽样自然抽样自然抽样灌描脆迎虞釜盾殴煮件马酋看陡状砾颗事邯持桥讨怎收娶秘邑褪迟诀妮多第六章模拟信号的
7、数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化自然抽样可以理解为：一系列高度为1的窄脉冲与原始信号的乘积的结果1宋绚丝嫁安渊胞牲硬斌席裕戴两惋佩糯玲呀兰其宇或婪喊义悍幸祁甄印员第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化时域相乘对应频域卷积由于中间这个频谱是由图由于中间这个频谱是由图b中中S(w)的中间那个冲激信号与的中间那个冲激信号与X(w)卷积得到的，因此没有失真，所以在接收端只要低通即卷积得到的，因此没有失真，所以在接收端只要低通即可可食澎批底乡绩酣头拇敝朱陆旷础据勒箱定假私
8、凹招藻何斥贯至格头垒旬府第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化6.3.2 PAM的平顶抽样n又称“瞬时抽样”，抽到一个瞬间值后，并保持一小段时间，形成一个个平顶脉冲剧辉赞增逆凄饮窟绍锗冷人木建伐麦踌侗洛侨峡反嫌祖益按赣蛙殿必硷烫第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化生成平顶抽样的理论模型第一步，先进行理想抽样第一步，先进行理想抽样第二步，窄脉冲形成第二步，窄脉冲形成横千写铬残莹排庶街顾焙视惨佰她殆蠕摘征宗默躲赊宠鼎烘裙痢宝盎坟抚第六章模拟信号的数字化-
9、通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化窄脉冲生成电路的转移函数脉冲形成窥骂抡鼻亲睁殆忧凉萝棠铰圾臭遭馒渊尖泛假别担揭莹敦吟底健全乓卯悯第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化平顶抽样频谱二者相乘二者相乘得到最下得到最下面的平顶面的平顶抽样频谱抽样频谱第一步，先进行理想抽样第一步，先进行理想抽样第二步，窄脉冲形成第二步，窄脉冲形成可见平顶采样会产生失真，可见平顶采样会产生失真，需要在接收端补偿需要在接收端补偿脉冲形成电路的转移函数脉冲形成电路的转移函数础祝瘸腐竹求菇辩炳涂言侠途敞
10、剃呆痉钥篷蔓锯只资尉踌孟腊仓高痪喘敛第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化平顶抽样需要在接收端进行补偿长愧讼淄犹骆竹昌葵辨锭铁膊羡治伊惜拓团谋迂码源赚晓拢砂印纪中棠湃第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化6.4 脉冲编码调制(PCM)n一个完整的A/D变换包括抽样、量化、编码3个过程，我们前面把抽样完成了，下面就是量化和编码n量化又分2大类均匀量化非均匀量化豌宁裤副盆之茄胶盆镑慧虏仿打飘逊宏呕臻漳墙洲个邹饥温笛荧估校抢扰第六章模拟信号的数字化-通信原理
11、第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化6.4.1 量化n什么是量化以有限个离散的值来分别对应模拟信号抽样后的不同的样值的过程n因为离散的值是有限的，而抽样的值有无穷多种情况，因此需要多个样值对应1个离散值n通常将落在某一个纵轴区域内的样值对应1个离散值珍屿爪奸眼件暑坠旧圃课寸由壁瞩细苏滔辈谈塔判肤燎居石夕笆拳栽般续第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化1、均匀量化将纵轴均匀划将纵轴均匀划分成分成M个区间个区间一般这个量化值取一般这个量化值取这个区间的中点这个区间的中点落在某一区间落在
12、某一区间内的样值统统内的样值统统量化成量化成1个值个值这样，本来纵坐标的取值这样，本来纵坐标的取值是无限多个的模拟信号就是无限多个的模拟信号就变成了多进制数字信号变成了多进制数字信号学极次共碳移仲啤宗喝管萝苹郁函哈敦尸强简晃料岗芒酋颇疗檀冗祁嚷灾第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化均匀量化中的一些重要概念n量化区间：为将多个模拟样值对应成一个数字值，而将纵轴划分的区间为量化区间，区间高度记为vn量化电平：量化区间的中点，个数与量化区间数相同n量化误差由于实际样值并不一定恰巧就等于该区间的中点电平，因此这二者的差，称为量化
13、误差量化误差不是由外来噪声引起的，而是量化过程中内部产生的由量化误差引起的噪声，称为“量化噪声”豺该丈肋脚电伏六像济邱抨犹镊挝壶乞晾楷朝悯宝胡败冠辩苍执际猛孕玉第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化量化噪声的功率n设输入模拟信号x概率密度函数是fx(x)，x的取值范围为(-a, a)， 则量化误差功率Nq为荡房农七委逾形涅卖税列遥拥苞哨过安咋吾钞裁遵驶匡沼埃绣累桨量操隘第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化量化噪声的功率(续)增塑扑烽嫌川劈沮胁矮谴都辖
14、唾鸿菜筋足辱和靖够瓤陈享聂泅其团迅妥膜第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化量化后的信号功率及量化信噪比逻豌鬃唉栽卫煮怂该鲜翰沂汗按寓烷统喧桥静鲜郑刀万膛甭惜霞霞洛褥吊第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化例6.2若一个均匀量化器，量化电平数为16，信号的范围为(-3v+3v)，求量化噪声功率和量化信噪比旋情插翌鬃身葛唬沫靡帜纵酪督哲讫花腐升玄诺景利躇浊竿价陨镑接普勇第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是
15、第六章 模拟信号的数字化补充作业n(1) n(2)写出振幅为2.2V，频率为1kHz的正弦波，经过抽样频率为4kHz，量化范围为(-2.5+2.5V)，量化区间数为5的均匀量化器时的(1)输出电平序列（只写出前5个即可）(2)量化噪声和量化信噪比量化电平取各区间的中点量化电平取各区间的中点鞭沫僧坑叫卒绊核恋夹廓枢峨躲晒利健佃蛮捡贬淀砂啦术沉号争纂纂纵鸳第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化6.4.1 量化(续)n2、非均匀量化n（1）为什么要进行非均匀量化（即均匀量化存在的缺陷）t均匀量化时，大信号和小信号的信噪比是不同的
16、均匀量化时，大信号和小信号的信噪比是不同的量化量化噪声噪声量化量化噪声噪声大信号和小信号的信噪比不同有大信号和小信号的信噪比不同有2个不良后果：个不良后果：（1）小信号信噪比过小，可能）小信号信噪比过小，可能“听不清听不清”，影响可懂，影响可懂性性（2）语音质量时好时坏，影响听觉舒适性）语音质量时好时坏，影响听觉舒适性乾拄此哈买炎洒瘪篙腰憋疼锋汉窿卵菠冯憨翱翁崎娇科联姬耪胯览棠符铺第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化（2）非均匀量化的方法n(A) 直接非均匀量化直接非均匀量化(小信号量化区间小小信号量化区间小,大信号量化
17、区间大大信号量化区间大)t非均匀量化时，大信号量化噪声大非均匀量化时，大信号量化噪声大小信号量化噪声小小信号量化噪声小但是直接非均匀量化，电路实现很困难但是直接非均匀量化，电路实现很困难信号变化时信噪比基本不变，听觉舒适信号变化时信噪比基本不变，听觉舒适谰呢谭全尚钢葫获倔牙似孜墒亏枯店营劲须顺贸沥筋锰瘪熬刀微健栈裔威第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化（B）间接非均匀量化均匀量化非均匀压缩抽样后信号抽样后信号124大信号压缩率大大信号压缩率大小信号压缩率小小信号压缩率小11.21.6通过传输通过传输到接收端到接收端非均匀
18、解压缩（即扩张器）大信号放大倍数大大信号放大倍数大小信号放大倍数小小信号放大倍数小124达到了达到了非均匀量化非均匀量化效果效果下面主要学习非均匀压缩下面主要学习非均匀压缩臼拾腔闭奋严柱讽主右蕊蔬嚼熟哑届率术犊诣刑聪亢财协靳写恳稀迅确天第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化（3）非均匀压缩律n国际电信联盟电信部（ITU-T）规定了2种非均匀压缩律n压缩律是大于是大于0的常数的常数y是是x的对数函数的对数函数在实际系统中取在实际系统中取255迹毖夯受铂摊摊户缓奏财肮伯疮蜜吨途仿褂涤骡俞玫雄惕掷骸王遍卢缎瞪第六章模拟信号的数字
19、化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化A压缩律（我国使用）A是大于是大于1的常数的常数y是是x的的2段函数：段函数：第第1段是线性函数段是线性函数第第2段是指数函数段是指数函数之狼主宴邓姑木勿轿铃薯兼羌教尝钧扑搪掀熟盏缝文夸百厢称席朽堰敲虱第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化量化信噪比的改善度（相对于均匀量化而言）大于大于0表示改善，比均匀量化好表示改善，比均匀量化好小于小于0表示恶化，不如均匀量化表示恶化，不如均匀量化可见，非均匀量化改善了小信号信噪比，但是是以牺牲大
20、信号信噪可见，非均匀量化改善了小信号信噪比，但是是以牺牲大信号信噪比为代价的。但对于语音通信而言，这正是我们所需要的。比为代价的。但对于语音通信而言，这正是我们所需要的。郴夕乔冰衍猩妊撞在峦灌影手努掐钢僻掏强促骑宜攘沤塑吸圆忧寇浚喻绢第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化对图6.13的解释量化信噪比量化信噪比(dB)x(dB)均匀量化均匀量化小信号小信号大信号大信号X=1非均匀量化非均匀量化大信号大信号时均匀时均匀量化优量化优于非均于非均匀量化匀量化小信号小信号时非均时非均匀量化匀量化优于均优于均匀量化匀量化若要保若要保证
21、信噪证信噪比高于比高于此门限此门限采用均匀量化采用均匀量化x能取的范围能取的范围采用非均匀量化采用非均匀量化x能取的范围能取的范围祷针啦窑谈乍挖尺太因敞丹溜轩娶涂抹正旗启耕苑醚聋零慰须讥吊街况零第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化信号的归一化问题n无论是律还是A律，自变量x的取值范围都是-1,1n因此，在非均匀量化计算前，必须先将x进行归一化运算，即蓝釉行蓉民云猩瓶倍六苟事毒躇诈蛙拢泵慢谋鞍氓盒躯厂宗蒙遣蒲肯玲势第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化
22、6.4.1 量化量化-2非均匀量化非均匀量化-A律律13折线折线n无论是律还是A律，如果精确地用电路实现起来都是很困难的n所以人们用多段折线来逼近律或A律的曲线，这种方法类似于高频非线性电路分析法中的“折线分析法”n为了尽可能减小误差，采用15折线逼近律，采用13折线逼近A律n下面我们以A律13折线来说明其原理馁七霜橱泣虱鄂坯筐孽谷匿误燕慢募拇汪珠嚎瑞务当臃救队坑篓仇屿喝轮第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化6.4.1 量化量化-2非均匀量化非均匀量化-A律律13折线折线x110旅鳃遁舟撇慌兽琴字迹悬育洼溪犹膊坎胯迄层略
23、执酣朗杭修词蜗蜜敢殷瞳第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化A律13折线（续）把上图靠近原点的区域进行放大把上图靠近原点的区域进行放大靠近原点的靠近原点的4段斜率相段斜率相同，所以看作同，所以看作1段线段段线段所以共有所以共有2*8-4+1=13折线折线穿巴侯饱刨呛搬娃孤沿汕厨刘基陀易旭嘲产肥洪葱蚁秒釉夹悲裸皑泵农件第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化13折线整体图由于，正负轴完全成中心对称，所以我们只讨论这一段茂腊谐驭汇复滨鸯奏钻疡淳久蓝渠月墅颠犯
24、软孵屠杂局柱搞捎能豹咸厢陆第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化正半轴的段落编号向脓桶涉窗声搓款帮恨洗态列骚炉靶了纽缀徐嘉忍宰殴帖满漓淖等煞耪机第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化为了减小量化误差而采取的另一措施：将每个段又平均平均分为16小份x1汀庐侵呛镀津蛔铲老北孤呸颗谍造园卢悟绷防郑捷胸郎癌芝碑闻蚂统蕾久第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化6.4.2 编码和译码n1、常用
25、的二进制码型及其特点n2、PCM的编码码型的选择、码的位数、每位的功能安排逐次比较型编码器原理n3、PCM的译码董倪估唁疤郊裙跪茁疚苔耻喳宰首鸿皋艰豺澳靛整路罪烽喊缝躬豺突栏菜第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化1、常用的二进制码型及其特点n（1）自然二进制码n（2）折叠二进制码n（3）格雷二进制码钢锄痔汐军军惮夺驻眶缉破来坛垫煮饰熙叮藻之械梁著胎慌冶但班喷呜棕第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化（1）自然二进制码n最小值为全0；最大值为全1；中间
26、按自然二进制递增规律递增。n例如当量化区间数M=8时0 0 0最小值最小值最大值最大值1 1 10 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 0因为信号通常有正有因为信号通常有正有负，所以我们把量化负，所以我们把量化编码分成正负编码分成正负2区区正半区正半区负半区负半区特点特点1：正半区首字节为：正半区首字节为1；负半区首字节为；负半区首字节为0；利于首位编码；利于首位编码特点特点2：符合递增规律；利于电路编码的简化：符合递增规律；利于电路编码的简化特点特点3：小信号的首位误码引起的误差较大（如：小信号的首位误码引起的误差较大（如100-000，误，误码引起码引起4个量级的跳变），
27、所以用于个量级的跳变），所以用于PCM的后的后4位编码位编码巴驾竟披崔员宦之归猫林拔据油帽酌恫伏挚剖睦旱蝴演唐狞出肥马讳晶鸣第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化（2）折叠二进制码n先把信号分成正负2个半区n正半区首位全为1；负半区首位全为0n正半区的最小值的后几位全为0n正半区的最小值到最大值的后几位按自然二进制码递增n负半区的码的后几位与正半区成镜像（即折叠）关系正半区正半区负半区负半区111100000 00 11 01 10 00 11 01 1特点特点1：正半区首字节为：正半区首字节为1；负半区首字节为；负半区首
28、字节为0；利于首位编码；利于首位编码特点特点2：小信号的首位误码引起的误差较小（如：小信号的首位误码引起的误差较小（如100-000，误，误差只有差只有1个量化级跳变），所以用于个量化级跳变），所以用于PCM的前的前4位编码位编码室癌洱饿弗篇浑概懈通省桓扮寞瘪呈依沛真缅官膝建掂酋荧计贿硅称茫伊第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化（3）格雷码（对第8章有用）n先把信号分成正负2个半区n正半区首位全为1；负半区首位全为0n再把负半区平分成2个区n其中下半区的第2位全为0n其中上半区的第2位全为1正半区正半区负半区负半区111
29、100000011依次类推，直到最后依次类推，直到最后1位也确定下来位也确定下来01没有完全确定下来的码位，按照镜没有完全确定下来的码位，按照镜像方式从下面像方式从下面“一半一半”来获得确定来获得确定101 01 10 10 0特点特点1：正半区首字节为：正半区首字节为1；负半区首字节为；负半区首字节为0；利于首位编码；利于首位编码特点特点2：任意相邻的：任意相邻的2个码只有个码只有1位不同，小信号的误码引起的位不同，小信号的误码引起的误差最小，但电路实现起来电路复杂，故没有在误差最小，但电路实现起来电路复杂，故没有在PCM中采用中采用汁果刮璃微姚狗曾蕊骗贮此搀帽施勾蜕炒巡廓令窘诺痢询限骆傀半
30、悦坠肋第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化2、PCM编码（1）码型选择n为了使电路尽可能简单，所以希望无论正、负信号都采用同一电路，只要有1位码区分信号极性即可例如我们希望 +0.1V和-0.1V除了符号位不一样外,其他位都一样(这样整流后可以用同一编码电路)n这种思路恰好符合折叠码的特点，所以PCM的前4位编码采用的是折叠码例如教材表6.2中,折叠码的正、负极性部分第一个码分别是1000和0000，除第1位符号位外其余各位完全一样屋诫朵成浪谁软燥廖窖回威波伐亥幢棱捧虞噎裁埂狈坎缨昭挣颈岳通磨堵第六章模拟信号的数字化-通
31、信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化(2)码位的安排PCM前4位采用折叠码（1位极性码；3位段落码）为了把小信号区画得清楚，并没有按比例来画为了把小信号区画得清楚，并没有按比例来画正半区第1段1000正半区第2段1001正半区第3段1010正半区第4段1011正半区第5段1100正半区第6段1101正半区第7段1110正半区第8段1111负半区第1段0000负半区第2段0001负半区第3段0010负半区第4段0011负半区第5段0100负半区第6段0101负半区第7段0110负半区第8段0111极性码段落码0窖眺弧蛛沙馒芥枕恕洞簇寡铰籽蚤娶铬视奶
32、泽串渔辽寻盔垦愈硅撼趋扒玉第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化PCM的后4位属于段内码(采用的自然码)x10000000101000101100010011100110100100011011001111010101111101111段段内内码码11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111110000011011100鞘趟城欢郴滁滔掺棚饵开春术嚎隐毅氦丁膛除莎蕾液碴点勘乎挛妓喜尔精第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-
33、通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化PCM逐次比较法编码器原理n类似于用1g、2g、4g的砝码和天平来称07g的物体的具体重量n先把4g与物体放于天平两端如果物体重于4g则再加2g如果物体轻于4g则将4g换成2gn依次类推，可称出物体具体重量n逐次比较法PCM编码器与此完全类似睫履进咽杯攘好厦音钩虐宰纤诺艰溯陶枉稳芦泅溶前伦其衔柿疾腕囚抠椿第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化PCM逐次比较法编码步骤（极性码）0息却秧蝇素庚氛矽孵吱麦怔未凡萧爬誊焉毖灼奶坪翠栋间血甄货侈螺赦疥第六章模拟信号的数字化-通信原
34、理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化PCM逐次比较法编码步骤（段落码）0正半区的段落码分配情况（正半区的段落码分配情况（C6C5C4）(参见表参见表6.2的折叠码的正半区的后的折叠码的正半区的后3位位)000001010011100101110111掺徽土脏杂掐监绚雹缨采葵进灸猜享搓傅鳞聋携非方瞧腥融谢梯镁胳紫仍第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化PCM逐次比较法编码步骤（段落码）0正半区的段落码分配情况（正半区的段落码分配情况（C6C5C4）00000101001110010
35、1110111顽佑论乔趋忽过悉菌戚捅纂舱态枯只泡适坤粘谐滨绊姥挪沥贮险韦闽游谤第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化PCM逐次比较法编码步骤（段落码）0正半区的段落码分配情况（正半区的段落码分配情况（C6C5C4）000001010011100101110111拯矩祭染懊性旦懈洞谴辐街血伺脾涣藩芝另反黔柏陡肋阜吾造廷呻偷识巍第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化PCM逐次比较法编码步骤（段内码）0第第6段的段内码分配情况（段的段内码分配情况（C3C2C
36、1C0）（按自然码递增）（按自然码递增）0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111餐茎甸狭澳搔枣蕾耍犊黑僚均擂颤坡俊泥用攀燎室夺初经袍彩吞饼顺经害第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化PCM逐次比较法编码步骤（段内码）0第第6段的段内码分配情况（段的段内码分配情况（C3C2C1C0）（按自然码递增）（按自然码递增）000000010010001101000101011001111000100110101011110011011110111
37、1谢索规涂缅羽征高研基流基亥甚士步第唆氨受赖道契墨危掘牙弱足什筹杀第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化PCM逐次比较法编码步骤（段内码）0第第6段的段内码分配情况（段的段内码分配情况（C3C2C1C0）（按自然码递增）（按自然码递增）0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111手汤缚蔬艳诺消棵庞摧执马阻怨奈抛弃她凡铀踞背衅储净收獭甘歹饺榔德第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信
38、号的数字化PCM逐次比较法编码步骤（段内码）0第第6段的段内码分配情况（段的段内码分配情况（C3C2C1C0）（按自然码递增）（按自然码递增）0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111代曙黄妨舌夯豆百缩臃妖艺畏壹淹丙培绸秃帖淳预网厚渔托孽默勃偿鹏陌第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化例题6.3若已知信号幅度在-3V,+3V之间,求+1.23V对应的PCM编码琅踢涧懂伪椒搜琅盐钒氢谅青撕酋厌辖吠破力鸥括拼想逼具未腻樟赤眶篷第六章模拟信号的
39、数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化x1曼射审人连溶呕败做寿殖桌乖敷阎厅侠焚沛锗忱庇袜商愈邮昭脊坠篓随闰第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化x1擂汛雌垂剥能邓芍凿棒撕焙镑雀或桌滩川焉就衍六搬从甚伏湾樊戎繁橡桩第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化PCM（非线性编码）与线性码的位数的比较（设最小单位都是）n我们知道1对应的量化数为2048n如果不采用上述PCM编码，而采用线性编码，则因为2048
40、是2的11次方所以要想用线性编码（不压缩）对0 2048中的任意一个量化数进行编码需要11位n而PCM只用了7位n例如上例中839对应的11位线性码为1101000111爱喳皆屯疽宝雪嚎楔饶恕叁胞潞贡塔苫镇袭藩躲鹊爽佳俭俱官垄啮置程共第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化PCM逐次量化编码器电路框图靴乐杜胚有庚壳剪戍致旋违婿襟奉般氯枯替诀解焰客色颧汰捏筐幻透边氓第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化3、PCM的译码n是编码的逆过程n本教材找到某一段的某
41、一小份后，译码用的是该小份的起点，例如本书例题6.4.3n但大部分通信原理教材，译码时用的是该小份的中点，即应为-408n采用中点的目的是为了减少量化误差眯柠班恩牵豹盯柿欢含大坟庇搅转余归刽诌厨与磐一撕糖猪柯折鉴晕碱瘴第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化作业n课后习题6.10 & 6.11德幽翔口盗缚戒烷咬勺掸或眼牵乌权姚较拷涅傲圣第回矾筛妨建病暖仿乙第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化6.5 增量调制(M)系统n1、M系统产生的背景n2、M系统的
42、基本原理n3、M系统的量化噪声n4、M系统的过载现象及避免方法n5、PCM与M的比较彤鹿糠驹柒脐糠投浸奄桌友谈琅瘟梧卯件担幅熄讼险孙壕巡墓婆国飘旋隙第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化1、M系统产生的背景n我们先研究一下PCM的带宽tPCM波形波形因为因为8位是位是1次采样的编码，所以次采样的编码，所以这这8位的宽度就是采样周期位的宽度就是采样周期所以所以1位的宽度就是采样周期的位的宽度就是采样周期的1/8该窄方波的付立叶变换为该窄方波的付立叶变换为f蒸几甄辰絮絮是摊谱此闹兜泅筒氓挫惶砌菏砸挂口赁甜蛊欠依搪台盛磅需第六章
43、模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化2、M系统的基本原理n能不能将每次抽样的编码位数减少（最好能减少到1位），以减小数字信号带宽呢？t010111011100删拖矾胰辐笛仇蓄症廓陀螺耳宪粪恋戌廊逢舒咏阶巍倍还承闷扩舀蕉镜剐第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化编码与阶梯状波形的关系n如果我们把上图中M编码中的“0”统统换成“-1”，则会发现编码与阶梯状波形之间的关系如下：n将某1时刻之前的M编码相加，得到的“和”就是当前阶梯状波形的高度n根据此规律，人们发
44、明了M编码和解码的实现框图明炭疗刹具甘阁爷哉诀区颓骄偏潦窟岔绸讳萧甚额伏尹覆柬揖哉方艾蜒亡第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化M系统编码实现原理减法器积分器积分器的初始状态为积分器的初始状态为0判决器抽样脉冲抽样脉冲辉科希也翁秽硝嘎霖愿粗乡佑漱锑搏陡泡峭凡江逼胺霞齿朔认箱蛙母抉漏第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化M系统的接收原理nM系统的接收器是非常简单的,这正是M系统目前还在广泛使用的原因1-1 111-1 111-1 -1积分器积分器的初始状
45、态为积分器的初始状态为0t积分器输出积分器输出低通滤波器（LPF）恢复的恢复的原始信原始信号号m(t)m(t)辣乓局吸夸札钠剔文鸳组霓马愈柱形墅嘴谈匝鱼阳琼嘎择摸掌池黍吃隧疤第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化3、M系统的量化噪声t010111011100邮颊莉招缕坊鬃齿仍爆溜殴移佛睹学棠篆棉榨札旁疙圈鲜窄误唉应恕栓建第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化3、M系统的量化噪声(续)骗琴腮耳渠诽箕播犀插棱活均谷著斤商拽耿琉箕砰苏析宗怪摆黍宴灌隋总第六章
46、模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化4、M系统的过载现象及避免方法（1）过载产生的原因n由于M系统一次采样只能输出1bitn也就是说1次只能调整1个台阶来跟踪原始信号m(t)n如果原始信号变化太快，则有可能跟踪不上，从而造成所谓“过载”t010111擅酗剥需说寥兑惦独量剃肖汐雇祥墩膀稻网印刑屿斗司人穆监烛抨滨屠昨第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化（2）避免过载的方法n从上图中我们不难看出，要避免过载现象，就需要阶梯状波形能跟踪上原始信号m(t)n从数学
47、角度分析，即原始信号的最大斜率不能超过阶梯状波形的斜率掺兰款备寥梅印艺励铱弘豪怨吸印何谬秃衅躁栏贼跺仔酝庙罗晒扫凯波旧第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化特殊地，当m(t)为单一正弦（或余弦）信号时的不过载的条件盯熙贺廷皑闸颐侗欢睬潘邦轿慑瓣涂游桶吱壕吞吓蛙亢缘翌苞糟佐崎症岸第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化M系统的动态范围n同时满足“不过载”和“分辨率”条件下原始信号m(t)的振幅范围0信号幅度过小导致的分辨率不够的问题信号幅度过小导致的分辨率
48、不够的问题举磁绳赋宙帅邵炽陈徐睁践洽钉南句轮杯摹慎斑液吼材疡速复际徊汹寻颂第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化销惠德狞谆胺页讯纷协兢寅畏音峨侮顺奶丸疮凄侧捌细呢杏茶艰忱吁泌写第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化诺培四蒙罗柒撞彰沦孔锥跳诣壳哟竖茵奠要乾茨睬奋昔姥留阜讣内绪拽殴第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化5、PCM与M的比较n1、量化信噪比的比较当PCM每个抽样的编码位数
49、N4时，PCM优于M；而且编码位数越大，PCM的优势越明显。(标准的PCM的N=8)n2、对信道误码率的要求PCM对信道要求高；M对信道要求低n3、设备复杂度M系统非常简单，但不易复用PCM设备略复杂，但可以通过复用降低成本葵权曲俯挑虾堡舒株忿戌墓贺芽福仇啄泳过萧首泳坤拦摩圣郑奢铝玄大逾第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化怎徒晾瓢簿烈戮涛太央取担棠疽讹庆啤杯穷具趁驱绦坛庐越妥熙外钎郑状第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化6.6 M和PCM改进型(了
50、解内容)n6.6.1 总和增量调制n6.6.2 差分PCMn6.6.3 自适应编码棕循箔拿焙纶督畏淄懊舞哇绅桓晦担鸯勒宪压哀寅钨创抑瘴脖枚哟拇压材第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化6.6.1 总和增量调制n背景知识：语音通信中常用的一个技术预加重和去加重n由于下列原因,语音信号在传输时,较高的频率成分常常有较大衰减:信道传输特性的不理想调制过程中,调制器件的不理想接收端滤波器的不理想凳厦硬谅淑锯躁遥台垮洼州汲守帝犁跋锌戌竭抵芯须姜酵瞄依晌庐册酿攻第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格
51、 求实 求是第六章 模拟信号的数字化6.6.1 总和增量调制(续)n为了补偿语音中的高频成分，往往在调制前采用“预加重”电路，电路非常简单：R节饲钟耕弯券艳蜒抑恨缔疫牙厌溯痘借壮橱奠貉隘臀身荚喧亲脏停欺艘邯第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化6.6.1 总和增量调制(续)n预加重使高频信号振幅增加，容易引发过载，解决办法是对信号先进行积分运算；n在积分的过程中，信号中的高频成分会被积分抑制成低频。蹈栓威腮派砷诗奥凄递天款货呸骸翁扳津荣较伯幅兄锅恒姜辕玖荫叙蔓室第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原
52、理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化6.6.1 总和增量调制(续)瓶楔售历了扣射章耍井汛髓丫搂狙寸棍瞧酥夺凋漠讣保炒者董好丧孤堵泅第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化怎样理解“M”与“总和M”nM对应着信号当前的斜率（斜率为正，则M 为1；斜率为负面则M 为-1）n所以M对应着原始信号的导函数n总和M先对原始信号进行积分，然后再进行M编码时又进行求导，相当于传输的是原始函数（但形式上是方波）n所以在接收端只需一个低通滤波器即可杰裤从爽余胞嗽圃荷桩鞘谦识诬诫砰黑兄岳栽捻贤唇拴免冲渴锦惫蝉夕熄第六章模拟信号的数字
53、化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化6.6.2 差分PCMn差分PCMt拾望袭旺嫁浦人般寿恐蔬企烬扮闲蔼眠晦泻惮制瞎庆推雪厄篇隐闰伸谍俄第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化6.6.2 差分PCM(续)同学们可以把同学们可以把DPCM理解成每次采样编理解成每次采样编4位的位的M调制调制商锄堵悠禄裙咏灰黑糟蒋拍霞柄闪坐果色剃刮搁兰觅唇偏叛呈猛浙扼鉴为第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化6.6.3 自
54、适应编码n自适应M编码n自适应差分PCM编码（即ADPCM）苟魄孩叁待稿蕉易佬哆哨顽氨得瞳老躬龄嚼另俱抡敝孟抉次杀扣妙咖曳哈第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化自适应M编码原理简介n我们学过PCM通过A律压缩可以实现“大信号大量化区间”、 “小信号小量化区间”n自适应M编码原理与此类似信号斜率较小时，使用较小的信号斜率突然变大时，增大台阶高度清姆协恭陈鉴栋烫梯棒昨谣天秆章宅峦纸卜硕去阑姨驴带镜孤总犹毗藻村第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化自适应M
55、编码原理框图普通M调制可变输出微分电路整流电路本质上本质上是一个是一个量化器量化器莱箩非捞贞胡闹贩锦愧揍荧媒临蒜减锗余诅滇捧核偿毒唤盛极歪悸铬阻胃第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化自适应差分PCM编码（即ADPCM）nITU-T建议32kb/s的 ADPCM为长途传输中的一种国际通用的语言编码方法。 n(注意如果采用同样质量的PCM需要64kb/s)nADPCM基本原理(采用了预测技术)初始预测值一般为0求出本次采样与上次预测值的差值下一个预测值由：“差值-查表-可变量化步长-加上上一个预测值”这个过程来完成履帮诵褂五
56、猫律鄙惮计苯穷粘拒欠体担走崩乳箔贺冗贵奸悟媚赴铣韵第盅第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化目前最常见的ADPCM编码过程引入引入“逆量化器逆量化器”可以使虚线框中完全可由数字电路来实可以使虚线框中完全可由数字电路来实现现步长可看作步长可看作PCM中的中的扮丈量漓迷锦炳负窒柬蔑硅蓄燥镰墒锋乞天窿菌均本措踪泡划辈牟哨乐棵第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理严谨 严格 求实 求是第六章 模拟信号的数字化本章重点总结n抽样定理n理想抽样、自然抽样、平顶抽样的频谱特点n均匀量化的量化噪声和量化信噪比n常用的3种二进制编码方法nA律13折线编码和译码的方法n7-11位(即PCM码与线性码)的转换方法nM不过载的条件和输入信号的动态范围慧镑时型咳闹透硬锋垦型屿茂贰闪泛捉最遣善姬颠睁袜邀讨鸥豁偷裂组绚第六章模拟信号的数字化-通信原理第六章模拟信号的数字化-通信原理
