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现代通信原理 第六章 模拟信号的数字传输 暨南大学电子工程系现代通信原理教研室 授课教师：刘敏 主要内容 1、抽样定理、抽样的分类 2、模拟信号量化的原理、量化的种类、量化噪声的概念 3、脉冲编码调制原理、逐次比较型编码器原理、脉冲编码调制系统的抗噪声性能 4、增量调制原理、最大跟踪斜率、量化噪声、增量调制系统的抗噪声性能 5、时分复用原理 本章重点与难点 1、脉冲编码调制原理、逐次比较型编码器原理 2、增量调制原理、最大跟踪斜率、量化噪声 3、时分复用原理 第六章 模拟信号的数字传输 6、2 抽样定理及其应用 一、概述 通常是在等间隔T上抽样 理论上，抽样过程 ＝ 周期性单位冲激脉冲 ? 模拟信号 实际上，抽样过程 ＝ 周期性单位窄脉冲 ? 模拟信号 模拟脉冲调制： PAM PDM PPM 6、2 抽样定理及其应用 3、抽样的分类 （1）. 自然抽样 自然抽样又称曲顶抽样，它是指抽样后的脉冲幅度（顶部）随被抽样信号m(t)变化，或者说保持了m(t)的变化规律。 自然抽样的脉冲调幅原理框图如图所示： （2）. 平顶抽样 平顶抽样又叫瞬时抽样，它与自然抽样的不同之处在于它的抽样后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。平顶抽样PAM信号在原理上可以由理想抽样和脉冲形成电路产生，其原理框图及波形如下图所示，其中脉冲形成电路的作用就是把冲激脉冲变为矩形脉冲。 在实际应用中，平顶抽样信号采用抽样保持电路来实现， 得到的脉冲为矩形脉冲。 在后面将讲到的PCM系统的编码中， 编码器的输入就是经抽样保持电路得到的平顶抽样脉冲。 （3）理想抽样 3、抽样的分类 以上按自然抽样和平顶抽样均能构成PAM通信系统， 也就是说可以在信道中直接传输抽样后的信号，但由于它们抗干扰能力差，目前很少实用。 它已被性能良好的脉冲编码调制(PCM)所取代。 5、抽样定理的相关知识 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抽样值的过程。能否由此样值序列重建原信号，是抽样定理要回答的问题。  抽样定理的大意是，如果对一个频带有限的时间连续的模拟信号抽样，当抽样速率达到一定数值时，那么根据它的抽样值就能重建原信号。也就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，只需传输按抽样定理得到的抽样值即可。描述这一抽样速率条件的定理就是抽样定理。因此，抽样定理是模拟信号数字化的理论依据。  根据信号是低通型的还是带通型的，抽样定理分低通抽样定理和带通抽样定理； 根据用来抽样的脉冲序列是等间隔的还是非等间隔的，又分均匀抽样定理和非均匀抽样； 根据抽样的脉冲序列是冲击序列还是非冲击序列，又可分理想抽样和实际抽样。 二、低通信号的均匀理想抽样定理 2、频谱关系 如果ωs＜2ωH，即抽样间隔Ts＞1/(2fH)，则抽样后信号的频谱在相邻的周期内发生混叠，如图 7 - 3 所示， 此时不可能无失真地重建原信号。 因此必须要求满足Ts≤1/(2fH)，m(t)才能被ms(t)完全确定，这就证明了抽样定理。显然，Ts= 是最大允许抽样间隔，它被称为奈奎斯特间隔，相对应的最低抽样速率fs=2fH称为奈奎斯特速率。  该式是重建信号的时域表达式， 称为内插公式。 它说明以奈奎斯特速率抽样的带限信号m(t)可以由其样值利用内插公式重建。这等效为将抽样后信号通过一个冲激响应为Sa(ωHt)的理想低通滤波器来重建m(t)。 由图可见， 以每个样值为峰值画一个Sa函数的波形， 则 合成的波形就是m(t)。由于Sa函数和抽样后信号的恢复有密切的联系，所以Sa函数又称为抽样函数。 由抽样信号恢复原信号的方法 ： 从频域看：当fs ? 2fH时，用一个截止频率为fH的理想低通滤波器就能够从抽样信号中分离出原信号。 从时域中看，当用抽样脉冲序列冲激此理想低通滤波器时，滤波器的输出就是一系列冲激响应之和，如图所示。这些冲激响应之和就构成了原信号。 理想滤波器是不能实现的。实用滤波器的截止边缘不可能做到如此陡峭。所以，实用的抽样频率fs 必须比 2fH 大较多。 例如，典型电话信号的最高频率限制在3400 Hz，而抽样频率采用8000 Hz。 5、与两种可实现的抽样的比较 与两种可实现的抽样的比较 三、带通信号的抽样定理 实际中遇到的许多信号是带通型信号。如果采用低通抽样定理的抽样速率fs≥2fH，对频率限制在fL与fH之间的带通型信号抽样，肯定