模拟信号的数字传输-学习总结

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模拟信号与数字信号

模拟信号与数字信号

模拟信号与数字信号(1)模拟信号与数字信号不同的数据必须转换为相应的信号才能进行传输:模拟数据一般采用模拟信号(Analog Signal),例如用一系列连续变化的电磁波(如无线电与电视广播中的电磁波),或电压信号(如电话传输中的音频电压信号)来表示;数字数据则采用数字信号(Digital Signal),例如用一系列断续变化的电压脉冲(如我们可用恒定的正电压表示二进制数1,用恒定的负电压表示二进制数0),或光脉冲来表示。

当模拟信号采用连续变化的电磁波来表示时,电磁波本身既是信号载体,同时作为传输介质;而当模拟信号采用连续变化的信号电压来表示时,它一般通过传统的模拟信号传输线路(例如电话网、有线电视网)来传输。

当数字信号采用断续变化的电压或光脉冲来表示时,一般则需要用双绞线、电缆或光纤介质将通信双方连接起来,才能将信号从一个节点传到另一个节点。

(2)模拟信号与数字信号之间的相互转换模拟信号和数字信号之间可以相互转换:模拟信号一般通过PCM脉码调制(Pulse Code Modulation)方法量化为数字信号,即让模拟信号的不同幅度分别对应不同的二进制值,例如采用8位编码可将模拟信号量化为2^8=256个量级,实用中常采取24位或30位编码;数字信号一般通过对载波进行移相(Phase Shift)的方法转换为模拟信号。

计算机、计算机局域网与城域网中均使用二进制数字信号,目前在计算机广域网中实际传送的则既有二进制数字信号,也有由数字信号转换而得的模拟信号。

但是更具应用发展前景的是数字信号。

信号数据可用于表示任何信息,如符号、文字、语音、图像等,从表现形式上可归结为两类:模拟信号和数字信号。

模拟信号与数字信号的区别可根据幅度取什是否离散来确定。

模拟信号指幅度的取值是连续的(幅值可由无限个数值表示)。

时间上连续的模拟信号连续变化的图像(电视、传真)信号等,如图1-1(a)所示。

时间上离散的模拟信号是一种抽样信号,如图1-1(b)所示,它是对图1-1(a)的模拟信号每隔时间T抽样一次所得到的信号,虽然其波形在时间上是不连续的,但其幅度取值是连续的,所以仍是模拟信号,称之为脉冲幅度调制(PAM,简称脉幅调制)信号。

模拟信号的数字化传输-PCM编码

模拟信号的数字化传输-PCM编码

模 拟信号 的数字化传输概括起来 是经过三个过程 一抽样 、 量化 P C M就 能够确保 信号绝对不 失真 , P C M也 只能做 到最大 程度 的接 和编码 , 以实现语音等模 拟信号数字化 的编码调制传输 。 近原模拟信号。我们而 习惯性 的把 MP 3列入有损音频编码范畴 , 是 1 抽 样 相对 P C M编码 的,在 当今 的网络时代 , M P 3适应 了网络传输要 求的 抽样是把 时间轴上 连续的模拟信 号 以其信 号带宽 2倍 及其 以 容量小传输快的特点, 但由于其是压缩格式, 所 以会造成一 部分声音 上的频率提取样 值 ,变为在时 间轴 上一个个离散 的抽样信 号的过 的损失 , 我们称之为失真 , 根据我们现 在的技术 , 要做 到真 正的无损 程。例如 , 语音信号带 宽通 常是在 3 . 4 k H z 以内 , 用其二 倍的带宽大 是困难的 , 就像我们很难用一个精确的数字去表达 圆周率一样 。根 概8 k H z 的抽样频率进行抽样 ,就可获得能取代原来连续话音信号 据 P C M编码的定义 , 我 们要 算 一 个 P C M 音 频 流 的 码 率 采 用 的 公 式 的抽 样信 号 。对 抽 样 信 号 进 行 检 波 和 平 滑 滤 波 , 即可 还 原 出原 来 的 是“ 采样率值 ×采样大小值” , 而音频流一般采用 的是 双声 道或多声 模 拟信 号 。 道, 所 以还要乘 以声道数 ,单位为 b p s 。一个采样率为 4 4 . 1 K Hz , 采 语音 作为一种波 , 因此它也有波的频率和振 幅的这些特征 。语 样大小为 1 6 b i t , 双声 道的 P C M 编码的音频文件 , 我 们套用公式 , 则 音波的模 拟信号是无 限顺滑 的, 所 以波 的弦线可 以看成 由无数 的点 数据速率为 4 4 . 1 K×1 6 x 2= 1 4 1 1 . 2 K b p s , 这个参数 也被 称为数据 组成 , 由于存储 空间的相 对有 限性 , 不 可能把每个点都储存起来 , 因 带宽 , 它和 A D S L中的带宽是一个概 念。我们知道一个 字节 有 8位 , 此在数字编码 过程 中 , 必须对弦线的点进行采样 , 有 取有舍 , 采样过 将 码 率 除 以 8 ,就 可 以得 到 这 个 P C M码 的真正数据 速率 , 即 程就是取舍 的过程 , 以一个特定 的频率 抽取某些点 的数值 , 显然在 1 7 6 . 4 K B y e / s 。这 表示存 储一秒 钟采样 率 为 4 4 . 1 K H z ,采 样大 小为 定时 间内内抽取的点数越 多 , 获得 的信息就更为 丰富 , 也能更好 1 6 b i t , 双声 道的 P C M编码 的音 频信号 , 需要 1 7 6 K B的空间 , 1分钟 的复原波 形, 为了复原波 形 , 要求在 一次振动 中必须至少抽 样二个 则 约为 1 0 M, 1 0 0分钟则约为 1 G, 这还只是音频文件 , 如果加上视频 点, 我们人 耳所能 听到的最高频 率为 2 0 k H z , 也 就是声波 的一秒钟 文件 , 恐怕现在也 只有蓝光才 能有 这样 的容量存储下体积如此 庞大 的振动频率 为 2 0 K次 , 因此要 满足人耳 的听觉要求 , 则 至少需要每 的音视频文件 。同时如果让光纤 / 同轴作为音频 输出带宽会严 重不 秒进行 4 0 k次采样才能 基本记 录原语 音波形 的信息 , 而要更真 实的 足 ,当然 如今配合高带宽的 H D MI 传输 , 7 . 1声道 P C M输 出都是可 还原波形, 则需要更高频率的采 样 , 我们现在普通 C D的采样频 率为 以轻松达到 的!为 了更好的存储和传输这样高码 率的音频文件 , 只 4 4 . 1 K H z , 而D V D的 采 样频 率有 4 8 K H z , 9 6 K H z , 1 9 2 K H z 。 有 采用各种压缩方案 , 由于用 途和针对 的 目标 市场不 一样 , 各种 音 2 量 化 频 压缩编码所达 到的音质和压缩 比也 都不一样 。 由此我 们在 原来 抽样后的信号虽然变为 了时间轴上一个一个离散 的信号 , 但仍 D o l b y和 D T S压 缩 编 码 的 基 础 上 , 产 生 了新 的 D o l b y T r u e HD和 D T S 然是模拟信号 , 因为其样值在一定 的取值范 围内 , 可有 无限多个值, H D编码 ,在保证音质和减少存储空 间方面尽量做到 了一个相 对平 而对无限个样值一一给出数 字码组来对应是不可能的。 为 了能能够 衡 。 做 到用数字码表示样 值 , 我们 一般是把样值分 级取整 , 采用 的方法 参 考 文 献 般是 四舍五人 , 使一定取值 范围内的样值 由无 限多个值 变为有限 『 1 1 张毅 勇. 模拟信号 P c M 编码 的实现『 J 1 . 甘肃冶金 , 2 0 0 7 / 0 6 , P 1 . 个值 。量 化电平数 一般 为 2的整数次方 ,我们常见 的 a u d i o C D为 【 2 】 董鹏 伟. 视频 信号 的 P C M编码 原理及 参数选择 [ J ] . 机 电新产 品导 1 6 b i t的 量 化 大 小 , 即 2的 1 6次 方 ,而 D V D 的 量 化 精 度 有 报 1 9 9 9 / z 2 P1 . 1 6 b i t , 2 0 b i t , 2 4 b i t 等。 量化后 的抽样信号与量化前 的抽样信号相 比较 , 因为取整而舍

模拟信号与数字信号知识介绍

模拟信号与数字信号知识介绍
4 3 2 1 0 A B C
模拟信号
3V
模数转换器 0 000 001 1 数字输出
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
t/ms
0000 0100 0000 0011 0000 0010
1.1.4.数字信号的描述方法
1. 二值数字逻辑及其表示 二值数字逻辑 在数字电路中, 0、1组成二进制数可以表示数量大小,也 可以表示两种对立的逻辑状态。 0、1表示的两种对立逻辑状态的逻辑关系----二值数字逻辑 表示方式 (1) 在电路中用低、高电平表示0、1两种逻辑状态
常用方法是“按权相加”。 二、十进制数转换成二进制数: 小数部分 1. 整数部分用“辗转相除” 法: 将十进制数连续不断地除以2 , 直至商为零, 所得余数由低位到高位排列,即为所求二进制数 2 .小数部分用“辗转相乘”法:
整数部分
例如: (11)10==( ? )2
2 2 2 2 11 5 2 1 0
二、一般表达式:
系数
( N )10
i
K 10 ,
i i
位权

K i [0 9]
在数字电路中,计数的基本思想是要把电路的状 态与数码一一对应起来。显然,采用十进制是十分不 方便的。它需要十种电路状态与之对应。要想严格区 分这十种状态是很困难的。
1.2. 2
一、特点
二进制
六、优点 :
十六进制在数字电路中,尤其在计算机中得到广泛的应用, 因为:
第一、与二进制之间的转换容易
第二、计数容量较其它进制都大。假如同样采用四位数码, 二进制最多可计至 1111
B
= 15

第三章模拟信号的数字化传输

第三章模拟信号的数字化传输
均匀量化: 数字通信过程中,量化实际上是将模拟信号取样后,可用2n个离散电平值来表示PAM的样值幅度变化,并且经量化后,每一个连续样值都将被 这些离散值所取代,这些电平被称为量化电平,用量化电平取代每个取样值的过程称为量化。
非均匀量化:所谓非均匀量化,指当信号幅度小时,量化台阶也小,信号幅度大时,量化台阶也大,以改善量化性能。
• 3.2.4 自适应差分脉冲编码调制
● 发展过程:1972年CCITT制定了G.711 64kb/s PCM语音编码标准,CCITT G.711A规 定的A律和μ律PCM采用非线性量化,在64kb/s的速率语音质量能够达到网络等级,当前 已广泛应用于各种数字通信系统中。由于它是一维统计语音信号,当速率进一步减小时, 将达不到网络等级所要求的话音质量。对于许多应用,尤其在长途传输系统中,64kb/s 的速率所占用的频带太宽以至通信费用昂贵,因此人们一直寻求能够在更低的速率上获 得高质量语音编码质量的办法。于是在1984年CCITT又提出了32kb/s标准的G.721 ADPCM 编码。ADPCM充分地使用了语音信号样点间的相关性,利用自适应预测和量化来解决语 音信号的非平稳特点,在32kb/s速率上能够给出符合公用网的要求的网络等级语音质量。
• PCM是一种最典型的语音信号数字化的波形编码方式,其系统原理,首先,在发送端 进行波形编码 (主要包括抽样、量化和编码三个过程),把模拟信号变换为二进制码
组。编码后的PCM码组的数字传输方式可以是直接的基带传输,也可以是调制后的调
制传输。在接收端,二进制码组经译码后还原为量化后的样值脉冲序列,然后经低通
P6
+
1)
8
×本段长度
第8个比较电平=本段的起始电平+(1
2

通信原理第6章 模拟信号的数字传输

通信原理第6章 模拟信号的数字传输

可见:量化电平增加一倍,即编码位数每增加一位, 量化信噪比提高6分贝。
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第6章 模拟信号的数字传输
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6.1.2 量化
对于正弦信号,大信号出现概率大,故量化信噪比近
似为

Sq Nq
dB

6k

2
(dB)
对于语音信号,小信号出现概率大,故量化信噪比近 似为
取样定理描述:一个频带限制在 0 ~ f H内的连续信

m(t ) ,如果取样速率
fs

2
f
,则可以由离散样值
H
序列ms (t)无失真地重建原模拟信号 m(t) 。
取样定理证明:
ms (t) m(t) Ts (t)
M s ( f ) M ( f ) Ts ( f )
Ts ( f )
第6章 模拟信号的数字传输
1、数字通信有许多优点:
抗干扰能力强,远距离传输时可消除噪声积累 差错可控,利用信道编码可使误码率降低。 易于和各种数字终端接口中; 易于集成化,使通信设备小型化和微型化 易于加密处理等。
2、实际中有待传输的许多信号是模拟信号
语音信号; 图像信号; 温度、压力等传感器的输出信号。
于前一个时刻的值上升一个台阶;每收到一个代码 “0”就下降一个台阶。 编码和译码器
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第6章 模拟信号的数字传输
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6.2.2 △M系统中的噪声
采用△M实现模拟信号数字传输的系统称为△M系统
△M系统中引起输出与输入不同的主要原因是:量化 误差和数字通信系统误码引起的误码噪声。
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第6章 模拟信号的数字传输

通信原理-05模拟信号的数字传输

通信原理-05模拟信号的数字传输

极性码 段落码 段内码
C1
C2C3C4
C5C6C7C8
Q=256
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24
段号 段落码
1
000
2
001
3
010
4
011
5
100
6
101
7
110
8
111
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段号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
段内码
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
(c)
t
f
s
1 Ts
0 (f)
f
图 7.2.3 取 样 定 理 的 时 间 函 数 和 对 应 的 频 谱 图
奈奎斯特取样速率 fs 2fH奈奎斯特取样间隔 Ts 1/ fs
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9
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M(f)
fH (d) fH Ts ( f )
f
s
1 Ts
(e)
Ms(f )
f
s
1 Ts
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输入x 1
20
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21
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22
5.1.3 编码
量化电平编号
自然二进制码
折叠二进制码
格雷码
0
0000
0111
0000
1
0001
0110
0001
2
0010
0101
0011
3
0011

数字信号传输与模拟信号传输的比较

数字信号传输与模拟信号传输的比较

数字信号传输与模拟信号传输的比较随着科技的进步与发展,无线通信以及数据传输方式也得到了极大的改善。

在通信领域中,数字信号传输与模拟信号传输是两种常见的方式。

本文将比较数字信号传输与模拟信号传输的优缺点,并分析其应用范围。

(一)数字信号传输与模拟信号传输的基本概念和原理1. 数字信号传输:数字信号是离散信号,它的状态是由一系列离散值组成的。

在传输过程中,数字信号可以通过编码和译码的方式将信号转换为二进制数字,再通过通信介质传输。

2. 模拟信号传输:模拟信号是连续信号,它的状态可以在一个连续范围内取值。

模拟信号的传输是通过传感器将信号转换为电压或电流的变化,并通过通信介质传输。

(二)1. 噪音抗干扰能力:- 数字信号传输的优点在于它具有较高的噪音抗干扰能力。

由于数字信号是离散的,因此在传输过程中能够更好地抵抗噪音的干扰。

而模拟信号由于其连续性,对于噪音和干扰更加敏感。

2. 信号传输的准确性:- 数字信号的传输准确性较高,由于其离散性,数字信号的传输不容易发生失真。

而模拟信号的传输容易受到干扰,可能会发生失真现象。

3. 传输距离:- 数字信号的传输距离相对较远,通过使用中继设备和调制解调器等方式可以将信号传输到更远的地方。

而模拟信号的传输距离相对较短,传输距离受到信号衰减和干扰的影响。

4. 带宽利用:- 数字信号传输可以更有效地利用带宽资源,通过压缩和编码技术,数字信号传输可以在相同的带宽下传输更多的信息。

而模拟信号传输由于其连续性,需要使用较宽的频带来传输相同数量的信息。

(三)数字信号传输与模拟信号传输的应用范围1. 数字信号传输的应用范围:- 数字信号传输主要应用于各种数字通信领域,包括移动通信、互联网、数字电视、数字广播以及以太网等。

数字信号传输对于数据的精确传输非常重要,可以更好地抵抗干扰。

2. 模拟信号传输的应用范围:- 模拟信号传输广泛应用于音频和视频领域,如模拟音频传输、视频传输、无线电广播等。

通信原理第一章小结

通信原理第一章小结

通信原理第一章小结通信原理是一门介绍通信系统基本原理和技术的学科。

本文将对通信原理第一章内容进行小结,包括通信系统的基本构成、模拟信号与数字信号的特点以及常用的调制技术。

一、通信系统的基本构成通信系统是由发送机、信道和接收机组成的。

发送机将信息转化为信号,并通过信道传输到接收机,接收机将信号恢复为信息。

在通信系统中,发送机的主要任务是将信息转化为便于传输的信号。

信道是信息传输的媒介,可以是有线传输线路、光纤或者无线信道等。

接收机负责将接收到的信号恢复为原始的信息。

二、模拟信号与数字信号的特点1. 模拟信号模拟信号是一种连续的信号,它的取值可以是任意的实数。

模拟信号可以通过不同的方式表示,例如电压、电流或者声音的振幅。

模拟信号具有以下特点:•连续性:模拟信号在时间和幅度上都是连续变化的。

•无失真传输:模拟信号在传输过程中不会发生形状或幅度的变化。

2. 数字信号数字信号是一种离散的信号,它的取值只能是离散的整数。

数字信号通过采样和量化将连续的模拟信号转化为离散的信号。

数字信号具有以下特点:•离散性:数字信号在时间和幅度上都是离散的。

•误差累积:数字信号在采样和量化过程中会引入误差,这些误差会随着传输的进行不断累积。

三、常用的调制技术调制是指将原始信号转换为适合传输的信号。

常用的调制技术包括模拟调制和数字调制。

1. 模拟调制模拟调制是指通过改变载波的某些参数来表示原始信号的调制技术。

常见的模拟调制技术有: - 幅度调制(AM):通过改变载波的振幅来表示原始信号。

- 频率调制(FM):通过改变载波的频率来表示原始信号。

- 相位调制(PM):通过改变载波的相位来表示原始信号。

2. 数字调制数字调制是指将原始信号转换为离散的数字信号的调制技术。

常见的数字调制技术有: - 脉冲调制(PAM):通过改变脉冲的幅度来表示数字信号。

- 正交幅度调制(QAM):通过改变两个正交载波的幅度和相位来表示数字信号。

- 正交频分复用(OFDM):将数字信号分成多个子载波进行传输。

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采用 TDM 制的数字通信系统,在国际上已逐步建立起标准。原则上是先把一定路数的 电话语音复合成一个标准数据流(称为基群),然后再把基群数据流采用同步或准同步数字复 接技术汇合成更高速的数据信号。按传输速率不同,分别称为基群、二次群、三次群、四次 群等。每一种群路可以用来传送多路电话,也可以用来传送其它相同速率的数字信号。
图 2 PCM 通信系统的组成方框图 掌握逐次反馈型线性编码器 PCM 系统的抗噪声性能
1 量化噪声对系统的影响
PCM 系统输出端的量化信号与量化噪声的平均功率比为
对于二进制编码,设其编码位数为 ,则上式又可写为
2 加性噪声对系统的影响
仅考虑信道加性噪声时 PCM 系统的输出信噪比为
从上式可以看出,由于误码引起的信噪比与误码率成反比。 PCM 系统接收端输出信号的总信噪比 由式(7.6-3)、式(7.6-4)和式(7.6-7),可求得 PCM 系统输出端总的信号噪声功率比为
PCM 和△M 系统的性能比较
PCM 和△M 的性能比较是在相同的信道带宽条件下进行的,这意味着 PCM 和△M 系统 具有相同的信道传输速率,此时可得 PCM 和△M 的量化信噪比分别为
图 3 给出了不同 值时的 PCM 和△M 的性能曲线。
图 3 不同 值时的 PCM 和△M 的性能曲线
时分多路复用
式中 E 为统计平均, 为量化器输出的信号功率, 为量化噪声功率。
非均匀量化
非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间,其量化 间隔也;反之,量化间隔就大。它与均匀量化相比,有两个主要的优点:
当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度时,非均匀量化器的输出端 可以较高的平均信号量化噪声功率比;
(7.6-9)
在接收端输入大信噪比的情况下,误码率 将极小,于是 似为
,式(7.6-9)近
(7.6-10)
这与式(7.6-6)中只考虑量化噪声情况下的系统输出信噪比是相同的。
在接收端输入小信噪比的情况下,有
,则式(7.6-9)又可近似为
(7.6-11)
这与式(7.6-8)中只考虑噪声干扰时系统的输出信噪比是相同的。由于在基带传输时误码 率降到 以下是不难的,所以此时通常用式(7.6-10)来估算 PCM 系统的性能。
在数字通信中,PCM、△M、DPCM 或者其它模拟信号的数字化传输,一般都采用时分 复用方式来提高信道的传输效率。时分复用的主要特点是利用不同时隙在同一信道传输各路 不同信号。TDM 方法有两个突出的优点: (1) 多路信号的复合与分路都是数字电路,比 FDM 的模拟滤波器分路简单、可靠; (2) 信道的非线性会在 FDM 系统中传送交调失真与高次谐波,引起路际串话,因此对信道 的非线性失真要求很高。而 TDM 系统的非线性失真要求可降低。

模拟信号的量化
图 1 模拟信号的数字传输
利用预先规定的有限个电平来表示模拟抽样值的过程称为量化。抽样是把一个时间连续、 幅度连续信号变换成时间离散、幅度连续的信号。量化是将时间离散、状态连续的抽样变换 成时间离散、状态离散的信号。 对模拟抽样值的量化过程会产生误差,称为量化误差,通 常用均方误差来度量。由于这种误差的影响相当于干扰或噪声,故又称其为量化噪声。量化 后的信号与原信号近似程度的好坏,通常用信号量化噪声功率比来衡量,它被定义为
PCM30/32 路基群帧结构
国际上通用的 PCM 有两种标准:PCM30/32 路与 PCM24 路,两者编码规则与帧结构都 相同。在 PCM30/32 路基群中,一帧共有 32 个时隙,其帧结构如图 4 所示( 动画演示)。
每路话音信号抽样速率为 8000Hz,则 PCM30/32 路系统总的信息传输速率为
模拟信号的数字传输
--学习重点总结报告
课程名称:通信原理 院系专业: 班 级: 学生姓名: 学 号: 完成时间:
通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统两类,而且可以把模拟信号数字化后, 用数字通信方式传输。为了在数字通信系统中传输模拟消息,发送端首先应将模拟消息的信 号抽样,使其成为一系列离散的抽样值,然后再将抽样值量化为相应的量化值,并经编码变 换成数字信号,用数字通信方式传输,在接收端则相应地将接收到的数字信号恢复成模拟消 息。模拟信号的数字传输方框图如图 1 所示。
非均匀量化时,量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。因此, 量化噪声对大、小信号的影响大致相同,即改善了小信号时的量化信噪比。
非均匀量化的实现方法是将抽样值通过压缩器压缩后再进行均匀量化。广泛采用的两种 对数压缩律是:
脉冲编码调制
脉冲编码调制原理 模拟信息源输出的模拟信号经抽样和量化后得到的输出电平序列可以利用 进制 PAM 直接进行传输,也可以将每一种量化电平用编码方式传输。所谓脉冲编码调制,就是 将模拟信号的抽样量化值转换成二进制码组的过程。PCM 通信系统的组成方框图如图 2 所 示。输入的模拟信号经抽样、量化、编码后变换成数字信号,经信道传送到接收端的译码器, 由译码器还原出抽样值,再经低通滤波器滤出模拟信号。其中,量化与编码的组合通常称为 A/D 变换器;而译码与低通滤波的组合称为 D/A 变换。
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