通信原理课件——第四章
合集下载
通信原理课件第四章 数字信号的基带传输
和零电平，或负电平和零电平。在表示一个码元时，电压均无需回到零，故称不归零 码。它有如下特点。
(1) 发送能量大，有利于提高接收端信噪比； (2) 在信道上占用频带较窄； (3) 有直流分量，将导致信号的失真与畸变；且由于直流分量的存在，无法 使用一些交流耦合的线路和设备； (4) 不能直接提取位同步信息； (5) 接收单极性NRZ码的判决电平应取“1”码电平的一半。
11
6. 交替极性(AMI)码 AMI是交替极性(Alternate Mark Inversion)码。这种码名称较多，如双极方 式码、平衡对称码、信号交替反转码等。 此方式是单极性方式的变形， 即把单 极性方式中的“0”码仍与零电平对应，而“１”码对应发送极性交替的正、负电 平， 如图6 - 1(f)所示。这种码型实际上把二进制脉冲序列变为三电平的符号序 列(故叫伪三元序列)， 其优点如下： (1) 在“1”、“0”码不等概率情况下，也无直流成分， 且零频附近低频分 量小。因此，对具有变压器或其他交流耦合的传输信道来说，不易受隔直特性影 响。
3
4.1.1 数字基带信号的常用码型
传输码型的选择，主要考虑以下几点： (1) 码型中低频、 高频分量尽量少； (2) 码型中应包含定时信息， 以便定时提取； (3) 码型变换设备要简单可靠； (4) 码型具有一定检错能力，若传输码型有一定的规律性，则就可根据这一规 律性来检测传输质量，以便做到自动监测。
9
4） 双极性归零(RZ)码 双极性归零码构成原理与单极性归零码相同，如图6 - 1(d)所示。 “1”和“0” 在传输线路上分别用正和负脉冲表示， 且相邻脉冲间必有零电平区域存在。因此， 在接收端根据接收波形归于零电平便知道1比特信息已接收完毕， 以便准备下一比 特信息的接收。所以，在发送端不必按一定的周期发送信息。 可以认为正负脉冲 前沿起了启动信号的作用，后沿起了终止信号的作用, 因此，可以经常保持正确的 比特同步。 即收发之间无需特别定时，且各符号独立地构成起止方式， 此方式也 叫自同步方式。此外，双极性归零码也具有双极性不归零码的抗干扰能力强及码中 不含直流成分的优点。双极性归零码得到了比较广泛的应用。
(1) 发送能量大，有利于提高接收端信噪比； (2) 在信道上占用频带较窄； (3) 有直流分量，将导致信号的失真与畸变；且由于直流分量的存在，无法 使用一些交流耦合的线路和设备； (4) 不能直接提取位同步信息； (5) 接收单极性NRZ码的判决电平应取“1”码电平的一半。
11
6. 交替极性(AMI)码 AMI是交替极性(Alternate Mark Inversion)码。这种码名称较多，如双极方 式码、平衡对称码、信号交替反转码等。 此方式是单极性方式的变形， 即把单 极性方式中的“0”码仍与零电平对应，而“１”码对应发送极性交替的正、负电 平， 如图6 - 1(f)所示。这种码型实际上把二进制脉冲序列变为三电平的符号序 列(故叫伪三元序列)， 其优点如下： (1) 在“1”、“0”码不等概率情况下，也无直流成分， 且零频附近低频分 量小。因此，对具有变压器或其他交流耦合的传输信道来说，不易受隔直特性影 响。
3
4.1.1 数字基带信号的常用码型
传输码型的选择，主要考虑以下几点： (1) 码型中低频、 高频分量尽量少； (2) 码型中应包含定时信息， 以便定时提取； (3) 码型变换设备要简单可靠； (4) 码型具有一定检错能力，若传输码型有一定的规律性，则就可根据这一规 律性来检测传输质量，以便做到自动监测。
9
4） 双极性归零(RZ)码 双极性归零码构成原理与单极性归零码相同，如图6 - 1(d)所示。 “1”和“0” 在传输线路上分别用正和负脉冲表示， 且相邻脉冲间必有零电平区域存在。因此， 在接收端根据接收波形归于零电平便知道1比特信息已接收完毕， 以便准备下一比 特信息的接收。所以，在发送端不必按一定的周期发送信息。 可以认为正负脉冲 前沿起了启动信号的作用，后沿起了终止信号的作用, 因此，可以经常保持正确的 比特同步。 即收发之间无需特别定时，且各符号独立地构成起止方式， 此方式也 叫自同步方式。此外，双极性归零码也具有双极性不归零码的抗干扰能力强及码中 不含直流成分的优点。双极性归零码得到了比较广泛的应用。
《通信原理》第04章模拟信号的数字化精品PPT课件
ห้องสมุดไป่ตู้
t
…
t
…
t
S(f)
( f ) Sk ( f ) Sˆ( f )
f
…
f
…
f
t
f
7
4.2.1 低通模拟信号的抽样
频谱混叠
S(f)
spectrum aliasing
f ( f )
f
Sk ( f )
…
…
f
8
4.2.1 低通模拟信号的抽样
ideal lowpass filter
抽样信号恢复低通滤波器
s(t)
s(t)
t
t
δT (t)
c (t)
t
t
sk(t)
sk(t)
t
t
3
4.2.1 低通模拟信号的抽样
band-limited signal
低通抽样定理 一个带宽有限信号 s (t) 的最高频率为 fH ，若
抽样频率 fs ≥ 2 fH ，则可以由抽样信号序列 sk (t) 无 失真地恢复原始信号 s (t) 。 说明
抽样频率与信号频率的关系曲线
fs 4B
3B
2B
B
O
B 2B 3B 4B 5B 6B
fL
15
4.2.2 带通模拟信号的抽样
带通抽样的频谱
fH = 4 kHz fL = 3 kHz B = 1 kHz
fs = 2 kHz
S(f)
−4B
0
4B
Sk( f )
bandpass sampling
f
−4fs −3fs −2fs −fs O fs 2fs 3fs 4fs
领域也有广泛应用
pulse amplitude modulation (PAM)
t
…
t
…
t
S(f)
( f ) Sk ( f ) Sˆ( f )
f
…
f
…
f
t
f
7
4.2.1 低通模拟信号的抽样
频谱混叠
S(f)
spectrum aliasing
f ( f )
f
Sk ( f )
…
…
f
8
4.2.1 低通模拟信号的抽样
ideal lowpass filter
抽样信号恢复低通滤波器
s(t)
s(t)
t
t
δT (t)
c (t)
t
t
sk(t)
sk(t)
t
t
3
4.2.1 低通模拟信号的抽样
band-limited signal
低通抽样定理 一个带宽有限信号 s (t) 的最高频率为 fH ，若
抽样频率 fs ≥ 2 fH ，则可以由抽样信号序列 sk (t) 无 失真地恢复原始信号 s (t) 。 说明
抽样频率与信号频率的关系曲线
fs 4B
3B
2B
B
O
B 2B 3B 4B 5B 6B
fL
15
4.2.2 带通模拟信号的抽样
带通抽样的频谱
fH = 4 kHz fL = 3 kHz B = 1 kHz
fs = 2 kHz
S(f)
−4B
0
4B
Sk( f )
bandpass sampling
f
−4fs −3fs −2fs −fs O fs 2fs 3fs 4fs
领域也有广泛应用
pulse amplitude modulation (PAM)
通信原理第四章
• 2、调幅（AM）信号 如果输入的基带信号带有直流分量，h(t) 是理想理想低通滤波器，得到的输出信 号是有载波分量的双边带信号，表示为：
m(t) m0 m(t)
如果满足m0＞∣m,(t) ∣max 调幅（AM）信号
其时域与频域的表示为：
Sm (t) m(t) cosc
m0 m(t)cosc
c f
3 108 20 103
1.5 104 (m)
式中，λ为波长（m）；c为电磁波传播速度 （光速）（m/s）；f为音频（Hz）。
• 可见，要将音频信号直接用天线发射出 去，其天线几何尺寸即便按波长的百分 之一取也要150米高（不包括天线底座或 塔座）。因此，要想把音频信号通过可 接受的天线尺寸发射出去，就需要想办 法提高欲发射信号的频率（频率越高波 长越短）
Sm
()
1 2
M
(
c
)
M
(
c
)H
()
• 确定H（ω）
•从接收端入手
•VSB信号的解调和SSB信号一样不能用包络 检波，而要采用相干解调法
•通过解调的公式推导说明残留边带滤波器 的传输函数在载频附近必须具有互补对称 特性
• Sm(t)
LPF
m(t)
•
S (t ) =cosωct
－c 0
c
(f) 已 调 信 号 频 谱
调幅AM示意图
• 3、单边带（SSB）信号
从上述的双边带调制（AM和DSB）中可知，上 下两个边带是完全对称的，即两个边带所包含 的信息完全一样。那么在传输时，实际上只传 输一个边带就可以了，而双边带传输显然浪费 了一个边带所占用的频段，降低了频带利用率。 对于通信而言，频率或频带是非常宝贵的资源。 因此，为了克服双边带调制这个缺点，人们又 提出了单边带调制的概念。
《通信原理》第4章
时间:
2学时
一、随参数信道举例
随参信道包括： 电离层反射信道； 超短波流星余迹散射信道；
超短波电离层散射。
以及超短波视距绕射等传输媒质所分别构
成的调制信道。为了分析随参信道的一般特性，
我们主要介绍短波电离层信道，它是个典点
层 名 D 高度(km) 电子密度Ne (电子数/m3) 109 特点 出现在太阳升起时，消失在太阳降落 后；Ne不足以反射短波，对电波吸收 衰减远大于其它层，又称吸收层。 白天Ne较大，可以反射频率高于 1.5MHz的电波；夜间Ne很小，对短波 传播基本不起作用。
60～90
E
F1
100～120
170～220
5109～1011
41011
白天存在，夜间消失，常出现于夏季。
Ne白天大，夜间降低一个数量级，均 足以反射短波电波，对短波传播最为 重要，习惯称反射层。
F2
225～450
1011～21012
2.电离层对电波传播的影响
① 电离层对电波的吸收衰减
当电波入射到电离层后，自由电子在电波 的作用下作强迫运动，与处于热运动中的其它 分子、离子碰撞而损失能量，从而使电波受到 衰减，这种现象称之为电离层吸收。
输出端；
（2）绝大多数的信道都是线性的，即满足叠加 原理； （3）信号通过信道具有一定的迟延时间，而且 它还会受到（固定的或时变的）损耗；
（4）即使没有信号输入，在信道的输出端仍有
一定的功率输出（噪声）。
e i1 ( t )
ei(t)
时变线 性网络
eo1 (t)
时 变 线 性 网 络
eo (t )
制成的细丝，它主要由纤芯和包层构成。
纤芯 包层
大连理工大学-通信原理-第4章课件
5
第4章 模拟调制系统
4.1.1调幅（AM）
时域表示式
sAM (t ) [ A0 m(t )]cos ct A0 cos ct m(t ) cos ct
式中 m(t) － 调制信号，均值为0； A0 － 常数，表示叠加的直流分量。 频谱：若m(t)为确知信号，则AM信号的频谱为
AM
m2 t PS 2 PAM A0 m2 t
2 当m(t) = Am cos mt时，m 2 (t ) Am / 2
代入上式，得到
AM
2 Am 2 2 2 2 A0 m t 2 A0 Am
m2 t
当|m(t)|max = A0时（100％调制），调制效率最高，这时
3
第4章 模拟调制系统
4.1幅度调制（线性调制）的原理
一般原理
表示式： c(t ) A cos ct 0 设：正弦型载波为 式中，A — 载波幅度； c — 载波角频率；
0 — 载波初始相位（以后假定0 ＝ 0）。
则根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）一般 可表示成 sm (t ) Am(t ) cos ct 式中， m(t)— 基带调制信号。
第4章 模拟调制系统
调制的目的 提高无线通信时的天线辐射效率。 把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现 信道的多路复用，提高信道利用率。 扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还 可实现传输带宽与信噪比之间的互换。
调制方式 模拟调制 数字调制 常见的模拟调制 幅度调制：调幅、双边带、单边带和残留边带 角度调制：频率调制、相位调制
通信原理精品课--第四章 频分复用与时分复用
4.2.3 调频立体声广播(FM Stereo Broadcasting)
调频立体声广播系统占用频段为88~108 MHz，采用FDM方 式。在调频之前，首先采用抑制载波双边带调制将左右两个 声道信号之差(L-R)与左右两个声道信号之和(L+R)实行频分 复用。立体声广播信号频谱结构如图 4-5所示。 图中，0~15 kHz用于传送(L+R)信号，23~53 kHz用于传送(L-R)信号， 59~75 kHz用作辅助通道。
Super Group 1(LSB)
MUX 10
5
4
3
2
1
(a)
Basic Group B(USB)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
148 kHz
196 kHz
Super Group 2(USB)
1
2
3
4
5
12 1 12 1 12 1 12 1 12 1
0 4 kHz f
312 kHz
4.2 频分复用(FDM)
4.2.2 载波电话多路复用系统
目前，多路载波电话系统是按照ITU建议，采用单边带调制 频分复用方式。北美多路载波电话系统的典型组成如图 4-3 所示。 图 4-3(a)是其分层结构，由12路电话复用为一个基群(Basic Group)；5个基群复用为一个超群(Super Group)，共60路电 话；由 10 个超群复用为一个主群(Master Group)，共600路 电话。
4.3 时分复用(TDM)
4.3.1 时分复用原理
m1(t)
图 4-7 给出了两个基带信
号进行时分复用的原理图。 图中，对m1(t)和m2(t)按 相同的时间周期进行采样，
调频立体声广播系统占用频段为88~108 MHz，采用FDM方 式。在调频之前，首先采用抑制载波双边带调制将左右两个 声道信号之差(L-R)与左右两个声道信号之和(L+R)实行频分 复用。立体声广播信号频谱结构如图 4-5所示。 图中，0~15 kHz用于传送(L+R)信号，23~53 kHz用于传送(L-R)信号， 59~75 kHz用作辅助通道。
Super Group 1(LSB)
MUX 10
5
4
3
2
1
(a)
Basic Group B(USB)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
148 kHz
196 kHz
Super Group 2(USB)
1
2
3
4
5
12 1 12 1 12 1 12 1 12 1
0 4 kHz f
312 kHz
4.2 频分复用(FDM)
4.2.2 载波电话多路复用系统
目前，多路载波电话系统是按照ITU建议，采用单边带调制 频分复用方式。北美多路载波电话系统的典型组成如图 4-3 所示。 图 4-3(a)是其分层结构，由12路电话复用为一个基群(Basic Group)；5个基群复用为一个超群(Super Group)，共60路电 话；由 10 个超群复用为一个主群(Master Group)，共600路 电话。
4.3 时分复用(TDM)
4.3.1 时分复用原理
m1(t)
图 4-7 给出了两个基带信
号进行时分复用的原理图。 图中，对m1(t)和m2(t)按 相同的时间周期进行采样，
通信原理第7版第4章(樊昌信版)课件
正确
错误
Pe P(0)P(1/ 0) P(1)P(0 /1)
学习交流PPT
24
四进制 无记忆 编码信道
0
1
发 送 端2
3
学习交流PPT
0
1
接 收 2端
3
25
§4.4
恒参/随参信道特性 对信号传输的影响
学习交流PPT
26
恒参信道 特性及其对信号传输的影响
线性时不变系统
• 特点：传输特性随时间缓变或不变。
传播路径 天波传播方式
学习交流PPT
6
无线信道
视线传播 line-of-sight
d
频率： > 30 MHz
h
发射
特性：直线传播、穿透电离层 天线 r
用途：卫星和外太空通信
传播途径
d
D
接收 天线
r
超短波及微波通信
视线传播方式
距离：与天线高度有关
D2 D2 h (m)
8r 50
D 为收发天线间距离(km)
So()C()Si()
C n (t )
学习交流PPT
22
不同的物理信道具有不同的特性C() = 常数（可取1）
加性高斯白噪声信道模型
学习交流PPT
23
§4.3.2 编码信道模型 模型： 可用 转移概率来描述。
二进制 无记忆 编码信道 模型
P(0/0) + P(1/0) = 1
P(1/1) + P(0/1) = 1
例如 设收发天线的架设 高度均为40 m，则最 远通信距离为：
D = 44.7 km
学习交流PPT
7
微波中继（微波接力） 卫星中继（静止卫星、移动卫星） 平流层通信
通信原理第7版第4章PPT课件(樊昌信版)
D = 44.7 km
7
微波中继（微波接力） 卫星中继（静止卫星、移动卫星） 平流层通信
8
微波中继
无线信道
9
卫星中继
无线信道
地面站
地面站
地球
10
散射通信
无线信道
有效散射区域
地球
对流层散射通信
11
流星余迹散射
无线信道
流星余迹
特性: 高度80 ~ 120 km，长度15 ~ 40 km 存留时间：小于1秒至几分钟
1.44
S n0
52
应用： C一定时，信道带宽B、信噪比S/N、传输时间t 三者之间可以互相转换。 增加B，可以换取S/N的降低；反之亦然。 若S/N不变，增加B，可以换取 t 的减少。
【例如】 C 12103 b/s
53
例
解： 每个像素的信息量
Ii
log2
1 P(xi )
天波传播方式
6
无线信道
视线传播 line-of-sight
d
频率： > 30 MHz
h
发射
特性：直线传播、穿透电离层 天线 r
用途：卫星和外太空通信
传播途径
d
D
接收 天线
r
超短波及微波通信
视线传播方式
距离：与天线高度有关
h D2 D2 (m) 8r 50
D 为收发天线间距离(km)
例如 设收发天线的架设 高度均为40 m，则最 远通信距离为：
恒参信道
H() K
幅频特性
( ) td
()
d ( ) d
td
相频特性
7
微波中继（微波接力） 卫星中继（静止卫星、移动卫星） 平流层通信
8
微波中继
无线信道
9
卫星中继
无线信道
地面站
地面站
地球
10
散射通信
无线信道
有效散射区域
地球
对流层散射通信
11
流星余迹散射
无线信道
流星余迹
特性: 高度80 ~ 120 km，长度15 ~ 40 km 存留时间：小于1秒至几分钟
1.44
S n0
52
应用： C一定时，信道带宽B、信噪比S/N、传输时间t 三者之间可以互相转换。 增加B，可以换取S/N的降低；反之亦然。 若S/N不变，增加B，可以换取 t 的减少。
【例如】 C 12103 b/s
53
例
解： 每个像素的信息量
Ii
log2
1 P(xi )
天波传播方式
6
无线信道
视线传播 line-of-sight
d
频率： > 30 MHz
h
发射
特性：直线传播、穿透电离层 天线 r
用途：卫星和外太空通信
传播途径
d
D
接收 天线
r
超短波及微波通信
视线传播方式
距离：与天线高度有关
h D2 D2 (m) 8r 50
D 为收发天线间距离(km)
例如 设收发天线的架设 高度均为40 m，则最 远通信距离为：
恒参信道
H() K
幅频特性
( ) td
()
d ( ) d
td
相频特性
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
点带宽 B 1 Hz。而理想抽样频谱的包络线为一条直线，带
τ 宽为无穷大。
如上所述，脉冲宽度τ越大，自然抽样信号的带宽越小， 这有利于信号的传输。但增大τ会导致时分复用的路数减小， 显然考虑τ的大小时，要兼顾带宽和复用路数这两个互相矛 盾的要求。
二、平顶抽样
平顶抽样又称为瞬时抽样，从波形上看，它与自然抽样 的不同之处在于抽样信号中的脉冲均具有相同的形状— —顶部平坦的矩形脉冲，矩形脉冲的幅度即为瞬时抽样 值，如图4-11（a）所示。在实际应用中，平顶抽样信号 采用脉冲形成电路（也称为“抽样保持电路”）来实现， 得到顶部平坦的矩形脉冲。
图4-25 PCM系统的原理图
4.5.2 PCM
[例4.5.1]
4.5.3 PCM系统的抗噪声性能分析
4.6 语音压缩编码
4.6.1语音压缩编码技术的概念
通常，人们把话路速率低于64kb/s的语音编码方 法，称为语音压缩编码技术。常见的语音压缩编 码有差值脉冲编码调制（DPCM）、自适应差值脉 冲编码调制（ADPCM）、增量调制（DM或M）、自 适应增量调制（ADM）、参量编码、子带编码 （SBC）等。
第四章 模拟信号的数字传输
4.1 引言 4.2 抽样 4.3 量化 4.4 编码 4.5 脉冲编码调制系统 4.6 语音压缩编码 4.7 图像压缩编码
4.1 引言
图4-1 PCM通信系统原理图
图4-2 PCM信号形成过程示意图
4.2 抽样
所谓抽样是把时间上连续的模拟信号变成 一系列时间上离散的样值序列的过程，如 图4-3所示。
4.3 量化
图4-13 量化的输入和输出
4.3.1均匀量化
图4-14 量化过程及量化误差
[例4.3.1]
4.3.2非均匀量化
一、模拟压扩法
图4-15 非均匀量化的模拟压扩法
图4-16 压缩器和扩张器的特性
1、A律压扩特性
图4-17 A律压缩特性
2、μ律压扩特性
图4-18 μ律压缩特性
4.7.1图像的描述
4.7.2模拟图像的数字化
4.7.3图像压缩编码技术
几种常用的图像压缩编码方法
二、直接非均匀编解码法
为简便起见，以5折线压缩特性为例来说明如何对抽样 值进行直接非均匀编码。5折线如图 4-20所示，压缩特 性是关于原点奇对称的，图中只画出了第一象限的折线， 考虑到第三象限内的折线，合起来共5段折线。
4.4 编码
4.4.1常用的二进制码型
4.4.2 A律13折线编码 一、A律13折线的压缩特性
图4-21 A律13折线压扩特性
二、A律13折线的码字安排
[例4.4.1]
[例4.4.2]
4.4.3. 逐次比较型编解码原理
5、本地解码电路 本地解码电路的作用是产生比较判决器所需的标准值。它包 括记忆电路、7／11 变换电路和 11 位线性解码电路。记忆电路用来 寄存 7 位二进代码，除C2 码外，其余各次比较都要依据前几次比较 的结果来确定标准值Iw 。因此，7 位码字中的前 6 位状态均应由记 忆电路寄存下来。
平顶抽样PAM信号在原理上可以看作由理想抽样和脉冲形 成电路产生，如图4-11（b）所示。
其中脉冲形成电路的作用就是把单位冲激脉冲变为幅度
为 A ，宽度为τ的矩形脉冲，因此它的传输特性为
Qω AτSa 1 平顶抽样信号与产生原理
图4-12 平顶抽样信号的恢复
4.6.2差分脉冲编码调制
DPCM 系统的原理图如图 4 - 26 所示。其中 xn 表示模拟信号 的样值。在发送端，首先根据前面的 K 个样值预测当前时刻的样值 ~x n ，得到当前样值 xn 与预测值 ~x n 之间的差值，然后对差值进行量 化编码。
图4-26 DPCM系统原理图
4.7 图像压缩编码
图4-3 抽样的输入与输出
4.2.1低通信号与带通信号的理想抽样
图4-4 理想抽样的原理图
一、低通信号的抽样定理
图4-5 理想抽样信号波形及其频谱
图4-6 抽样的恢复
[例4.2.1]
宽平稳随机信号的抽样定理
二、带通信号的抽样定理
[例4.2.2]
图4-8 带通信号的最小抽样频率
4.2.2实际抽样
图4-9 PAM、PDM、PPM信号波形
一、自然抽样
图4-10 自然抽样信号及其频谱
比较理想抽样和自然抽样的异同
它们的相同点主要有两点：第一，抽样频率是按抽样定 理确定的。第二，接收端通过 LPF 可以恢复出原始的模拟信 号。不同点在于：由于采用的载波不一样，自然抽样频谱的 包络线按抽样函数的规律变化，随频率增高而下降，第一零
[例4.4.3]
二、A律13折线解码器
图4-24 解码器的原理图
[例4.4.5]
4.5.1 脉4.5冲脉编冲码编调码制调（制系PC统M）原 理
如上所述，PCM的产生包含抽样、量化、 编码三个步骤。它的功能是完成模/数变换， 实现模拟信号的数字化。应当强调指出， 抽样过程中，在满足抽样定理时，PCM系 统能够做到无失真的重建。而量化过程始 终存在量化误差，只不过误差的大小可以 通过选择合适的量化方法和量化级数来控 制。
τ 宽为无穷大。
如上所述，脉冲宽度τ越大，自然抽样信号的带宽越小， 这有利于信号的传输。但增大τ会导致时分复用的路数减小， 显然考虑τ的大小时，要兼顾带宽和复用路数这两个互相矛 盾的要求。
二、平顶抽样
平顶抽样又称为瞬时抽样，从波形上看，它与自然抽样 的不同之处在于抽样信号中的脉冲均具有相同的形状— —顶部平坦的矩形脉冲，矩形脉冲的幅度即为瞬时抽样 值，如图4-11（a）所示。在实际应用中，平顶抽样信号 采用脉冲形成电路（也称为“抽样保持电路”）来实现， 得到顶部平坦的矩形脉冲。
图4-25 PCM系统的原理图
4.5.2 PCM
[例4.5.1]
4.5.3 PCM系统的抗噪声性能分析
4.6 语音压缩编码
4.6.1语音压缩编码技术的概念
通常，人们把话路速率低于64kb/s的语音编码方 法，称为语音压缩编码技术。常见的语音压缩编 码有差值脉冲编码调制（DPCM）、自适应差值脉 冲编码调制（ADPCM）、增量调制（DM或M）、自 适应增量调制（ADM）、参量编码、子带编码 （SBC）等。
第四章 模拟信号的数字传输
4.1 引言 4.2 抽样 4.3 量化 4.4 编码 4.5 脉冲编码调制系统 4.6 语音压缩编码 4.7 图像压缩编码
4.1 引言
图4-1 PCM通信系统原理图
图4-2 PCM信号形成过程示意图
4.2 抽样
所谓抽样是把时间上连续的模拟信号变成 一系列时间上离散的样值序列的过程，如 图4-3所示。
4.3 量化
图4-13 量化的输入和输出
4.3.1均匀量化
图4-14 量化过程及量化误差
[例4.3.1]
4.3.2非均匀量化
一、模拟压扩法
图4-15 非均匀量化的模拟压扩法
图4-16 压缩器和扩张器的特性
1、A律压扩特性
图4-17 A律压缩特性
2、μ律压扩特性
图4-18 μ律压缩特性
4.7.1图像的描述
4.7.2模拟图像的数字化
4.7.3图像压缩编码技术
几种常用的图像压缩编码方法
二、直接非均匀编解码法
为简便起见，以5折线压缩特性为例来说明如何对抽样 值进行直接非均匀编码。5折线如图 4-20所示，压缩特 性是关于原点奇对称的，图中只画出了第一象限的折线， 考虑到第三象限内的折线，合起来共5段折线。
4.4 编码
4.4.1常用的二进制码型
4.4.2 A律13折线编码 一、A律13折线的压缩特性
图4-21 A律13折线压扩特性
二、A律13折线的码字安排
[例4.4.1]
[例4.4.2]
4.4.3. 逐次比较型编解码原理
5、本地解码电路 本地解码电路的作用是产生比较判决器所需的标准值。它包 括记忆电路、7／11 变换电路和 11 位线性解码电路。记忆电路用来 寄存 7 位二进代码，除C2 码外，其余各次比较都要依据前几次比较 的结果来确定标准值Iw 。因此，7 位码字中的前 6 位状态均应由记 忆电路寄存下来。
平顶抽样PAM信号在原理上可以看作由理想抽样和脉冲形 成电路产生，如图4-11（b）所示。
其中脉冲形成电路的作用就是把单位冲激脉冲变为幅度
为 A ，宽度为τ的矩形脉冲，因此它的传输特性为
Qω AτSa 1 平顶抽样信号与产生原理
图4-12 平顶抽样信号的恢复
4.6.2差分脉冲编码调制
DPCM 系统的原理图如图 4 - 26 所示。其中 xn 表示模拟信号 的样值。在发送端，首先根据前面的 K 个样值预测当前时刻的样值 ~x n ，得到当前样值 xn 与预测值 ~x n 之间的差值，然后对差值进行量 化编码。
图4-26 DPCM系统原理图
4.7 图像压缩编码
图4-3 抽样的输入与输出
4.2.1低通信号与带通信号的理想抽样
图4-4 理想抽样的原理图
一、低通信号的抽样定理
图4-5 理想抽样信号波形及其频谱
图4-6 抽样的恢复
[例4.2.1]
宽平稳随机信号的抽样定理
二、带通信号的抽样定理
[例4.2.2]
图4-8 带通信号的最小抽样频率
4.2.2实际抽样
图4-9 PAM、PDM、PPM信号波形
一、自然抽样
图4-10 自然抽样信号及其频谱
比较理想抽样和自然抽样的异同
它们的相同点主要有两点：第一，抽样频率是按抽样定 理确定的。第二，接收端通过 LPF 可以恢复出原始的模拟信 号。不同点在于：由于采用的载波不一样，自然抽样频谱的 包络线按抽样函数的规律变化，随频率增高而下降，第一零
[例4.4.3]
二、A律13折线解码器
图4-24 解码器的原理图
[例4.4.5]
4.5.1 脉4.5冲脉编冲码编调码制调（制系PC统M）原 理
如上所述，PCM的产生包含抽样、量化、 编码三个步骤。它的功能是完成模/数变换， 实现模拟信号的数字化。应当强调指出， 抽样过程中，在满足抽样定理时，PCM系 统能够做到无失真的重建。而量化过程始 终存在量化误差，只不过误差的大小可以 通过选择合适的量化方法和量化级数来控 制。