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1、通信原理第第6 6章章 模拟信号模拟信号 数字化与数字化与PCMPCM7/30/20241电子科技大学通信学院第6章 模拟信号数字化与PCM 模拟信号的数字化是通信与信息处理的基础技术。电话通信系统主要采用PCM（脉冲编码调制）技术实施语音信号的数字化。数字化过程由抽样、量化与编码三个基本环节组成数字化过程由抽样、量化与编码三个基本环节组成：7/30/20242电子科技大学通信学院第6章 模拟信号数字化与PCM 本章目录：本章目录：6.1 模拟信号的抽样6.2 均匀量化与最佳量化6.3 量化信噪比与对数量化6.4 脉冲编码调制6.5 *差分脉冲编码调制与增量调制6.6 时分复用7/30/202
2、43电子科技大学通信学院6.1 模拟信号的抽样7/30/20244电子科技大学通信学院6.1 模拟信号的抽样7/30/20245电子科技大学通信学院6.1 模拟信号的抽样7/30/20246电子科技大学通信学院6.1 模拟信号的抽样7/30/20247电子科技大学通信学院6.1 模拟信号的抽样7/30/20248电子科技大学通信学院6.1 模拟信号的抽样n从抽样信号中还原原始信号1、频域法2、时域法 对上式两边进行傅氏反变换，可得时域恢复法的表达式。7/30/20249电子科技大学通信学院6.1 模拟信号的抽样7/30/202410电子科技大学通信学院6.1 模拟信号的抽样时域恢复示意图7/3
3、0/202411电子科技大学通信学院6.1 模拟信号的抽样7/30/202412电子科技大学通信学院6.1 模拟信号的抽样平顶采样的数学模型：对于宽度为 的方波函数孔径失真7/30/202413电子科技大学通信学院6.1 模拟信号的抽样7/30/202414电子科技大学通信学院6.1 模拟信号的抽样7/30/202415电子科技大学通信学院6.1 模拟信号的抽样7/30/202416电子科技大学通信学院6.1 模拟信号的抽样7/30/202417电子科技大学通信学院6.1 模拟信号的抽样对于理想采样7/30/202418电子科技大学通信学院6.1 模拟信号的抽样书上公式中的书上公式中的 n 相
4、当于相当于 nmax1由公式可以看出：由公式可以看出：1、n0时，相当于低通采样定理。时，相当于低通采样定理。2、可用的采样频率范围是不连续的。、可用的采样频率范围是不连续的。3、当、当fL，fH 是是 B 的整数倍时，满足的整数倍时，满足2Bfs工程中常用几何平均值：工程中常用几何平均值：7/30/202419电子科技大学通信学院6.1 模拟信号的抽样7/30/202420电子科技大学通信学院6.1 模拟信号的抽样求上例中的可使用采样频率范围。求上例中的可使用采样频率范围。将将n0 0，1 1 代入公式代入公式7/30/202421电子科技大学通信学院6.2 均匀量化与最佳量化7/30/20
5、2422电子科技大学通信学院6.2 均匀量化与最佳量化7/30/202423电子科技大学通信学院6.2 均匀量化与最佳量化7/30/202424电子科技大学通信学院6.2 均匀量化与最佳量化7/30/202425电子科技大学通信学院6.2 均匀量化与最佳量化注意：分层电平注意：分层电平xi和输出量化电平的取值空间。和输出量化电平的取值空间。公式中的假设为：公式中的假设为：7/30/202426电子科技大学通信学院6.2 均匀量化与最佳量化7/30/202427电子科技大学通信学院6.2 均匀量化与最佳量化n均匀量化器的量化误差均匀量化器的量化误差假设：假设：输入采样电平在输入采样电平在V V，
6、V V之间均匀分布。之间均匀分布。令：令：7/30/202428电子科技大学通信学院6.2 均匀量化与最佳量化均匀量化器是均匀量化器是V，V均匀分布信号的最佳量化器均匀分布信号的最佳量化器7/30/202429电子科技大学通信学院6.2 均匀量化与最佳量化n均匀量化器对平坦非均匀分布输入的量化噪声功率均匀量化器对平坦非均匀分布输入的量化噪声功率 输入进入量化区间的概率为：输入进入量化区间的概率为：量化噪声功率为：量化噪声功率为：7/30/202430电子科技大学通信学院6.3 量化信噪比与对数量化7/30/202431电子科技大学通信学院6.3 量化信噪比与对数量化6.3.1 6.3.1 量化
7、信噪比量化信噪比n信噪比定义信噪比定义对于均匀量化器而言，量化噪声是常数，与信号无关。对于均匀量化器而言，量化噪声是常数，与信号无关。量化器设计时，量化器设计时，-V，V尽可能接近信号的最小、最大值。尽可能接近信号的最小、最大值。7/30/202432电子科技大学通信学院6.3 量化信噪比与对数量化7/30/202433电子科技大学通信学院6.3 量化信噪比与对数量化对于对于 A A，AA上上均匀分布的信号：均匀分布的信号：7/30/202434电子科技大学通信学院6.3 量化信噪比与对数量化7/30/202435电子科技大学通信学院6.3 量化信噪比与对数量化假设信号为均匀分布假设信号为均匀
8、分布7/30/202436电子科技大学通信学院6.3 量化信噪比与对数量化7/30/202437电子科技大学通信学院6.3 量化信噪比与对数量化n信号的动态范围是指最大信号功率与最小功率之比信号的动态范围是指最大信号功率与最小功率之比通常用通常用dB值表示值表示通常考虑信号动态范围时，量化器的设计要求为：通常考虑信号动态范围时，量化器的设计要求为：1、最大信号不过载。、最大信号不过载。2、最小信号满足信噪比要求、最小信号满足信噪比要求例：假设信号为正弦波，动态范围为例：假设信号为正弦波，动态范围为40dB。信噪。信噪比不低于比不低于25dB，设计均匀量化器。，设计均匀量化器。7/30/2024
9、38电子科技大学通信学院6.3 量化信噪比与对数量化设信号表达式为设信号表达式为n必须是整数，进位取整得必须是整数，进位取整得n1111如果没有动态范围要求，如果没有动态范围要求，n4 4就能满足信噪比要求就能满足信噪比要求7/30/202439电子科技大学通信学院6.3 量化信噪比与对数量化7/30/202440电子科技大学通信学院6.3 量化信噪比与对数量化7/30/202441电子科技大学通信学院6.3 量化信噪比与对数量化7/30/202442电子科技大学通信学院6.3 量化信噪比与对数量化7/30/202443电子科技大学通信学院6.3 量化信噪比与对数量化7/30/202444电子
10、科技大学通信学院6.3 量化信噪比与对数量化7/30/202445电子科技大学通信学院6.3 量化信噪比与对数量化7/30/202446电子科技大学通信学院6.4 脉冲编码调制7/30/202447电子科技大学通信学院6.4 脉冲编码调制 7/30/202448电子科技大学通信学院6.4 脉冲编码调制量化编码实现方案量化编码实现方案7/30/202449电子科技大学通信学院6.4 脉冲编码调制13比特均匀量化对数编码7/30/202450电子科技大学通信学院6.4 脉冲编码调制7/30/202451电子科技大学通信学院13折线7/30/202452电子科技大学通信学院已知量化器的特性及量化电平
11、，求对数编码问题 对数编码实际上是求采样电平落于哪个段（段落码），这个段的第几个量化区间（段落码），以及采样电平的正负（符号码）问题。1、首先根据电平的正负确定符号位。2、将电平绝对值归一化。x=|s|/V。3、根据1/2分段确定段落码。段节点为 0, 2-7 , 2-6, . , 2-14、段内码为 ：（x-段起点）/段内分段长度7/30/202453电子科技大学通信学院6.4 脉冲编码调制7/30/202454电子科技大学通信学院 X轴上最小段长度为1/128，再分16等分，最小量化区间长度为1/2048，以此为单位表示x轴上的坐标。注意：段内量化区间长度=段起点/167/30/20245
12、5电子科技大学通信学院7/30/202456电子科技大学通信学院6.4 脉冲编码调制n1313比特线性码比特线性码 根据对数量化区间的分割，各分段的长度为：根据对数量化区间的分割，各分段的长度为：每分段等分每分段等分16各区间，于是最小区间长度为各区间，于是最小区间长度为考虑量化输出电平位于量化区间的中间，若要考虑量化输出电平位于量化区间的中间，若要描述输出值，分辨率为描述输出值，分辨率为 ，考虑正负极性，因此需，考虑正负极性，因此需13比特线性码描述。比特线性码描述。7/30/202457电子科技大学通信学院6.4 脉冲编码调制n线性码与对数码的对应关系7/30/202458电子科技大学通信
13、学院归一化电平值，归一化电平值，0.72、0.008、0.003方法方法1方法方法27/30/202459电子科技大学通信学院6.4 脉冲编码调制7/30/202460电子科技大学通信学院6.4 脉冲编码调制7/30/202461电子科技大学通信学院6.4 脉冲编码调制7/30/202462电子科技大学通信学院6.4 脉冲编码调制7/30/202463电子科技大学通信学院6.5 *差分脉冲编码调制与增量调制7/30/202464电子科技大学通信学院6.5 *差分脉冲编码调制与增量调制7/30/202465电子科技大学通信学院6.5 *差分脉冲编码调制与增量调制7/30/202466电子科技大学
14、通信学院6.5 *差分脉冲编码调制与增量调制7/30/202467电子科技大学通信学院6.5 *差分脉冲编码调制与增量调制7/30/202468电子科技大学通信学院6.5 *差分脉冲编码调制与增量调制7/30/202469电子科技大学通信学院6.5 *差分脉冲编码调制与增量调制7/30/202470电子科技大学通信学院6.5 *差分脉冲编码调制与增量调制7/30/202471电子科技大学通信学院6.5 *差分脉冲编码调制与增量调制7/30/202472电子科技大学通信学院6.5 *差分脉冲编码调制与增量调制7/30/202473电子科技大学通信学院6.5 *差分脉冲编码调制与增量调制7/30/
15、202474电子科技大学通信学院6.5 *差分脉冲编码调制与增量调制7/30/202475电子科技大学通信学院6.6 时分复用7/30/202476电子科技大学通信学院6.6 时分复用7/30/202477电子科技大学通信学院6.6 时分复用7/30/202478电子科技大学通信学院6.6 时分复用7/30/202479电子科技大学通信学院6.6 时分复用7/30/202480电子科技大学通信学院6.6 时分复用7/30/202481电子科技大学通信学院6.6 时分复用7/30/202482电子科技大学通信学院6.6 时分复用7/30/202483电子科技大学通信学院6.6 时分复用7/30/202484电子科技大学通信学院6.6 时分复用7/30/202485电子科技大学通信学院6.6 时分复用7/30/202486电子科技大学通信学院6.6 时分复用7/30/202487电子科技大学通信学院6.6 时分复用7/30/202488电子科技大学通信学院6.6 时分复用7/30/202489电子科技大学通信学院
