2.1 数字通信系统概述-高一《通信技术基础》同步教学课件 （电子工业出版社·第3版）

通信技术基础(第三版） 第一节概述（第4课时） 第二章 数字通信系统 1 2.1概述 2 目录 Content 2.1.1 抽样 2.1.2 量化 2.1.3 编码与解码 2.1.4 PCM编译码器芯片 3 2.1概述 在数字通信系统中，信道所传输的信号为数字信号；常见的语言、图像等信号大都为模拟信号。因此，若要进行数字通信，就要将模拟信号转换为数字信号后再传输。将模拟信号数字化的方法有很多种 ，如脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，PCM）、增量调制（Delta Modulation，DM或△M）、差分脉冲编码调制（DPCM）等。 数字通信是通信发展的必然趋势，目前数字通信在短波通信、移动通信、微波通信、卫星通信以及光纤通信中都得到了广泛的应用。 在数字通信系统中，脉冲编码调制通信是数字通信的主要形式之一。 2.1概述 抽样 量化 编码 码型变换 低通滤波 解码 码型反变换 再生 再生中继 m(t) PAM 量化PAM PCM 发信 收信 PCM 重建PAM m’(t) 一个基带传输PCM单向通信系统图 发信端的主要任务是完成A/D（模/数）变换，其主要不周为抽样、量化、编码 收信端的任务是完成D/A变换，其主要步骤是解码、低通滤波。 抽样 2.1.1 6 2.1.1抽样 抽样 抽样（Sample）的任务是对模拟信号进行时间上的离散化处理，即每隔一段时间对模拟信号抽取一个样值。经抽样后，模拟信号的信息被调制到脉冲序列的幅度上面，因此样值序列称为脉冲幅度调制（Pulse Amplitude Modulation，PAM）。 抽样是模拟信号数字化的第一步。在接收端，要从离散的样值脉冲中不失真地恢复出原模拟信号，实现重建任务。 2.1.1抽样 1 抽样定理 抽样定理模型可用一个乘法器表示，即 ms(t)=m(t) ·s(t) 式中，s(t)是重复周期为Ts、脉冲幅度为1、脉冲宽度为τ的周期性脉冲序列，即抽样脉冲序列 （1） 样值信号频谱 s(t) m(t) ms(t) π 2.1.1抽样 1 抽样定理 s(t)用傅里叶级数可表示为： 式中， （1） 样值信号频谱 （2-2） （2-3） 2.1.1抽样 抽样信号的重复频率必须不小于模拟信号最高频率的两倍，即它是模拟信号数字化的理论根据。 （2） 抽样定理 在一个频带限制在的时间连续信号，如果以小于等于的时间间隔对它进行抽样，那么根据这些抽样值就能完全恢复原信号。或者说，如果一个连续信号的频谱中最高频率不超过，这种信号必定是个周期性的信号，当抽样频时，抽样后的信号就包含原连续信号的全部信息，而不会有信息丢失，当需要时，可以根据这些抽样信号的样本来还原原来的连续信号。根据这一特性，可以完成信号的模-数转换和数-模转换过程 2.1.1抽样 （2） 抽样定理 抽样定理指出，由样值序列无失真恢复原信号的条件是 ，为了满足抽样定理，要求模拟信号的频谱限制在0~之内（ 为模拟信号的最高频率）。为此，在抽样之前，先设置一个前置低通滤波器，将模拟信号的带宽限制在fh以下，如果前置低通滤波器特性不良或者抽样频率过低都会产生折叠噪声 。 例如，话音信号的最高频率限制在3400Hz，这时满足抽样定理的最低的抽样频率应为=6800Hz，为了留有一定的防卫带，CCITT规定话音信号的抽样率 =8000Hz，这样就留出了8000-6800=1200Hz作为滤波器的防卫带。应当指出，抽样频率不是越高越好，太高时，将会降低信道的利用率（因为随着升高，数据传输速率也增大，则数字信号的带宽变宽，导致信道利用率降低），所以只要能满足 ，并有一定频带的防卫带即可。 2.1.1抽样 2 信号的重建 为了提升重建的语音信号幅度，通常采取加一展宽电路，将样值脉冲为从而提升信号幅度。理论和实践表明：加宽电路后，在PAM信号中，低频信号提升的幅度多，高频信号提升的幅度小，产生了是真。为了消除这种影响，在低通滤波器之后加均衡电路。要求均衡电路对低频信号衰减大，对高频信号衰减小。 量化 2.1.2 13 2.1.2 量化 量化的任务： 是将PAM信号在幅度上离散化，即将模拟信号转换为数字信号。 做法： 将PAM信号的幅度变化范围划分为若干个小间阁，每一个小间阁叫做一个量化级。相邻两个样值的差称为量化级差，用。当样值落在某一量化级内时，就用这个量化级的中间值来代替，该值称为量化值。 量化分为均匀量化和非均匀量化。每个量化值要用数字码（或码组）表示，这个过程称为编码。 2.1.2 量化 1 均匀量化 （1）定义 均匀量化的量化级差δ是均匀的。或者说，均匀量化的实质是不管信号的大小，量化级差都相同。如图（a）所示。 （2）量化曲线 该量化特性曲线共分8个量化级，量化输出取其