模拟信号数字化传输

135

第七章 模拟信号的数字传输

7.1 引 言

前几章已讨论了模拟信号在模拟通信系统中的传输和数字信号在数字通信系统中的传输。

本章将要讨论的是模拟信号经过数字化以后在数字通信系统中的传输，简称模拟信号的数字传输。

数字传输随着微电子技术和计算机技术的发展，其优越性日益明显，优点是抗干扰强、失真小、传输特性稳定、远距离中继噪声不积累、还可以有效编码、译码和保密编码来提高通信系统的有效性，可靠性和保密性。另外，还可以存储，时间标度变换，复杂计算处理等。

模拟信号用得多的是语音信号，把语音信号数字化后，在数字通信系统中传输，称为数字电话通信系统。

模拟信号的数字传输的方框图见下图：

图中，)(t m 、∧)(t m ：模拟随机信号，{}k s 、{}∧

k S ：数字随机序列。 模拟信号的数字传输分三个步骤进行： ① A/D 把模拟信号变成数字信号 ② 数字信号传输

③ D/A 把数字信号还原成模拟信号

第二步骤在第5章，第6章已经论述。因此，本章仅讨论第一和第三步骤。

模拟信号数字输入的关键是模拟信号和数字信号的互相转换。

A/D 转换步骤示意如下图：

A/D 转换 D/A 转换

136

本章主要内容：

1、抽样（介绍模拟信号数字化的理论基础之一：抽样定理）

2、量化（介绍模拟信号的量化）

3、编码和译码

4、PCM （脉冲编码调制）

（模拟信号抽样、量化、编译码的一种常用方式）系统

5、m （增量调制）系统（模拟信号数字化的另一种常用方式）

6、DPCM 系统

7、数字电话通信系统

（简要介绍模拟电话信号的数字传输）（一个例子）

7.2抽样定理

将模拟信息源信号转变成数字信号叫做A/D 转换，A/D 转换中有三个基本过程：

抽样、量化、编码。

抽样是A/D 转换的第一步。

A/D 转换时，抽样间隔越宽，量化越粗，信号数据处理量少，但精度不高，甚至可能失掉信号最重要的特征。

抽样间隔如何确定？（抽样速率如何确定？） 举正弦波信号抽样的例子：

t 抽样 量化

1

t

t 100e

编码 A/D 转换步骤示意图

137

抽样定理告诉我们：

一个频带限制在（0，H f ）HZ 内的时间连续信号m(t)，如果以1/2H f 秒的间隔对它进行等间隔抽样，则m(t)将被变得到的抽样值完全确定。（指能通过低通滤波器适当地平滑滤波恢复）。

或者说抽样速率≥2H f 称2H f ~ 奈奎斯特速率、1/2H f ~ 奈奎斯特间隔。

（至少高于2H f ，等于2H f 时会出现（c ）图情况，当（c ）图的抽样起点移动一

下，可避免零数据的情况）

因为抽样定理时模拟信号数字化的理论基础，下面有必要证明该定理的正确性。

(1) 理想抽样方框图，数学关系式，各点波形 考察()t m 低通信号，频谱在0 ~ H f 范围，抽样函数为周期性冲激函数： ())S n T nT t t -δ∑=δ∞

-∞=（

t (a)图 t (b)图

t (c)图 t

(d)图

138

抽样后输出信号为()t m s ，见图示： （时域表示式）

)()()(t t m t m T s δ?= )()(∑∞

-∞

=-δ=n S nT t t m

)()(s n s nT t nT m -δ=

∑∞

-∞

=

（时才存在，只在S s nT t nT t =-δ)( 其它时刻均为0）

时刻的抽样值）为（s s nT t nT m =)(

(2) 频谱关系

()()ω?M t m ()()ωδ?δT T t ()()ω?S s M t m

)()(∑∞

-∞

=ω-ωδπ=ωδn s s T n T 2 注：周期性冲激函数（均匀冲激函数序列）的付式变换是均匀冲激序列：

?→←δ)(t T )(ωδωωs s ∑∞

∞

-ω-ωδω=)(s s n

根据()()()t t m t m s δ?=关系，按频率卷积定理： [])(*)()()(ωωπ

?→←

?212121

F F t f t f []??

????ω-ωδω=??

??

??ω-ωδω=??????ω-ωδπωπ=ωδωπ

=ω∑∑∑∞∞-∞

-∞=∞

-∞=)(*)()(*)()(*)()(*)()(s s n s s

n s s s n M T n M T n T M M M 1122121

由冲激函数卷积性质得： )()(∑∞

∞

-ω-ω=

ωs s

s n M T M 1

（时域上)()()(t f t t f =δ*，频域上边类似，)()()(S S T t f T t t f -=-δ*） 该式表明：

()t m s 的频谱()ωS M 是()ωM 的周期性复制品，即()ωS M 是无穷多个间隔

)(t T δ

)

t

t

)

(t T δ

t

理想抽样方框图

139

为s ω的()ωM 相迭加而成。

这意味着，只要H s ω≥ω2)(H s f f 2≥，()ωM 就周期性地重复而不重叠，因而()t m s 中包含了()t m 的全部信息。 (见樊书P189，图7-3)

需要说明：理想抽样得到的)(ωs M 具有无穷大带宽。

用一个带宽为B 的理想低通滤波器（见樊书图7-3（f ）的虚线方框），就可取出 ()ωM 的成分，以不失真地恢复m (t)。

工程上实际的滤波器做不到理想滤波器这么好，抽样频率为（2.5 ~ 5）s f ，以避免失真。例如语音信号带宽通常限制在3400HZ 左右，而抽样频率通常选8000HZ 。

7.3模拟信号的量化

(1) 量化和量化噪声

上一节讨论并论证了一个模拟信号可以用它的抽样值充分的代表。如语言信号波形，抽样以后，抽样值虽然在时间上离散，但是在电平幅度上仍然是模拟连续的。

如果利用有限个预先规定的电平来表示抽样值（即把不是这些规定电平的抽样用四舍五入的方法变为有限个规定电平），再把这有限个规定电平编为若干位的二进制代码组合后通过信道传输。

利用预先规定的有限个电平来表示模拟抽样值的过程称为量化。

假如模拟抽样值不经量化传输，当信道中的噪声叠加在模拟抽样值上面以后，接收端不可能精确到判别抽样值的大小，噪声叠加在模拟抽样值上的影响是不能消除的，特别是当信号在整个传输系统中采用多个接力站进行多次接力中继时，噪声是积累的，接力中继越多，噪声越大。

如果发送端用有限个电平来表示模拟抽样值，且二个电平间隔的一半比噪声的最大幅度还要大，噪声的影响就可消除，特别是多次中继接力传输时，噪声不会积累。

抽样是把时间连续的模拟信号变成了时间上离散的模拟信号，量化则进一步把 时间上离散但幅度上仍连续 的信号变成了时间、幅度上都离散的信号。

量化的物理过程参见图说明（樊书P196，图7-11）

()t m （黑实线）～ 模拟信号， )(t m q （细实线）～ 量化信号

140

s T ～（均匀）抽样周期，s

s f T 1

= ， ? ～ 抽样值（信号实际值）

? ～ 信号量化值， 71 q q ～量化器的7个输出电平

()s q kT m ～信号量化值， ()s kT m ～信号抽样值

量化误差也称量化噪声，量化电平数目越多，量化误差越小，但同时，编码位数也越多。

量化噪声（误差）在接收时无法去掉，影响通信质量 ，通常用q N 表示量化噪声功率。

信号、量化噪声功率比：

q

q N S =

()2

2]

([)]

([s q s s q kT m kT m E kT m E -=

[]

[

]

2

2

q

q

m m E m E -

()t m ～ 看成均值为零，概率密度为()x f 的平稳随机过程

E ～ 统计平均，q S ～ 量化器输出功率，q N ～量化噪声功率

(2) 均匀量化和量化信噪比

图7-11（樊书P196）中的例子是均匀量化，量化的间隔7q -6q =6q -5q =5q -4q =……是均匀的。

在均匀量化中，每个量化区间的量化电平均取在各个区间的中点（见图7-11， P196，纵轴）。

当信号的变化范围和量化电平级数目确定后，量化间隔V ?也被确定。例如：

量化间隔V ?=M

a

b -

式中，b ～ 输入信号的最大幅值，a ～ 输入信号的最小幅值，M ～ 量化电平级数。

量化器输出q m 为：q m =i q ， 当1-i m

i m ～ 第i 个量化区间的终（顶）点，可写成V i a m i ?+=，

简写

141

a ～ 最小信号幅值；

i q ～第i 个量化区间的量化电平，可表为 i q =2

1

-+i i m m ，i = 1, 2, 3 …… M

下面分析均匀量化时的量化信噪比。

量化噪声功率：()

[

]2

q q m m E N -==()dx x f m x b

a

q

)(?-2

=()

dx x f q x M

i i m m

i

i )(2

1

1

∑?=--

信号功率（量化器输出信号功率）： []()dx x f q m E

S i

i m m

i M

i q

q )(?∑

-===1

21

2

例：（樊书P198，例7.4.1） 计算结果：

若1>>M ，

2

M N S q

q

≈，或分贝形式：M N S dB

q q lg 20≈????

?? 计算结果表明：量化器的输出信噪比随量化电平级数M 的增加而提高。或者说量化电平级数M 大，信号的逼真度越好。

下表给出三种不同量化电平级数 M 下的量化信噪比。

量化电平级数M 增大，量化信噪比↑ q

q N S （也增大），语音信号的概密函

数为拉普拉斯分布： ()????

?

?σ-σ=

m m

x x f 2 21exp ，m σ ~ 信号()t m 均方根值。

142

对于语音信号，在相同量化电平级数M 下，量化信噪比要小。 均匀量化的缺点：

均匀量化时其量化信噪比随信号电平的减少而下降，因为量化间隔V ?为固定值，量化噪声功率q N 的大小与信号无关，当小信号时，（

q

q N S ）明显下降。

对于语音信号来说，小信号的出现概率大于大信号的出现概率，这就使平均信噪比下降。

解决的办法可以利用非均匀量化，在信号幅度小时，量化间隔划分得小；信号幅度大时，量化间隔划分得大，以提高小信号的信噪比，适当减小大信号的信噪比，使平均信噪比提高，获得较好的小信号接收效果。 非均匀量化这里不作介绍。

7.4编码和译码

模拟信号()t m 经过抽样量化以后，得到输出量化电平系列{}q m ，它一共有M 个电平。

如果直接传输M 进制的信号，抗噪性很差，通常要把M 进制变换为k 位二进制数字信号（M k ≥2）。

接收端收到二进制码的序列再经过译码还原成M 进制信号。 编码例子：

假设M=16（量化编号：0，1，2，3……15）

设量化电平分别为：-7.5，-6.5，-5.5…+6.5，+7.5V 等间隔为1的6个电平。

译 码：

143

当接收到代码以后，再还原为量化值，这个过程与编码相反。

编译码过程均可由编码器、译码器（集成在一个芯片上）完成。

7.5 脉冲编码调制（PCM ）系统

前面介绍了模拟信号数字传输的主要部件：抽样、量化、编码的原理，下面把它们结合起来组成一个完整的PCM 通信系统。

所谓脉冲编码调制，就是将模拟信号的抽样量化值变换成代码。 PCM 通信系统的组成方框图：

编码器送出来的是串行二进制码，是典型的数字信号，经变换调制后（基带或频带传输）在信道上传输，接收端再还原为二进制代码。

接收端收到的是由噪声及码间串绕等引起的误码，还有量化误差（噪声）

的影响，这样经过低通滤波器得到的模拟信号为()t m

?，()t m ?与()t m 的误差就是失真。 ()()()()t n t n t m t m

e q ++=0? 该式是我们进行抗噪性能分析的根据。

7.6增量调制系统（M ?或DM 系统）

在PCM 系统中，模拟信号()t m 的抽样值()s kT m 被量化为M=2k 个电平之一，然后编为k 位二进制代码，代码直接由抽样值的大小确定，这是模拟信

号数字化的主要方式之一。

但PCM 系统编译码器比较复杂，另外，收发要严格同步，为此研究出了各种改进的形式。

M ?是其中一种最主要的改进形式。 一：编码的基本思想

输出信号成份

量化噪声引起

加性噪声引起

144

M ?最主要的特点是它所产生的二进制代码表示模拟信号前后两个抽样值的差别（增加还是减少），而不是代表抽样值本身的大小，因此称为增量调制。

设模拟信号 ～ ()t m （见樊书P219，图7-30），抽样间隔 ～ t ?，量化间隔 ～ σ（小台阶）。

只要t ?足够小，σ足够小；就能够用时间间隔t ?，幅度差为σ±的阶梯波()t m '来逼近()t m 。

用“1”表示()t m '在给定时刻上升一个台阶σ， 用“0”表示下降一个台阶σ。

则()t m '就被一个二进制序列所表征。（见樊书图7-30横轴下的码序列） 当然该序列也相当于表征了()t m 。 M ?编码器（调制器）（M ?编码器见樊书P218图7-29）

将模拟信号()t m 与本地译码器输出的斜变信号()t m '进行比较。判决器输出的是二进制码序列M ?信号。

()t m '逼近()t m 的物理过程是这样的：

在-i t 时刻，（-i t 表示i t 时刻的前一瞬间，相当于阶梯波()t m '波形跃变点的前一瞬间）

若()0>'--

-==i i t t t t t m t m )(，则让()t m '上升一个台阶σ，同时M ?编码器

输出“1”码。 若()0<'---==i i t t t t t m t m )

(，则让()t m '下降一个台阶σ，同时M ?编码器

输出“0”码。

这样，就可以得到樊书图7-30横轴下的二进制码序列：010101111…

t

145

二：译码的基本思想

接收端只要每收到一个“1 ”码，就使输出上升一个台阶σ（跳变），每收到一个“0”码，就使输出下降一个台阶σ，连续收到“1 ”（或“0”）码，就使输出一直上升（下降），这样就可近似地复现()t m '。 这种功能可用一个RC 积分电路（器）完成。（见樊书P218，图7-29） RC 积分电路遇到“1”码（+E 脉冲电压），就以固定斜率上升一个E ?，并让E ?等于σ；

RC 积分电路遇到“0”码（--E 脉冲电压），就以同样斜率下降一个E ?； 积分电路输出()t m 0。见樊书P219，图7-31（b ）。

积分电路输出波形()t m 0尽管不是阶梯波（是锯齿波），但因σ=?E ，故在所有抽样时刻i t 上阶梯波与锯齿波有相同的值。

积分电路输出已接近原来波形，再经低通滤波器平滑可十分接近()t m 。 三：M ?的量化误差（噪声、或增量误差）

M ?信号是按台阶σ来量化的，同样存在量化误差（噪声）问题。 M ?系统中的量化噪声有两种： （一） 一般量化噪声

当本地译码器为RC 积分器时，量化误差为()()()t m t m t n '-=，即模拟信号与阶梯波形之间的误差，它总在σ+σ- ～之间内变化。 （二） 过载量化噪声

当模拟信号()t m 变化速度很快时，以至于积分器电容充放电跟不上()t m 的变化，就会产生过载现象，此时的误差称过载量化误差噪声。（见下图示） 发生过载现象时，()t n 会大大超出

σ，不能限制在σ±范围内。实际应用

中，要防止出现过载现象。 对于一般量化噪声，σ大则量化噪声大，σ小则量化噪声小。

采用大σ，可以减少过载噪声，

但却增大了一般量化噪声。因此必须

合理选取σ值。

另外的办法是：

提高抽样频率，这样既减小过载

噪声，又能够降低一般量化噪声。 一般来讲，M ?系统的抽样频率

n t

2t σ

146

要以PCM 系统高二倍以上。

7.7增量脉冲编码调制系统（DPCM ）（差分脉码调制系统）

对于有些信号（例如图象信号）变化很快，即瞬间斜率比较大，很容易引起过载，因此不能用简单的增量调制。

改进的办法是：采用一种综合了增量调制M ?和PCM （脉码调制）两者特点的调制方式，称为DPCM 调制。 DPCM 调制系统方框图见下图：

它与PCM 的区别是：在PCM 中用信号抽样值进行量化，编码后传输。而DPCM 则是用信号()t m 与()t m '的差值进行量化，再进行编码。

DPCM 与M ?不同点是：在M ?中是用一位二进制码表示增量，而在DPCM 中用几位二进制表示增量。

因此，DPCM 是介于M ?与PCM 之间的一种调制方式，

实验表明：经DPCM 调制后的信号，其传输的速率比起PCM 来说大大的压缩了。

例如对于一幅有较好图象质量的情况，每一抽样值只需4比特就够了。此外相同条件下，则DPCM 比PCM 信噪比可改善14～17dB 。

与M ?相比，由于它增多了量化级，因此在改善量化噪声方面优于M ?。

DPCM 的缺点是易受信道噪声的影响。

7.8 数字电话通信系统

7.8.1 时分复用（TDM ）

数字电话通信系统一般是时分多路系统。实现时分多路通信采用的是时分复用方式。

下面介绍时分复用的工作原理。

)t

147

设有N = 3路话路，输入信号

)()(t m t m 31 通过截止频率为H f 的

低通滤波器，送入“发送旋转开关T S ”，在接收端3路模拟信号被“接收旋转开关R S ”抽样。

设开关每秒旋转s f 次，每旋转1次，

对3路模拟信号扫描抽样1遍，这一组连续

3个脉冲称为一帧（图中蓝、红、黑脉冲为一帧），s S f T /1= ～ 一帧长度，3

s

T =

τ ～ 时隙。 “蓝”脉冲序列就是)(t m 1所谓的PAM （脉冲振幅调制）信号，将每一个蓝脉冲量化编码，就成为PCM 信号。

设两个开关同步旋转，传输中也没有噪声干扰，旋转开关理想抽样的输出：

当系统满足抽样定理时，则各路输出信号可分别恢复发端的原始模拟信号，即

)()(t m t m i i =0。

上述概念可以应用到N 路话音信号的时分复用传输中去。N 路的时间复用信号的时间分配关系，见图示。时隙1分配给第1路，时

隙N 分配给第N 路，N 个时隙称为1帧。

)

(t )

(t

)

(t )

(t x {}][][)()()()()(τ--δτ++τ--δτ++-δ=∑∞

∞=223-k 21s s s s s s kT t kT m kT t kT m kT t kT m t x ∑∑∑∞∞=∞∞=∞∞

=τ--δτ++τ--δτ++-δ=++==-k 3-k 2-k 132122][][)()()()()()()()()(s s s s s s kT t kT m kT t kT m kT t kT m t y t y t y t x t y )(t y 1)(t y 2)(t y 3s μ） t

148

每1帧的时间必须符合抽样定理的要求。通常由于单路话音信号的抽样频率规定为8000HZ ，故一帧时间为s μ125。 7.8.2 时分多路数字电话系统的组成

PCM 时分多路数字电话系统方框图如图示。

输入的第1路话音信号经二线进入混合线圈，并经放大、低通滤波和抽样。

抽样信号与各路已抽样信号合在一起进行

量化与编码，变成PCM 信号，最后变换成适合信道传输的码型送至四线信道。

接收端将收到的PCM 信码经再生、译码器、PCM →PAM 信号，分路后的PAM 信号经低通滤波器恢复成模拟信号，然后经放大、混合器线圈输出。

其它各路的发送与接收的过程均与第1路相同。

进年来，随着LSI 集成电路的发展，由采用群路编译码器进行编译码，改用N 路个单路编译码器实现。在时隙脉冲的控制下，按照帧结构的模式，进行N 路复接。

用于数字电话终端设备（PCM 基群设备）的集成电路系列有：单路编译码器Intel2911、MK5156，低通滤波器Intel2911、MK5912、MT8912，编译码器和低通滤波器集成在一起的芯片Intel2913/14、MT8963/65等。

与之配套的电路，时隙分配器MC14417/18，定时与复用器MB8717等。 7.8.3 数字电话系统的帧结构和传输码速率

我国使用的PCM 系统，规定采用PCM30/32路结构（见图示）。语音信号带宽通常限制在kHz 43.左右，抽样频率kHz f s 8=，所以帧长度s kHz

T s μ==12581。

四 线 信 道

一帧分为32个时隙，其中30个时隙传送30路电话（3117151 , TS TS TS TS --为用户时隙）。

1个时隙（0TS 为帧同步时隙）用来传送帧同步码，另1个时隙（16TS 为信令时隙）用来传送各话路的标志码（如拨号脉冲、被叫摘机、主叫挂机等）。

每1帧占s μ125，每1时隙为

s μ=9332

125

.。每1时隙均采用8位二进制编码，所以，传输码速率为：

（兆波特）MB n N f R s B 0482*******.=??=??=

因码元是二进制，所以，传信速率为（兆比特）Mb R b 0482.=

7.8.4 PCM 的高次群

PCM30/32路时分多路系统，也称为数字基群（一次群）设备。在长途传输中，往往将若干个基群数字信号通过数字复接设备，汇总成二次群或更高次群的数字信息流。

CCITT 推荐了两大系列高次群复接体制，一种是以30

路为基群的30×

抽样频率 每帧时隙数 每时隙n 位编码

1 1 A 1 1 1 1 1

奇帧 偶帧

150

下图示出了PCM 二次群系统的组成框图。

PCM 终端设备的形式是多样的，但其输出的码速率必须符合1次群、2次群所规定的标准。

几个数字信号流要复接在一起，首先必须实现同步，否则就会重叠和错位。

同步复接是指待复接的支路是同一时钟源，这种同源信号流相互间是严格同步的，不需要码速率的调整就可进行复接。

准同步复接是指待复接的支路使用各自独立的时钟源，虽然它们的标称码速率完全一样，但由于各种时钟频率都有一定的容差，各支路的瞬时码速率不会完全相同，这种异源信号流复接时，首先要进行码速率的调整，然后再复接。

4次和4次以下的高次群，都是采用准同步复接方式，称为准同步数字序列（PDH ）。

4次以上的高次群，CCITT 又制定了同步数字序列（SDH ），以适应宽带

41204×PCM30/32

综合业务数字网（B-ISDN）的传输需求。

SDH的第一级比特率（STM-1）：155.52Mb/s，4个STM-1复接得到STM-4，比特率：622.08Mb/s。

第七章总结复习：

(1) 模拟信号数字传输系统的主要功能模块。

(2) A/D转换的三个步骤的工作原理。

(3) D/A的工作原理

(4) PCM系统的工作原理

(5) M

系统的工作原理

151

模拟信号和数字信号的对比

模拟信号是将源信号的一些特征未经编码直接通过载波的方式发出，是连续的数字信号则是通过数学方法对原有信号进行处理，编码成二进制信号后，再通过载波的方式发送编码后的数字流，是离散的特点：模拟信号：将26个字母对应26种不同的颜色要传递时用不同颜色的滤光片改变电筒射出的光的颜色这里就会表现出模拟信号不可靠（容错性差、易受干扰）的缺点人对颜色的识别可能会有偏差大气对不同颜色的光线吸收程度不同数字信号：将26个字母编码成二进制数字（可参考莫尔斯电码）通过电筒光线的闪烁来传递信号由于光线的闪烁很容易分辨且不容易受到干扰这个通信方案的可靠性就比模拟信号更强模拟信号指幅度的取值是连续的（幅值可由无限个数值表示）。时间上连续的模拟信号连续变化的图像（电视、传真）信号等，时间上离散的模拟信号是一种抽样信号，数字信号指幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内。二进制码就是一种数字信号。二进制码受噪声的影响小，易于有数字电路进行处理，所以得到了广泛的应用。1．模拟通信模拟通信的优点是直观且容易实现，但存在两个主要缺点。（1）保密性差模拟通信，尤其是微波通信和有线明线通信，很容易被窃听。只要收到模拟信号，就容易得到通信内容。（2）抗干扰能力弱电信号在沿线路的传输过程中会受到外界的和通信系统内部的各种噪声干扰，噪声和信号混合后难以分开，从而使得通信质量下降。线路越长，噪声的积累也就越多2．数字通信（1）数字化传输与交换的优越性①加强了通信的保密性。②提高了抗干扰能力。数字信号在传输过程中会混入杂音，可以利用电子电路构成的门限电压（称为阈值）去衡量输入的信号电压，只有达到某一电压幅度，电路才会有输出值，并自动生成一整齐的脉冲（称为整形或再生）。较小杂音电压到达时，由于它低于阈值而被过滤掉，不会引起电路动作。因此再生的信号与原信号完全相同，除非干扰信号大于原信号才会产生误码。为了防止误码，在电路中设置了检验错误和纠正错误的方法，即在出现误码时，可以利用后向信号使对方重发。因而数字传输适用于较远距离的传输，也能适用于性能较差的线路。③可构建综合数字通信网。采用时分交换后，传输和交换统一起来，可以形成一个综合数字通信网。（2）数字化通信的缺点①占用频带较宽。因为线路传输的是脉冲信号，传送一路数字化语音信息需占20?64kHz的带宽，而一个模拟话路只占用4kHz带宽，即一路PCM信号占了几个模拟话路。对某一话路而言，它的利用率降低了，或者详它对线路的要求提高了。②技术要求复杂，尤其是同步技术要求精度很高。接收方要能正确地理解发送方的意思，就必须正确地把每个码元区分开来，并且找到每个信息组的开始，这就需要收发双方严格实现同步，如果组成一个数字网的话，同步问题的解决将更加困难。③进行模/数转换时会带来量化误差。随着大规模集成电路的使用以及光纤等宽频带传输介质的普及，对信息的存储和传输，越来越多使用的是数字信号的方式，因此必须对模拟信号进行模/数转换，在转换中不可避免地会产生量化误差数字信号与模拟信号的区别不在于该信号使用哪个波段（C、KU）进行转发，而在于信号采用何种标准进行传输。如：亚卫2号C波段转发器上是我国省区卫星数字电视节目，它所采用的标准是MPEG-2-DVBS。数字信号与模拟信号的区别不在于该信号使用哪个波段（C、KU）进行转发，而在于信号采用何种标准进行传输。如：亚卫2号C波段转发器上是我国省区卫星数字电视节目，它所采用的标准是MPEG-2-DVBS。模拟信号与数字信号(1)模拟信号与数字信号不同的数据必须转换为相应的信号才能进行传输：模拟数据一般采用模拟信号(AnalogSignal)，例如用一系列连续变化的电磁波(如无线电与电视广播中的电磁波)，或电压信号(如电话传输中的音频电压信号)来表示；数字数据则采用数字信号(DigitalSignal)，例如用一系列断续变化的电压脉冲(如我们可用恒定的正电压表示二进制数1，用恒定的负电压表示二进制数0)，或光脉冲来表示。当模拟信号采用连续变化的电磁波来表示时，电磁波本身既是信号载体，同时作为传输介质；而当模拟信号采用连续变化的信号电压来表示时，它一般通过传统的模拟信号传输线路(例如电话网、有线电视网)来传输。当数字信号采用断

模拟信号的数字化传输系统设计

模拟信号的数字化传输系统设计

摘要 本设计结合PCM的抽样、量化、编码原理，利用MATLAB软件编程和绘图功能，完成了对脉冲编码调制（PCM）系统的建模与仿真分析。课题中主要分为三部分对脉冲编码调制（PCM）系统原理进行建模与仿真分析，分别为采样、量化和编码原理的建模仿真。通过对脉冲编码调制（PCM）系统原理的仿真分析，设计者对PCM原理及性能有了更深刻的认识，并进一步掌握MATLAB软件的使用。 第一章绪论 数字通信系统由于具有许多优点而成为当今通信的发展方向。然而日常生活中大部分信号都是模拟信号。相对于模拟通信来说，数字通信有抗干扰能力强、保密性好、可以再生、没有噪声积累等优势。但是，现实生活中有很多模拟新源，模拟信源输出的信号是模拟信号，要将其在数字通信系统中进行传输，则必须经过相应的处理。研究模拟信号的数字化传输有着极其重要的意义。 在1937年，英国人里费（A.H.Reeves）提出了脉冲编码调制（PCM）方式。从此揭开了近代数字传输的序幕。PCM系统的优点是：抗干扰性强；失真小；传输特性稳定，远距离再生中继时噪声不累积，而且可以采用有效编码、纠错编码和保密编码来提高通信系统的有效性、可靠性和保密性。另外，由于PCM可以把各种消息（声音、图像、数据等等）都变换成数字信号进行传输，因此可以实现传输和交换一体化的综合通信方式，而且还可以实现数据传输与数据处理一体化的综合信息处理。故它能较好地适应信息化社会对通信的要求。PCM的缺点是传输带宽宽、系统较复杂。但是，随着数字技术的飞跃发展这些缺点也不重要。因此，PCM是一种极有发展前途的通信方式。 第二章MATLAB简介 2.1 MATLAB软件简介 MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一

通信原理第六章(模拟信号的数字传输)习题及其答案

第六章（模拟信号的数字传输）习题及其答案 【题6－1】已知信号()m t 的最高频率为m f ，由矩形脉冲()m t 进行瞬时抽样，矩形脉冲的宽度为2τ，幅度为1，试确定已抽样信号及其频谱表示式。 【答案6－1】 矩形脉冲形成网络的传输函数 ()( )( ) 2 2Q A Sa Sa ωτ ωτ ωττ== 理想冲激抽样后的信号频谱为 1 ()(2) =2 s m m m n s M M n f T ωωω ωπ∞ =-∞ = -∑ 瞬时抽样信号频谱为 ()()()( )(2) 2 H s m n s M M Q Sa M n T τ ωτ ωωωωω∞ =-∞ == -∑ ()H M ω中包括调制信号频谱与原始信号频谱()M ω不同，这是因为()Q ω的加权。 瞬时抽样信号时域表达式为 ()()()() H s n m t m t t nT q t δ∞ =-∞ = -*∑ 【题6－2】设输入抽样器的信号为门函数()G t τ，宽度200ms τ=，若忽略其频谱的第10个零点以外的频率分量，试求最小抽样速率。 【答案6－2】 门函数()G t τ的宽度200ms τ=，其第一个零点频率1150f Hz τ==，其余零 点之间间隔都是1 τ，所以第10个零点频率为110500m f f Hz ==。忽略第10个零点以外的频率分量，门函数的最高频率是500Hz 。由抽样定理，可知最小抽样速率21000s m f f Hz ==。

【题6－3】设信号()9cos m t A t ω=+，其中10A V =。若()m t 被均匀量化为40个电平，试确定所需的二进制码组的位数N 和量化间隔v ?。 【答案6－3】 ()m t 需要被量化为40个电平，即40M =，表示40个电平需要的二进制码 组位数 2[log ]16N M =+= 量化间隔 22100.540A v V M ??= == 【题6－4】已知模拟信号抽样的概率密度()f x 如下图所示。若按四电平进行均匀量化，试计算信号量化噪声功率比。 【答案6－4】 根据()f x 图形可知 10<1()1 -10 01x x f x x x x -≤?? =+≤≤??≥? x 动态范围为：1(1)2v =--= 量化级间隔为： 2 0.54v v M ?= == 量化区间端点和量化输出为：01m =-，10.5m =-，20m =，30.5m =，41m =； 10.75q =-，20.25q =-，30.25q =，40.75q =。 量化信号功率为：

模拟信号的数字传输.

第七章 模拟信号的数字传输 数字通信系统中信道中传输的是数字信号。但自然界中，有些信源是以模拟形式出现的，如话音、图像等。因此在进行数字通信往往需先对信号（模拟的）数字化。模拟信号数字化属信源编码范围，当然信源编码还包括并/串转换、加密和数据压缩。本章重点讨论模拟信号数字化的基本方法，主要有PCM 、Δm 、ADPCM,还有其它VQ 、LPC 和CELP 。 模拟信号数字化的过程（得到数字信号）一般分三步：抽样、量化和编码。 其中“抽样”指抽取样值，抽取样点。抽样的多少，快慢对通信的性能指标有决定影响。抽样类似物理实验中实验曲线的描绘方法，测样点太少容易失真，；太多即费时又费力。在通信中抽样点太少容易失真；太多时数据量大，传输时间长，效率低。（带宽大，因Rb 大）。 如何抽样，由下面的抽样定理描述。 抽样定理是数字通信的基础。下面引出定理，给出必要的证明，再说明其具体应用。 7.1抽样定理 一 低通抽样定理 1、定理描述 频率受限于（0，H f ）的时间连续信号m(t) ,若抽样频率s f 不小于2 H f ，则m(t)可被其抽样值s m (t) 完全确定。（写完后解释，或强调两点）。 2、证明： s m (t)包含m(t)的全部信息；从s m (t)可无失真恢复m(t)。 抽样过程如图：

T (t)m(t)(t)δ= s T 1 M ()M()()2ωωδωπ = * T s n (t)(t nT )δδ∞ =-∞= -∑ T s s n ()(n )δ ωωδωω∞ =-∞ =-∑ s s s n m (t)m(nT )(t nT )δ∞ =-∞ =-∑ s s n s 1 M ()M(n )T ωωω∞ =-∞ = -∑ s m(t)=m (t)h(t)* s M()M ()H()ωωω= H H 21,H(W)G ()0,ωωωω? ≤?==? ?? 其它 H H H a H H sin t h(t)S (t)t ωωωωππω= = s H f 2f ≥ 时，得到的M()ω不失真。 抽样频率s f 不同时，s M ()ω的变化如图：

实验二模拟信号数字化传输系统的建模与分析

实验二模拟信号数字化传输系统的建模与分析 一、实验目的 1. 进一步掌握Simulink 软件使用的基本方法； 2. 熟悉信号的压缩扩张； 3. 熟悉信号的量化； 4. 熟悉PCM 编码与解码。 二、实验仪器 带有MATLAB 和SIMULINK 开发平台的微机。 三、实验原理 3.1 信号的压缩和扩张 非均匀量化等价为对输入信号进行动态范围压缩后再进行均匀量 化。中国和欧洲的PCM 数字电话系统采用A 律压扩方式，美国和日本 则采用μ律方式。设归一化的话音输入信号为[ 1, 1] x∈? ，则 A 律压缩器的输出信号y 是： 其中，sgn(x) 为符号函数。A 律PCM 数字电话系统国际标准中， 参数A=87.6。 Simulink 通信库中提供了“A-Law Compressor”、“A-Law Expander”以及“Mu-Law Compressor”和“Mu-Law Expander”来实 现 A 律和? 律压缩扩张计算。 压缩系数为87.6 的A 律压缩扩张曲线可以用折线来近似。16 段折 线点坐标是 其中靠近原点的4 段折线的斜率相等，可视为一段，因此总折线 数为13 段，故称13 段折线近似。用Simulink 中的“Look-Up Table ” 查表模块可以实现对13 段折线近似的压缩扩张计算的建模，其中，压 缩模块的输入值向量设置为 [-1,-1/2,-1/4,-1/8,-1/16,-1/32,-1/64,-1/128,0,1/128,1/64,1/32,1/16,1/8,1 /4,1/2,1] 输出值向量设置为[-1:1/8:1]

扩张模块的设置与压缩模块相反。 3.2 PCM 编码与解码 PCM 是脉冲编码调制的简称，是现代数字电话系统的标准语音编码方式。A 律PCM 数字电话系统中规定：传输话音信号频段为300Hz到3400Hz ，采样率为8000 次/ 秒，对样值进行13 折线压缩后编码为8bit二进制数字序列。因此，PCM 编码输出的数码速率为64Kbps 。 PCM 编码输出的二进制序列中，每个样值用8 位二进制码表示， 其中最高比特位表示样值的正负极性，规定负值用“0 ”表示，正值用“1 ”表示。接下来3 位比特表示样值的绝对值所在的8 段折线的段落号，最后 4 位是样值处于段落内16 个均匀间隔上的间隔序号。在数学上，PCM 编码的低7 位相当于对样值的绝对值进行13 折线近似压缩后的7bit 均匀量化编码输出。 四、实验内容 1. 设计一PCM 编码器，要求该编码器能够对取值在[-1 ；1] 内的归一 化信号样值进行编码； 2. 设计一个对应于以上编码器的PCM 解码器； 3. 在以上两项内容的基础上，建立PCM 串行传输系统，并在传输信 道中加入指定错误概率的随机误码。 五、实验过程 1、PCM编码器建模与仿真 框图 参数设置：saturation限幅器：上限值为1，下限值为-1. Relay：

实验五+模拟信号的数字传输仿真

实验五模拟信号的数字传输仿真 一、实验目的 1、掌握PCM的编码原理。 2、掌握PCM编码信号的压缩与扩张的实现方式 二、实验内容 1、设计一个PCM调制系统的仿真模型 2、采用信号的压缩与扩张方式来提高信号的信噪比 三、基本原理 在现代通信系统中，以PCM（脉冲编码调制）为代表的编码调制技术被广泛地应用于模拟信号和数字传输中，所谓脉冲编码调制，就是将模拟信号的抽样量化值变换成代码，其编码方式如下图所示： PCM编码经过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。为了便于用数字电路实现，其量化电平数一般为2的整数次幂，这样可以将模拟信号量化为二进制编码形式。其量化方式可分为两种： 均匀量化编码： 常用二进制编码，主要有自然二进码和折叠二进码两种。 非均匀量化编码： 常用13折线编码，它用8位折叠二进码来表示输入信号的抽样量化值，第一位表示量化值的极性，第二至第四位（段落码）的8种可能状态分别代表8个段落的起始电平，其它4位码（段内码）的16种状态用来分别代表每一段落的16个均匀划分的量化级。 通常情况下，我们采用信号压缩与扩张技术来实现非均匀量化，就是在保持信号固有的动态范围的前提下，在量化前将小信号放大，而将大信号进行压缩。采用信号压缩后，用8位编码就可以表示均匀量化11位编码是才能表示的动态范围，这样能有效地提高校信号编码时的信噪比。 四、实验步骤 在SystemVue系统仿真软件中，系统提供了A律和μ律两种标准的压缩气和扩张器，用户可以根据需要选取其中一种进行仿真实验。

1、设置一个均值为0，标准差为0.5的具有高斯分布的随机信号作为仿真用的模拟信号源。 2、在信号源的后方放置一个巴特沃思低通滤波器，设置其截止频率为10Hz，滤除高频分量。 3、在滤波器右侧放置一个A律13折线的压缩器（在通信库的Processors标签下），对信号进行压缩，并设定最大输入为1v。 4、放置一个模数转换器（在逻辑库下的Mix Signal中），对压缩的模拟信号进行抽样量化，并编码为数字信号，根据PCM的要求，设定编码位数为8位，输出真假值为1和0，阈值为0.5，最大最小输入为正负1.28v；并放置一个100Hz 的采样时钟信号对模拟信号进行抽样。由此可得出8位编码的PCM信号。 5、放置一个数模转换器，将编码好的PCM信号重新还原为模拟信号。数模转换器的参数设置与模数转换器基本相同 6、将模数转换器的8个数据位与数模转换器相对应的8个数据位相连，将数字信号送入数模转换器。 7、放置一个扩张器，接收从数模转换器产生的经过压缩的模拟信号，并对其进行扩张，还原为原始信号，参数的设置与压缩器基本相同。最终的仿真系统如下图所示： 五、实验报告要求 画出仿真系统中各个接收器的波形

模拟信号的数字传输

135 第七章 模拟信号的数字传输 7.1 引 言 前几章已讨论了模拟信号在模拟通信系统中的传输和数字信号在数字通信系统中的传输。 本章将要讨论的是模拟信号经过数字化以后在数字通信系统中的传输，简称模拟信号的数字传输。 数字传输随着微电子技术和计算机技术的发展，其优越性日益明显，优点是抗干扰强、失真小、传输特性稳定、远距离中继噪声不积累、还可以有效编码、译码和保密编码来提高通信系统的有效性，可靠性和保密性。另外，还可以存储，时间标度变换，复杂计算处理等。 模拟信号用得多的是语音信号，把语音信号数字化后，在数字通信系统中传输，称为数字电话通信系统。 模拟信号的数字传输的方框图见下图： 图中，)(t m 、∧)(t m ：模拟随机信号，{}k s 、{}∧ k S ：数字随机序列。 模拟信号的数字传输分三个步骤进行： ① A/D 把模拟信号变成数字信号 ② 数字信号传输 ③ D/A 把数字信号还原成模拟信号 第二步骤在第5章，第6章已经论述。因此，本章仅讨论第一和第三步骤。 模拟信号数字输入的关键是模拟信号和数字信号的互相转换。 A/D 转换步骤示意如下图： A/D 转换 D/A 转换

136 本章主要内容： 1、抽样（介绍模拟信号数字化的理论基础之一：抽样定理） 2、量化（介绍模拟信号的量化） 3、编码和译码 4、PCM （脉冲编码调制） （模拟信号抽样、量化、编译码的一种常用方式）系统 5、m （增量调制）系统（模拟信号数字化的另一种常用方式） 6、DPCM 系统 7、数字电话通信系统 （简要介绍模拟电话信号的数字传输）（一个例子） 7.2抽样定理 将模拟信息源信号转变成数字信号叫做A/D 转换，A/D 转换中有三个基本过程： 抽样、量化、编码。 抽样是A/D 转换的第一步。 A/D 转换时，抽样间隔越宽，量化越粗，信号数据处理量少，但精度不高，甚至可能失掉信号最重要的特征。 抽样间隔如何确定？（抽样速率如何确定？） 举正弦波信号抽样的例子： t 抽样 量化 1 t 024 t 100 编码 A/D 转换步骤示意图

模拟信号数字化传输系统的设计与仿真分析

唐山学院 通信原理课程设计 题目模拟信号数字化传输系统的设计与仿真分析系 (部) 班级 姓名 学号 指导教师 2017 年 6 月 26 日至2017 年7月 8 日共 2 周

通信原理课程设计任务书

课程设计成绩评定表

目录 前言................................................................. 1模拟信号抽样过程原理............................................... 抽样原理......................................................... 低通型连续信号的抽样.......................................... 带通信号的抽样定理........................................... 量化原理........................................................ 均匀量化...................................................... 非均匀量化................................................... A律压缩律................................................... 13折线...................................................... 脉冲编码调制（PCM）.............................................. 差分脉冲编码调制（DPCM）........................................ 2 Matlab/Simulink的简介............................................. 3 基于Simulink的模拟信号数字化传输的设计与仿真分析.................. 抽样过程的设计与仿真分析......................................... 量化过程的设计与仿真分析......................................... PCM编译码系统设计与仿真分析..................................... PCM编码器设计............................................... PCM解码器设计............................................... 有干扰信号的PCM编码与解码.................................... DPCM编译码系统的设计与仿真分析.................................. 4 总结............................................................... 5参考文献...........................................................

基于matlab的模拟信号数字化仿真

基于matlab的模拟信号数字化仿真 作者：李亚琼 学号：1305160425

摘要 本文研究的主要内容模拟信号数字化Matlab软件仿真。若信源输出的是模拟信号，如电话传送的话音信号，模拟摄像机输出的图像信号等，若使其在数字信道中传输，必须在发送端将模拟信号转换成数字信号，即进行A/D变换，在接收端则要进行D/A变换。模拟信号数字化由抽样、量化、编码三部分组成。由于数字信号的传送具有稳定性好，可靠性高，方便传送和传送等诸多优点，使得被广泛应用到各种技术中。不仅如此，Matlab仿真软件是常用的工具之一，可用于通信系统的设计和仿真。在科研教学方面发挥着重要的作用。Matlab有诸多优点，编程简单，操作容易、处理数据迅速等。 本文主要阐述的是模拟信号数字化的理论基础和实现方法。利用Matlab提供的可视化工具建立了数字化系统的仿真模型，详细讲述了抽样、量化、编码的设计，并指出了在仿真建模中要注意的问题。在给定的仿真条件下，运行了仿真程序，得到了预期的仿真结果。 关键词：Matlab、模拟信号数字化、仿真 1.1基本原理 模拟信号的数字传输是指把模拟信号先变换为数字信号后，再进行传输。由于与模拟传输相比，数字传输有着众多优点，因而此技术越来越受到重视。此变化成为A/D变换。A/D变换是把模拟基带信号变换喂数字基带信号，尽管后者的带宽会比前者大得很多，但本质上仍属于基带信号。这种传输可直接采用基带传输，或经过熟悉调制后再做频带传输。A/D变化包括抽样、量化、编码三个步骤，如图。 图1.模拟信号数字化 1.1.1抽样定理 抽样就是把模拟信号在时间上的连续变成离散的抽样值。而能不能用这一系列抽样值重新恢复原信号，就需要抽样定理来解决了。所以说，如果我们要传输模拟信号，可以通过传输抽样定理的抽样值来实现而不是非要传输原本的模拟信号。模拟信号数字化的理论基础就是抽样定理，抽样定理的作用不言而喻。 抽样定理：设时间连续信号) f，其最高截止频率为m f，如果用时间间 (t

第八章 模拟信号的数字化传输

第八章 模拟信号的数字化传输 8-1 试构成先验等概的二进制确知ASK （OOK ）信号的最佳接收机系统。若非零信号的码元能量为b E 时，试求该系统的抗高斯白噪声的性能。 解：ASK （OOK ）信号的最佳接收机系统如图8-1所示 图8-1 因为根据最佳接收机性能，有 2n E A b = 所以该系统的误码率为 04erfc 2 12erfc 21n E A P b e === 8-2 设二进制FSK 信号为 s T t t A t s ≤≤=0 ,sin )(11? s T t t A t s ≤≤=0 ,sin )(22? 且)()(,2,421121t s t s T s 和??π ?== 等可能出现。 （1）构成相关检测器的最佳接收机结构。 （2）画出各点可能的工作波形。 （3）若接收机输入高斯噪声功率谱密度为 )W/Hz (2 n ，试求系统的误码率。 解：（1）最佳接收机结构如图8-2)(a 所示。 （2）各点波形如图8-2)(b 所示。 （3）由题意知信号是等能量，即 2 2 021s b T A E E E === 该系统的误码率为 2 002erfc 212rfc 21n T A n E e P s b e ==

图8-2 8-3 在功率谱密度为2/0n 的高斯白噪声下，设计一个对图8-3)(a 所示)(t f 的匹配滤波器。 （1）如何确定最大输出信噪比的时刻？ （2）求匹配滤波器的冲击响应和输出波形，并绘出图形。 （3）求最大输出信噪比的值。 图8-3 解：（1）最大输出信噪比出现时刻应在信号结束之后，即 T t ≥0 （2）匹配滤波器的冲击响应为 )()(0t t f t h -= 其波形如图8-3)(b 所示。 匹配滤波器的输出 )(*)()(t f t h t y = 其波形如图8-3)(c 所示。 （3）最大输出信噪比值为 20max 022n T A n E r == 8-4 在图8-4)(a 中，设系统输入)()(1t h t s 及、)(2t h 分别如图8-4)(b 所示，试绘图解出)()(21t h t h 及的输出波形，并说明)()(21t h t h 及是否是)(t s 的匹配滤波器。

第2章 模拟信号的数字化传输

通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统两类，而且可以把模拟信号数字化后，用数字通信方式传输。为了在数字通信系统中传输模拟消息，发送端首先应将模拟消息的信号抽样，使其成为一系列离散的抽样值，然后再将抽样值量化为相应的量化值，并经编码变换成数字信号，用数字通信方式传输，在接收端则相应地将接收到的数字信号恢复成模拟消息。模拟信号的数字传输方框图如图7-1所示。 图7-1模拟信号的数字传输 基本概念: 抽样定理抽样量化脉冲编码调制 基本原理: 抽样定理 低通型连续信号的抽样定理 带通型连续信号的抽样定理 平顶抽样 模拟信号的量化 利用预先规定的有限个电平来表示模拟抽样值的过程称为量化。抽样是把一个时间连续、幅度连续信号变换成时间离散、幅度连续的信号。量化是 将时间离散、状态连续的抽样变换成时间离散、状态离散的信号。对模拟 抽样值的量化过程会产生误差，称为量化误差，通常用均方误差来度量。由 于这种误差的影响相当于干扰或噪声，故又称其为量化噪声。量化后的信号 与原信号近似程度的好坏，通常用信号量化噪声功率比来衡量，它被定义为

式中E为统计平均，为量化器输出的信号功率，为量化噪声功率。 均匀量化 均匀量化的特点 非均匀量化 非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化间隔也小;反之，量化间隔就大。它与均匀量化相比，有两个主要的优点: ?当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度时，非均匀量化器的输出端可以较高的平均信号量化噪声功率比; ?非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。 因此，量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时 的量化信噪比。 非均匀量化的实现方法是将抽样值通过压缩器压缩后再进行均匀量化。广泛采用的两种对数压缩律是: ?压缩律:美国 ?压缩律:我国和欧洲 脉冲编码调制 脉冲编码调制原理 模拟信息源输出的模拟信号经抽样和量化后得到的输出电平序列可以利用进制PAM直接进行传输，也可以将每一种量化电平用编码方式传 输。所谓脉冲编码调制，就是将模拟信号的抽样量化值转换成二进制码组的过程。PCM通信系统的组成方框图如图7-2所示。输入的模拟信号经抽样、量化、编码后变换成数字信号，经信道传送到接收端的译码器，由译码器还原出抽样值，再经低通滤波器滤出模拟信号。其中，量化与编码的组合通常称为A/D变换器;而译码与低通滤波的组合称为D/A变换。

模拟信号数字传输的研究报告

模拟信号数字传输的研究报告 摘要 数字信号处理相对模拟信号处理有许多优点，且有些处理功能是模拟信号所不能完成的。但实际中很多信号都是时间连续信号，希望将模拟信号转换到数字域，从而完成一些更高质量或者模拟信号处理所不能完成的功能。因此，我们研究采用PCM编码译码将模拟信号转换成数字信号进行2PSK调制与解调。该传输系统主要由三个模块构成，分别是：模拟信号的数字化、2PSK调制与解调、数字信号还原为模拟信号。 关键字：PCM；2PSK；SYSTEMVIEW 一、设计任务及要求 本设计的研究是基于SYSTEMVIEW仿真平台，设计一个PCM传输系统。该传输系统主要包括模拟信号的数字化、2PSK调制与解调、数字信号还原为模拟信号三个部分，最后通过观察比较输入信号和输出信号的波形，以及在无噪情况、低噪情况、高噪情况分别来分析该系统的性能。 二、电路设计原理 脉冲编码调制（PCM）简称脉码调制，PCM，即脉冲编码调制，用一组二进制代码代替连续信号的抽样值。首先，对输入的模拟信号进行抽样，使其成为时域离散信号，此处必须满足采样定理，然后通过模数转换将时域离散信号用一组二进制代码来表示，具体有两步：量化、编码。然后对数字信号进行2PSK 调制与解调，最后通过译码、低通滤波将其转换为模拟信号输出。为改善小信号量化性能，采用A律压缩，一般使用13折线法编码。 电路设计分为两部分，首先是2PSK调制与解调的设计，在确保调制与解调无误后，设计PCM编码与译码电路，然后将二者联合起来，实现模拟信号的数字传输。 1、2PSK调制与解调的原理 2PSK,即二进制相移键控，用输入信号控制载波的相位随之变化，一般情况下，用载波的”0○”表示二进制基带信号的“0”，”180○”表示二进制基带信号的“1”，也可反过来。 输入信号的形式一般为s (t ) =∑a n g (t - nT s ) ,a n以概率P取“1”,以1-P取“0”， g （t）一般是脉宽为T S，高为1的方波（也可取三角波等）。（1）2PSK调制 2PSK调制可采用模拟调制和数字键控两种方式，本实验以模拟调制为主，调制原理如下：

模拟信号的数字传输仿真实验

实验三 模拟信号的数字传输仿真 一、实验目的 1、 掌握PCM 的编码原理。 2、 掌握PCM 编码信号的压缩与扩张的实现方式 二、实验内容 1、 设计一个PCM 调制系统的仿真模型 2、 采用信号的压缩与扩张方式来提高信号的信噪比 三、基本原理 在现代通信系统中，以PCM （脉冲编码调制）为代表的编码调制技术被广泛地应用于模拟信号和数字传输中，所谓脉冲编码调制，就是将模拟信号的抽样量化值变换成代码，其编码方式如下图所示： m (t ) 抽样 量化 信道 低通滤波 m s (t ) m sq (t ) 噪声 编码 译码 m sq (t ) m ‘s (t ) PCM 编码经过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。为了便于用数字电路实现，其量化电平数一般为2的整数次幂，这样可以将模拟信号量化为二进制编码形式。其量化方式可分为两种： 均匀量化编码： 常用二进制编码，主要有自然二进码和折叠二进码两种。 非均匀量化编码： 常用13折线编码，它用8位折叠二进码来表示输入信号的抽样量化值，第一位表示量化值的极性，第二至第四位（段落码）的8种可能状态分别代表8个段落的起始电平，其它4位码（段内码）的16种状态用来分别代表每一段落的16个均匀划分的量化级。 通常情况下，我们采用信号压缩与扩张技术来实现非均匀量化，就是在保持信号固有的动态范围的前提下，在量化前将小信号放大，而将大信号进行压缩。采用信号压缩后，用8位编码就可以表示均匀量化11位编码是才能表示的动态范围，这样能有效地提高校信号编码时的信噪比。 四、实验步骤 在SystemVue 系统仿真软件中，系统提供了A 律和μ律两种标准的压缩气和扩张器，用户可以根据需要选取其中一种进行仿真实验。