模擬信號(hào)數(shù)字化基本原理課件

1、第二章 模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸數(shù)字通信原理第二章 模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸數(shù)字通信原理主要內(nèi)容 2.1 引 言2.2 模擬信號(hào)數(shù)字化的基本原理2.3 脈沖編碼調(diào)制（PCM）2.4 增量調(diào)制（M）2.5 數(shù)字復(fù)接技術(shù)數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院主要內(nèi)容 2.1 引 言2.2 模擬信號(hào)數(shù)字化的基本原2.2 模擬信號(hào)數(shù)字化的基本原理 模擬信號(hào)的抽樣1 信號(hào)的量化2 編碼3數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院2.2 模擬信號(hào)數(shù)字化的基本原理 模擬信號(hào)的抽樣1 信號(hào)的量模擬信號(hào)的抽樣抽樣定理帶通信號(hào)的抽樣 數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院模擬信號(hào)的抽樣抽樣定理數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院抽樣定理 抽樣是把

2、時(shí)間連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成一系列時(shí)間離散幅度連續(xù)的抽樣值的過程。 能否由此樣值序列重建原信號(hào)呢？這是抽樣定理要回答的問題。數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院抽樣定理 抽樣是把時(shí)間連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成一系列時(shí)間離散幅度抽樣定理抽樣定理 一個(gè)頻帶限制在（0，F(xiàn)m）赫以內(nèi)的時(shí)間連續(xù)的函數(shù)f(t),如果以Ts1/2Fm的等間隔時(shí)間抽樣，則所得的樣值可以完全確定原信號(hào)f(t)。 Ts=1/2Fm為抽樣的最大時(shí)間間隔，稱為奈奎斯特間隔。數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院抽樣定理抽樣定理 一個(gè)頻帶限制在（0，F(xiàn)m）赫以內(nèi)的時(shí)間連續(xù)抽樣定理數(shù)學(xué)表達(dá)式抽樣時(shí)間間隔時(shí)刻的抽樣值證明數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院抽樣定

3、理數(shù)學(xué)表達(dá)式抽樣時(shí)間間隔時(shí)刻的抽樣值證明數(shù)字通信原理重證明 低通抽樣定理的頻域證明 低通抽樣定理的時(shí)域證明數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院證明 低通抽樣定理的頻域證明數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院抽樣定理的證明f(t)LPFfS(t)H(w)f(t) 已抽樣信號(hào)fs(t)為抽樣后的樣值函數(shù)，是間隔時(shí)間TS，強(qiáng)度為f(t)的沖擊序列模擬信號(hào)的抽樣，可以看作模擬信號(hào)f(t)與周期為Ts的單位沖激函數(shù)Ts（t）的乘積。數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院抽樣定理的證明f(t)LPFfS(t)H(w)f(t) 抽樣定理的證明是周期性單位沖擊函數(shù)用傅氏級(jí)數(shù)表示時(shí)間區(qū)間只在t=0處有值抽樣信號(hào)傅氏變換中心頻

4、率間隔為kfs的無窮多個(gè)原始信號(hào)頻譜的迭加 數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院抽樣定理的證明是周期性單位沖擊函數(shù)用傅氏級(jí)數(shù)表示時(shí)間區(qū)間只在抽樣脈沖序列時(shí)域頻域抽樣后信號(hào)時(shí)域頻域f(t)fS(t) 抽樣后的信號(hào)頻譜Fs()由無限多個(gè)間隔為s的F()疊加而成，抽樣后的信號(hào)包含了原信號(hào)的全部信息1）抽樣數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院抽樣脈沖序列時(shí)域頻域抽樣后信號(hào)時(shí)域頻域f(t)fS(t2）恢復(fù)如果即也即 收端用一個(gè)截止頻率為Fm赫茲的低通濾波器，能從Fs()中取出F()，無失真地恢復(fù)原信號(hào)低通濾波器數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院2）恢復(fù)如果即也即 收端用一個(gè)截止頻率為Fm赫茲的低通濾波3）示意圖

5、原始信號(hào)f(t)的頻譜為F(f)，帶寬為Fm赫茲各頻率分量不重疊出現(xiàn)頻譜混疊數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院3）示意圖 原始信號(hào)f(t)的頻譜為F(f)，帶寬為Fm赫4）混疊現(xiàn)象如果即 若抽樣后信號(hào)頻譜在相鄰周期內(nèi)發(fā)生混疊，則不能無失真重建原信號(hào)結(jié)論數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院4）混疊現(xiàn)象如果即 若抽樣后信號(hào)頻譜在相鄰周期內(nèi)發(fā)生混疊，抽樣定理的證明結(jié)論當(dāng)fs2Fm時(shí)，抽樣信號(hào)的各頻率分量互不重疊，因而，只要讓信號(hào)通過一個(gè)截止頻率為Fm的理想低通濾波器，就可以取得原信號(hào)的頻譜F(f)，也就是可以不失真恢復(fù)原信號(hào)f(t)。如果fs 2Fm會(huì)出現(xiàn)頻譜出現(xiàn)交疊現(xiàn)象，所以，不能不失真的恢復(fù)原信號(hào)。證

6、明：對(duì)于頻帶限制在Fm赫以內(nèi)時(shí)間連函數(shù)f(t)，只有當(dāng)Ts1/2Fm的間隔時(shí)間抽樣時(shí)，抽樣值才可以完全地確定原信號(hào)。數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院抽樣定理的證明結(jié)論數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院證明 低通抽樣定理的頻域證明 低通抽樣定理的時(shí)域證明數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院證明 低通抽樣定理的頻域證明數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院低通抽樣定理時(shí)域證明 低通抽樣定理時(shí)域證明低通濾波器數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院低通抽樣定理時(shí)域證明 低通抽樣定理時(shí)域證明低通數(shù)字通信原理重抽樣定理的證明設(shè)理想低通濾波器的傳遞函數(shù)為沖激響應(yīng)低通濾波器數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院抽樣定理的證明設(shè)理想低

7、通濾波器的傳遞函數(shù)為沖激響應(yīng)低通數(shù)字通頻域已證明，將Fs()通過截止頻率為Fm的低通濾波器便可得到F()所以抽樣定理的證明時(shí)域卷積定理重建信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式（內(nèi)插公式）抽樣函數(shù)數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院頻域已證明，將Fs()通過截止頻率為Fm的低通濾波器便可得抽樣定理f(t)可以表示成許多強(qiáng)度不同的抽樣函數(shù)之和 重建信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式（內(nèi)插公式）抽樣函數(shù)為不失真抽樣的最大時(shí)間間隔，稱之為奈奎斯特間隔或奈奎斯特周期 數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院抽樣定理f(t)可以表示成許多強(qiáng)度不同的抽樣函數(shù)之和 重建信非理想條件下的信號(hào)抽樣抽樣定理討論的是理想抽樣，T（t）是周期性單位沖激響應(yīng)函數(shù)，濾波器

8、為理想低通濾波器。實(shí)際的抽樣并不是理想抽樣，f(t)總是時(shí)間有限的函數(shù)，它的頻譜成分不可能完全的限制在Fm內(nèi)，所以抽樣信號(hào)的恢復(fù)難免有失真。使失真控制在允許范圍之內(nèi)的方法數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院非理想條件下的信號(hào)抽樣抽樣定理討論的是理想抽樣，T（t）是解決方法在抽樣之前加截止頻率為Fm的低通濾波器，濾出Fm赫以上的頻譜成分，從而消除折疊現(xiàn)象和避免由此引起的失真。收端的低通濾波器不可能做成理想，為了減弱因幅度和相位不理想造成的失真，通常選擇的抽樣頻率略大于2Fm。數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院解決方法在抽樣之前加截止頻率為Fm的低通濾波器，濾出Fm赫以理想抽樣與實(shí)際抽樣理想抽樣：理想沖

9、擊函數(shù)對(duì)抽樣實(shí)際抽樣：實(shí)際的抽樣脈沖不可能是單位沖激脈沖，只能是高度為A，寬度為t，重復(fù)頻率為1/Ts的矩形窄脈沖序列s(t)，采用脈沖寬度為t的周期脈沖抽樣根據(jù)抽樣脈沖的形狀，實(shí)際抽樣分為自然抽樣和平頂抽樣數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院理想抽樣與實(shí)際抽樣理想抽樣：理想沖擊函數(shù)對(duì)抽樣數(shù)字通信原理重自然抽樣自然抽樣又稱曲頂抽樣，它是指抽樣后的脈沖幅度（頂部）隨f(t)變化，或者說保持了f(t)的變化規(guī)律。數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院自然抽樣自然抽樣又稱曲頂抽樣，它是指抽樣后的脈沖幅度（頂部）自然抽樣脈沖載波S(t)高度為A，寬度為t，重復(fù)頻率為1/Ts。變換到頻域數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工

10、程學(xué)院自然抽樣脈沖載波S(t)高度為A，寬度為t，重復(fù)頻率為1/單個(gè)抽樣脈沖抽樣原理框圖理想低通變換到頻域數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院?jiǎn)蝹€(gè)抽樣脈沖抽樣原理框圖理想低通變換到頻域數(shù)字通信原理重慶大當(dāng)n0時(shí)， 自然抽樣和理想抽樣的頻譜僅差一個(gè)系數(shù)At/Ts，通過截止頻率等于Fm的理想低通濾波器，同樣可以不失真的恢復(fù)原信號(hào)。自然抽樣得到抽樣信號(hào)fs(t)是一系列頂部與抽樣原始信號(hào)f(t)保持一致的脈沖串。理想抽樣的頻譜被常數(shù)1/Ts 加權(quán)，因而信號(hào)帶寬為無窮大；而自然抽樣頻譜的包絡(luò)按Sa 函數(shù)隨頻率增高而下降，因而帶寬是有限的，且?guī)捙c脈寬t有關(guān)。 t越大，帶寬越小。數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程

11、學(xué)院當(dāng)n0時(shí)， 數(shù)字通自然抽樣實(shí)際抽樣過程中信號(hào)波形及頻譜分布情況數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院自然抽樣實(shí)際抽樣過程中信號(hào)波形及頻譜分布情況數(shù)字通信原理重慶平頂抽樣平頂抽樣又叫瞬時(shí)抽樣，抽樣得到的脈沖是頂部平坦的矩形脈沖，矩形脈沖的幅度樣值等于抽樣點(diǎn)瞬時(shí)的取值。平頂抽樣是通過一個(gè)保持時(shí)間為t的脈沖保持電路來實(shí)現(xiàn)的。如下圖所示。數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院平頂抽樣平頂抽樣又叫瞬時(shí)抽樣，抽樣得到的脈沖是頂部平坦的矩形平頂抽樣平頂抽樣信號(hào)脈沖形成電路的脈沖響應(yīng)插入一增益為At的放大器校正電路特性輸出信號(hào)頻譜理想低通濾波器輸出信號(hào)方波函數(shù)數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院平頂抽樣平頂抽樣信號(hào)脈沖形

12、成電路的脈沖響應(yīng)插入一增益為At模擬信號(hào)的抽樣抽樣定理帶通信號(hào)的抽樣 數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院模擬信號(hào)的抽樣抽樣定理數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院帶通抽樣定理提出原因帶通均勻抽樣定理數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院帶通抽樣定理提出原因數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院提出原因?qū)嶋H中的許多信號(hào)都是帶通型信號(hào)對(duì)帶通信號(hào)抽樣，如采用低通抽樣定理獲得的抽樣速率，雖然可以保證不發(fā)生混疊，但是會(huì)降低信道利用率帶通信號(hào)頻率低通抽樣定理獲得的抽樣速率數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院提出原因?qū)嶋H中的許多信號(hào)都是帶通型信號(hào)帶通信號(hào)頻率低通抽樣定使得 一大段頻譜空隙得不到利用頻譜示意圖數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通

13、信工程學(xué)院使得 一大段頻譜空隙得不到利用頻譜帶通抽樣定理提出原因帶通信號(hào)的抽樣定理數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院帶通抽樣定理提出原因數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院帶通抽樣定理帶通抽樣定理 一個(gè)頻帶限制在（ fL，fH）赫以內(nèi)的帶通信號(hào)f(t),帶寬為BfH fL。如果最小抽樣速率fs2fH /m，m是一個(gè)不超過fH /B的最大整數(shù)，那么f(t)可完全由其抽樣值確定。數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院帶通抽樣定理帶通抽樣定理數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院帶通信號(hào)的抽樣定理頻率范圍帶通信號(hào)帶寬如果最小抽樣速率討論m為不超過fH/B的最大整數(shù)數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院帶通信號(hào)的抽樣定理頻率

14、范圍帶通信號(hào)帶寬如果最小抽樣速率討論m討論12混疊失真能重建原信號(hào)的最小抽樣頻率最高頻率不是帶寬的整數(shù)倍m為不超過fH/B的最大整數(shù)能重建原信號(hào)的最小抽樣頻率關(guān)系曲線及說明最高頻率是帶寬的整數(shù)倍數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院討論12混疊失真能重建原信號(hào)的最小抽樣頻率最高頻率不是帶寬的 fHnB，則抽樣速率fs2BfH5Bfs2B最高頻率為頻帶寬度整數(shù)倍數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院 fHnB，則抽樣速率fs2BfH5B最高頻率為頻帶寬最高頻率不為頻帶寬度整數(shù)倍數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院最高頻率不為頻帶寬度整數(shù)倍數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院對(duì)稱間隔的帶通抽樣避免頻譜重疊的條件各組頻

15、譜分量之間間隔相等且都等于2f數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院對(duì)稱間隔的帶通抽樣避免頻譜重疊的條件各組頻譜分量之間間隔相等2.2 模擬信號(hào)數(shù)字化的基本原理 模擬信號(hào)的抽樣1 信號(hào)的量化2 編碼3數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院2.2 模擬信號(hào)數(shù)字化的基本原理 模擬信號(hào)的抽樣1 信號(hào)的信號(hào)的量化量化是對(duì)模擬信號(hào)抽樣值幅度離散化的過程。即利用預(yù)先規(guī)定的有限個(gè)電平值來表示模擬信號(hào)抽樣值的過程。量化通常由量化器完成抽樣把時(shí)間連續(xù)的信號(hào)變?yōu)闀r(shí)間離散的信號(hào)量化把取值連續(xù)的抽樣信號(hào)變?yōu)槿≈惦x散的信號(hào)數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院信號(hào)的量化量化是對(duì)模擬信號(hào)抽樣值幅度離散化的過程。即利用預(yù)先信號(hào)的量化量化的基

16、本原理量化噪聲數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院信號(hào)的量化量化的基本原理數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院量化的基本原理量化器允許的最大輸入信號(hào)幅度稱為工作范圍將工作范圍的電壓值分成N個(gè)量化級(jí)或量化區(qū)間，每個(gè)量化級(jí)均用一個(gè)電平值表示，這個(gè)電平值叫量化電平值。落入每層的PAM信號(hào)將由該層的量化值表示，由N個(gè)量化電平值來表示輸入的PAM信號(hào)的各種幅度。 量化器工作范圍08V設(shè)置8個(gè)等間隔量化級(jí)每個(gè)量化區(qū)間1V時(shí)刻幅值2.8量化值2.5數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院量化的基本原理量化器允許的最大輸入信號(hào)幅度稱為工作范圍量化器量化前的信號(hào)幅度 第k個(gè)量化級(jí)量化區(qū)間量化的基本原理量化后的信號(hào)幅度 第k個(gè)量

17、化級(jí)的量化值量化關(guān)系量化特性數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院量化前的信號(hào)幅度 第k個(gè)量化級(jí)量化區(qū)間量化的基本原理量化后的量化特性量化特性有四種類型abcd數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院量化特性量化特性有四種類型abcd數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工量化特性abcd圖（a）（b）dk=常數(shù)，圖（c）（d）dk不為常數(shù)，即前者為均勻量化，后者為不均勻量化數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院量化特性abcd圖（a）（b）dk=常數(shù)，圖（c）（d）dk量化特性abcd圖（a）（c）量化特性中無零量化電平，在采樣點(diǎn)電平低于半個(gè)量化級(jí)時(shí)，量化電平均為0，收端無反應(yīng)，靈敏度低。數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院量化

18、特性abcd圖（a）（c）量化特性中無零量化電平，在采樣量化特性abcd圖（b）（d）有零量化電平，采樣點(diǎn)電平的任何微小的變化，收端均有反應(yīng)，靈敏度高。但同時(shí)也會(huì)把噪聲放大。數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院量化特性abcd圖（b）（d）有零量化電平，采樣點(diǎn)電平的任何信號(hào)的量化量化的基本原理量化噪聲數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院信號(hào)的量化量化的基本原理數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院量化噪聲用 替代 是存在誤差的，這個(gè)由于量化而產(chǎn)生的誤差叫量化誤差 量化誤差是隨機(jī)的，由于它在收端聽起來象噪聲，不同之處是它僅存在于有輸入信號(hào)時(shí)，所以習(xí)慣上又叫它為量化噪聲。量化噪聲的大小常用量化誤差均方值，即量化

19、噪聲功率表示 對(duì)通信質(zhì)量的影響程度用量化器輸出的信號(hào)功率與量化噪聲功率的比值SNR(dB)表示 量化后數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院量化噪聲用 替代 是存在誤差的，這個(gè)由于量化而產(chǎn)生的誤差量化噪聲的均方誤差均值為0，概率密度為f(x)的平穩(wěn)隨機(jī)過程量化噪聲的均方誤差積分區(qū)分成M個(gè)量化間隔不過載時(shí)求量化噪聲的基本公式數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院量化噪聲的均方誤差均值為0，概率密度為f(x)的平穩(wěn)隨機(jī)過程量化噪聲均勻量化非均勻量化數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院量化噪聲均勻量化數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院均勻量化把輸入信號(hào)的取值域按等距離分割的量化稱為均勻量化。各量化級(jí)之間的間距為常數(shù)落

20、入每個(gè)量化級(jí)(也叫量化區(qū)間)的PAM信號(hào)的幅值通常是隨機(jī)變量 數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院均勻量化把輸入信號(hào)的取值域按等距離分割的量化稱為均勻量化。數(shù)量化器的工作范圍量化電平數(shù)均勻量化時(shí)的量化間隔均勻量化數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院量化器的工作范圍量化電平數(shù)均勻量化時(shí)的均勻量化數(shù)字通信原理重均勻量化設(shè)的概率密度函數(shù)量化級(jí)數(shù)N足夠多，在量化器工作范圍-V,+V一定時(shí)，d=2V/N足夠小，因此可以認(rèn)為每一層間隔內(nèi)的信號(hào)分布均可用量化電平值處的概率密度函數(shù)p(yk)來表示在均勻量化中，每個(gè)量化區(qū)間的量化電平y(tǒng)k取在各區(qū)間的中點(diǎn)數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院均勻量化設(shè)的概率密度函數(shù)量化級(jí)數(shù)N

21、足夠多，在量化器工作范圍每個(gè)量化級(jí)的量化噪聲功率總的量化噪聲功率是各級(jí)量化噪聲功率之和均勻量化第k層的概率分布均勻量化器不過載量化噪聲功率僅僅與量化間隔有關(guān)，一旦量化間隔確定，無論抽樣值等于多少，不過載量化噪聲功率都相同數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院每個(gè)量化級(jí)的總的量化噪聲功率均勻量化第k層的概率分布均勻量化過載失真概念：實(shí)際中輸入信號(hào)的幅度常?？赡艹^量化器的工作范圍v。在信號(hào)幅度超過v。由于限幅，必然要產(chǎn)生失真。這個(gè)失真叫過載失真因?yàn)檫^載失真引起的噪聲功率，可認(rèn)為是輸出量化值為v的情況。叫過載量化噪聲功率過載量化噪聲功率數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院過載失真概念：數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通

22、信工程學(xué)院信號(hào)量化噪聲功率比量化器輸出端的信號(hào)功率量化器信噪比隨量化電平數(shù)的增加而提高，信號(hào)的逼真度也越好量化電平數(shù)確定時(shí)，量化器信噪比隨輸入信號(hào)功率增加而提高均勻量化數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院信號(hào)量化噪聲功率比量化器輸出端的信號(hào)功率量化器信噪比隨量化電正弦信號(hào)12均勻分布信號(hào)3正態(tài)分布信號(hào)各種信號(hào)對(duì)應(yīng)的量化信噪比短時(shí)語音信號(hào)服從正態(tài)分布特性長(zhǎng)語音信號(hào)則服從拉普拉斯分布數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院正弦信號(hào)12均勻分布信號(hào)3正態(tài)分布信號(hào)各種信號(hào)對(duì)應(yīng)的量化信噪按照正態(tài)分布信號(hào)計(jì)算話音信號(hào)的量化級(jí)需要12比特量化器需要2048個(gè)量化級(jí)比特速率過高信道利用率下降非均勻量化話音信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍為

23、40dB左右，信噪比為20-30dB才能保證通話質(zhì)量。最大信號(hào)電平時(shí)，應(yīng)再增加40dB信噪比，因此信噪比應(yīng)在6070dB數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院按照正態(tài)分布信號(hào)計(jì)算話音信號(hào)的量化級(jí)需要12比特量化器需要2長(zhǎng)時(shí)間語音信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間語音信號(hào)服從拉普拉斯分布：正態(tài)分布拉普拉斯分布 當(dāng)V/x增加到一定值后，不但不能提高量化噪聲信噪比，反而會(huì)使之呈線性下降狀態(tài) 數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院長(zhǎng)時(shí)間語音信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間語音信號(hào)服從拉普拉斯分布：正態(tài)分布拉普拉量化誤差信號(hào)幅度超出量化范圍，稱為過載或者飽和，過載區(qū)的誤差特性是線性增長(zhǎng)的，因而過載誤差比量化誤差大。過載過載區(qū)yk-1d-2d-3d-4d1d2d

24、3d4d0.5d1.5d2.5d3.5d-0.5d-1.5d-2.5d-3.5dx0.5d-0.5de(t)x量化區(qū)過載區(qū)數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院量化誤差信號(hào)幅度超出量化范圍，稱為過載或者飽和，過載區(qū)的誤差過載失真概念：實(shí)際中輸入信號(hào)的幅度常?？赡艹^量化器的工作范圍V。在信號(hào)幅度超過V。由于限幅，必然要產(chǎn)生失真。這個(gè)失真叫過載失真因?yàn)檫^載失真引起的噪聲功率，叫過載量化噪聲功率。過載量化噪聲功率數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院過載失真概念：數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院長(zhǎng)時(shí)間語音信號(hào)的過載噪聲長(zhǎng)時(shí)間語音信號(hào)服從拉普拉斯分布：量化誤差均方值：信噪比： 說明數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)

25、院長(zhǎng)時(shí)間語音信號(hào)的過載噪聲長(zhǎng)時(shí)間語音信號(hào)服從拉普拉斯分布：量化說明實(shí)際的電話信號(hào)具有隨機(jī)性，它有一定概率的信號(hào)會(huì)超過工作電壓范圍V?？偟牧炕肼暪β示蛻?yīng)該是不過載量化噪聲功率與過載量化噪聲功率之和小信號(hào)時(shí)以量化噪聲功率為主大信號(hào)時(shí)由于過載量化噪聲功率大，以過載量化噪聲功率為主數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院說明實(shí)際的電話信號(hào)具有隨機(jī)性，它有一定概率的信號(hào)會(huì)超過工作電量化噪聲均勻量化非均勻量化數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院量化噪聲均勻量化數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院非均勻量化非均勻量化的提出均勻量化d為常數(shù)，設(shè)備簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，但每級(jí)的最大量化誤差為0.5d。顯然，對(duì)小信號(hào)不利，因?yàn)榇藭r(shí)相

26、對(duì)量化誤差較大。相對(duì)量化誤差=量化誤差/量化電平,它在一定程度上代表了量化器在不同輸入信號(hào)強(qiáng)度時(shí)，輸出信號(hào)的SNR。為了既保證小信號(hào)時(shí)滿足信噪比要求，同時(shí)又不要使量化分層數(shù)過多，故提出了非均勻量化的方法數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院非均勻量化非均勻量化的提出數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院非均勻量化非均勻量化的特點(diǎn)：量化級(jí)階距dk不是常數(shù)，是 根據(jù)輸入信號(hào)的大小來確定的。輸入信號(hào)小，dk小，輸入信號(hào)大，dk大。非均勻量化的量化噪聲功率：可用均勻量化類似的方法求量化噪聲功率。 先求某一層的量化噪聲功率，再求總的量化噪聲功率。數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院非均勻量化非均勻量化的特點(diǎn)：量化級(jí)階距

27、dk不是常數(shù)，是 根據(jù)非均勻量化第k個(gè)量化級(jí)的概率密度函數(shù)第k個(gè)量化級(jí)的量化噪聲功率總的量化噪聲功率數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院非均勻量化第k個(gè)量化級(jí)的第k個(gè)量化級(jí)的總的量化噪聲功率數(shù)字通2.2 模擬信號(hào)數(shù)字化的基本原理 模擬信號(hào)的抽樣1 信號(hào)的量化2 編碼3數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院2.2 模擬信號(hào)數(shù)字化的基本原理 模擬信號(hào)的抽樣1 信號(hào)的量編碼定義把量化后的信號(hào)電平值變換成二進(jìn)制碼組的過程稱為編碼，其逆過程稱為解碼或譯碼。一般，把N個(gè)量化電平用n 位二進(jìn)制碼來表示即N2n 。PCM常用的二進(jìn)制碼型有三種自然二進(jìn)碼格雷二進(jìn)碼折疊二進(jìn)碼數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院編碼定義數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院自然二進(jìn)碼自