通信原理第四章 - Xiamen University.ppt

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1、第四章语音信号的数字化传输4．1模拟信号数字化数字通信由于自身固有的各种优点，得到日益广泛应用。常见的电话、传真、电视等业务，信源输出的消息都是模拟信号。模拟到数字转换是实现通信系统全数字化的——重要环节语音信号是一维信号。实现模数转换叫语音编码；文件和图像信号是二维信号，实现模数转换叫图像编码。模拟信号数字化（续）现有的语音编码技术，大致可分为两类：波形编码：直接把语音信号的时域波形变换为数宇代码序列，变变换特速率通常在16～64kbt／s接收端恢复的信号质量好。参量编码，它利用信号处理技术，在频域或其它正交变换域提取出语音信号的特征参

2、量再将特征参量变换成数字代码进行传输，其比特率可降低到1kbt／s的数量级，但接收端恢复的语音信号质量不够好。本章讨论第一种系统组成在发送端进行波形编码，包括三个基本步骤：取样、量化和编码，（二元数码序列）——模数变换在信道中传输的信号是数字信号——数字通信系统。在接收端必须对应地进行反变换——数模变换，由解码和低通滤波两步完成。这种信息传输系统称为脉冲编码调制(PCM)系统PCM工作过程第一步对模拟信号均匀取样，取样时间间隔为Ts——时间域离散化样值序列（取值范围充满0～7整个区间——仍属于模拟信号）第二步对样值序列进行量化处理；“四舍

3、五入”法则只能取0，1，2，…7中的八种可能值之一，得到一个量化值序列（图b）。由于取值离散——为多元数码序列。为了传输和交换的需要，通常转变成二元数码序列。第三步把每一个量化值编成一组二元码，称为编码。——转换为二进制数：（110）2＝6。得到的二元数码序列图(c)这个序列通过信道向对方传输。问题：样值序列与量化值序列是不完全相等的，二者之差组成的序列称为量化误差序列，图(d)——固有接收过程相反。PCM发送图低通信号的取样定理【定理】一个频谱限制在B赫兹内的基带信号，唯一地被均匀间隔不大于1/2B秒的样值序列所确定。——如果每秒钟对

4、基带信号取样不少于2B次，所含有的样值序列包括了基带信号的全部信息。4.2.1冲激取样可利用傅立叶变换性质说明：取样频率＝1/时间间隔取样（相乘）4.2.1冲激取样(续一)如果：在满足上面条件下取样值相互不重叠：均携带了原有信号的全部信息。于是可用理想低通滤波器选出中心的模块，恢复信号。低通输出：反变换：4.2.1冲激取样（续二）频域角度：信号×取样函数×门函数时域角度：信号×取样函数×抽样函数fs=2B称为奈奎斯特(Nyquist)速率实际信号频带并不受限——只可能使其主体满足定理——存在混叠现象考虑到实际滤波器的阻带特性，为了确保证主

5、体均在带内，取样频率选取略大于2B。（如2*3400=6800Hz则选8000；15～20％）两种失真拖尾、串入4.2.2自然抽样实际上真正的冲激脉冲串并不能实现，通常只能采用窄脉冲串来实现。因而，研究以窄脉冲作为脉冲载波的PAM（Plusamplitudemodulation）方式，将具有实际意义。设基带信号的波形及频谱如图(a)，(b)所示，而脉冲载波以s(t)表示，它是由脉宽为t秒、重复周期为T秒的矩形窄脉冲串组成，其中Ts按抽样定理确定:Ts＝l／(2B)秒。脉冲载波的波形及频谱示于图4—5(c)，(d)。因为已抽样信号是g(r)

6、与s(t)的乘积，所以已抽样的信号波形及频谱如图4-5(e)及(f)；已抽样信号的频谱可表示成：4.2.2自然抽样（续一）比较上面两个式子可见，采用矩形窄脉冲抽样的频谱与采用冲激脉冲抽样(理想抽样)频谱很类似，区别仅在于其包络按Sa(x)函数逐渐衰减。由于Sa(wsnt/2)在n＝0时为常数，所以采用低通滤波器就可以从Gs(w)中滤出(解调)原频谱G(w)。这表明，如图4—5所示的脉冲振幅调制及其解调过程与理想抽样本质相同。4.2.3平顶抽样实际取样要求样值脉冲宽度t足够大，而且是平顶脉冲，称为平顶抽样:发送端编码量化时，要求输入样值脉冲

7、在编码量化期间幅度保持恒定，且编码量化运算需要一定时间接收端，为了减小取样衰减a，希望样值脉冲的宽度f足够大巳抽样信号如图:这里每一抽样脉冲的幅度正比于瞬时抽样值。原理上可按(b)形成。首先将g(t)与dTs(t)相乘，形成理想抽样信号，然后通过脉冲形成电路，其输出即为所需的平顶抽样信号g’s(t)。4.2.3平顶抽样（续一）由上式看出，平顶抽样的PAM信号的频谱Gs’(w)是由Hs(w)加权后的周期性重复的频谱G(w)所组成。因此，采用低通滤波器不能直接从G(w)中滤出所需基带信号，因为这时Hs(w)不是常系数，而是w的函数。平顶脉冲形

8、成电路传输特性为Hs（w）输出为：带入取样函数：平顶抽样解调为了从已抽样信号中恢复原基带信号g(t)，可以采用图4—7所示的解调原理方框图。由于不能直接使用低通滤波器滤出所需信号是因为G(w)