通信原理第九章课件
第九章模拟信号的数字传输
1.模拟信号数字化传输的系统框图
模拟信号数字化传输的系统框图如图9-1所示。
A/D和D/A转换的步骤及其作用如表9-1所示。
表9-1A/D和D/A转换的步骤及其作用
典型考研题1(北京科技大学2012年)
简述模拟信号的数字化过程的几个步骤,为什么
答案:模拟信号的数字化的目的是将模拟信号变为二进制数字信号,其步骤是抽样、量化、编码。通过抽样将取值和时间都连续的模拟信号变换为时间离散,取值仍连续的抽样信号;通过量化将时间离散,取值连续的PAM信号变为时间和取值均离散的量化信号,通过编码将时间和取值均离散的量变换为二进制数字信号。
,若以fs2fH的速率对m(t)等间(Ts=1/fs
4.模拟脉冲调制(PAM)
模拟脉冲调制(PAM)如表9-3所示。
(图表见视频)
4.脉冲编码调制(PCM)和DPCM
脉冲编码调制(PCM)和DPCM如表9-4所示。
(图表见视频)
典型考研题2(西安电子科技大学2000年)
均匀量化PCM中,抽样速率为8KHz,当输入信号为零均值且服从均匀分布时,若编码后比特率由16Kb/s 增加到64Kb/s ,则信噪比增加多少dB 。
答案:36
对于均匀量化的信号量噪比
220020lg 6(),2N q q dB
S S M N dB M N N ??==== ? ???其中,M是量化电平数,N是编码位数,故编码位数每增加一位,信噪比改善6dB,均匀量化出来的信号是二进制信号,传码率在数值上等于传信率,故当采样速率是8000Hz,编码后比特率由 16kb/s增加到64kb/s时,编码位数从2位增加到8位,增加了6位,故信噪比改善了36dB。
典型考研题2(西安电子科技大学2009年)
在模拟信号的数字传输中,对话音信号采用13折线A率编码,设最小量化间隔为1个量化单位Δ。
(1)分析第2段和第7段的量化间隔??27v和v;
(2)计算压扩参数A;
(3)若编码器的某个输入抽样脉冲幅度为719Δ,求这时PCM编码器输出的PCM码组。
解:(1)A率13折线的划分结果是,第一段和第二段的长度相等,均为16Δ ,从第三段开始每段长度是前一段的2倍,各段段内又均匀分成16 分,故量化间隔的规律跟各段长度的规律是一样的。由于第二段的长度是16Δ,故量化间隔为Δ;第七段长度是1024Δ,故量化间隔为32Δ。
(2)A率压扩特性曲线是
101ln 1ln 1,11ln {Ax x A A Ax x A A
y <≤++≤≤+=, 很显然,当 1/A ≤0<x,是线性的,由于13折线的第1,2段斜率相同,故第1,2段与 1/A ≤0<x对应,其压扩参数保持不变。 将第二段的终点坐标(1/64,1/4)代入
1ln Ax y A
=+ 可得A=87.6。
(3)
?1
719>0c=1
??????2
3
4
719>128c=1719>512c=1719<1024c=0 段落码为110,故该抽样值位于第六段,段落起始电平为512Δ,
量化间隔为32Δ.
8
??????????????????????????3221210719<512+232=768c5=0719>512+232=640c6=1719>512+232+232=704c7=1719<512+232+232+232=736 c=0所以,传输码组为:11100110,编码器输出电平为704Δ 。
典型考研题3(西安电子科技大学2010年)
已知最高频率为4KHz的模拟信号m(t)在( +1.0~ -1.0伏)量化范围内服从均匀分布,若采用PCM系统对其进行抽样、均匀量化和编码。试问: (1)若要量化信噪比大于30dB,求均匀量化器的量化间隔;
(2)该PCM信号的传码率和最小传输带宽;
(3)传输中产生的误码率-2e
P=10,计算PCM系统输出端的平均信号噪声功率比(00S/N)。
典型考研题4(东北大学2002年)
PCM和ΔM的量化噪声与哪些因素有关用何方法可以防止或减小ΔM的过载
答案:PCM的量化噪声与量化间隔有关,ΔM的量化噪声分一般量化噪声和过载量化噪声,跟译码器的最大跟踪斜率有关。 为了防止或减小ΔM的过载,要求译码器的最大跟踪斜率满足
max
()s dm t f dt σ≤? 典型考研题5(西安电子科技大学2007年)
某简单增量调制系统输入信号 ωmm(t)=Acost,判决器的抽样速率为sf,量
化台阶为σ。
(1)画出该增量调制系统的原理框图;
(2)求该增量调制系统的最大跟踪斜率K和正常编码时输入信号m(t) 的幅度范围;
(3)若本地译码器采用理想积分器,该增量调制系统输出信号P(t)为11-1-1-1111-11,试画出本地译码器输出信号m′(t) 的波形(设初始电平为零);
(4)若抽样速率fs=64kHz,采用16QAM方式传输,试求16QAM信号频谱的主瓣宽度。
解:(1)增量调制系统框图
(2)最大跟踪斜率
max ()/s m K f dm t dt Aw σ=≥=
故正常编码时输入信号的幅度范围是
2s
m f A w σσ
≤≤
(3)本地译码器输出信号波形
(4)增量调制输出信号传码率
Bs
R=f=64Kbaud 该信号为二进制信号,故传信率
b
R=64Kb/s 则16QAM的传码率为
Bb2
R=R/log16=16Kbaud 当占空比为1时,16QAM频谱的主瓣宽度为传码率的2倍,即
B
B=2R=32KHz 5.时分复用(TDM)和PCM30/32路基群帧结构
(1)时分复用(TDM)的原理
定义:利用时间分片方式来实现在同一信道中传输多路信号的方法。 示意和原理图分别如图9-2和9-3所示
(图见视频)
(2)时分复用(TDM)和频分复用(TDM)的比较
①TDM是按时隙来区分信号的复用方式,它复用的各路信号在频域上是重叠的,而在时间上是分开的。
②FDM是按频率来划分信道的复用方式,它复用的各路信号在时间上是重叠的,而在频域上是分开的。
③TDM 中多路信号的复接和分路都是数字电路, 比 FDM 的模拟滤波器分路
简单、可靠且易于集成,成本较低。
④FDM容易受信道非线性的影响,引起路间串话,TDM不易受信道非线性影响。 (3)PCM30/32路基群帧结构
①PCM30/32路基群帧结构如图9-4所示。
②传码率
··??Bs
R=flN=8000328=2048K(波特)时隙宽度
32
()s T τμ≈=3.91s 码元宽度或比特宽度
()8τ
μ≈T=0.488s (4)PCM24路基群帧结构
①PCM24路基群帧结构如图9-5所示。
(图见视频)
②传码率
l )()··(??Bs
R=fN+1=8000248+1=1544K(波特)码元宽度或比特宽度
1
0.647(s)B
T R μ=≈
时隙宽度
8 5.18(s)T τμ=≈
典型考研题1(西安邮电大学2007)
在30/32路PCM数字电话系统的帧结构中,第25路随路信令的位置 A F10子帧,Ts0时隙的前4比特
B F10子帧,Ts16时隙的前4比特
C F10子帧,Ts16时隙的后4比特
D F10子帧,Ts0时隙的后4比特
答案:C
典型考研题2(西南交通大学2005)
设单路语音信号的频率范围为 300 ~3400Hz,对其进行抽样量化编码后变换为二进制数字序列,设抽样速率为8KHz,量化电平数为64,试求:
a)输出二进制数字序列的速率;
b)采用二进制不归零矩形脉冲传输时的第一零点带宽;
c)采用二进制归零矩形脉冲传输时的第一零点带宽,设占空比为0.25;
d)对 10路这样的数字信号进行时分复用传输时,在满足无码间干扰的条件下,传输系统所需的最小带宽。
解:a)由于664=2,所以,编码位数N=6,传码率为
?BsR=fN=80006=48Kbaud
b)二进制不归零脉冲的占空比为1,即τ/T=1。
因此,第一零点带宽就等于
传码率
1
1
48B KHz T τ===
c)当τ/T=时,第一零点带宽为
1
4
192B KHz T τ===
d)10路信号复用后的传码率
8000106480B s R f lN Kbaud ==??=
无码间干扰时,所需的最小带宽即奈奎斯特带宽
2402B
N R
f KHz ==