最新通信原理第九章课件
多练出技巧巧思出硕果
第九章模拟信号的数字传输
1.模拟信号数字化传输的系统框图
模拟信号数字化传输的系统框图如图9-1所示。
A/D和D/A转换的步骤及其作用如表9-1所示。
表9-1
A/D和D/A转换的步骤及其作用典型考研题1(北京科技大学2012年)
名称
作用将取值和时间都连续的模拟信号变换为时间离散,取值仍连续的抽A/
D抽样
(PAM),该信号仍为模拟信号将时间离散,取值连续的PAM信号变为时间和取值均离散的量化量化
号为多电平数字信号,称之为数字PAM信号编码
将时间和取值均离散的量化信号变换为二进制数字信号(PCM)D/
A译码
将数字通信系统输出的PCM信号转化成量化信号低通滤
波将量化信号恢复成模拟信号
意义
为模拟信号数字化和时分复用奠定了理论基础低通
信号m(t)的频率范围为(fL,fH),则其带宽B=fH-fL,如果满足fL<B,称之和带通信号为低通信号,否则为带通信号。
频带限制在(0,fH)赫兹内的时间连续信号m(t) ①如果不满足上述条件,将产
(t)等间(Ts=1/fs
生混叠失真。低通采样定理1/2fH)抽样,则m(t)将被所得抽样函数
通常限制在3400Hz,其抽样频ms(t)完全确定。率为8000Hz。频带限制在(fL,fH)赫兹内的带通时间连续信号m
(t),带宽为B=fH-fL,则
此带通信号所需的最小采样频率为带通采样定理fs=2B(1+nk)
其中,n和k分别为fH/B的整数和小数部分。
简述模拟信号的数字化过程的几个步骤,为什么?
答案:模拟信号的数字化的目的是将模拟信号变为二进制数字信号,其步骤是抽样、
量化、编码。通过抽样将取值和时间都连续的模拟信号变换为时间离散,取值仍连续的抽
样信号;通过量化将时间离散,取值连续的PAM信号变为时间和取值均离散的量化信号,
通过编码将时间和取值均离散的量变换为二进制数字信号。
4.模拟脉冲调制(PAM)
模拟脉冲调制(PAM)如表9-3所示。
(图表见视频)
4.脉冲编码调制(PCM)和DPCM
脉冲编码调制(PCM)和DPCM如表9-4所示。
(图表见视频)
典型考研题2(西安电子科技大学2000年)
均匀量化PCM中,抽样速率为8KHz,当输入信号为零均值且服从均匀分布时,
若编码后比特率由16Kb/s 增加到64Kb/s ,则信噪比增加多少dB 。
答案:36
对于均匀量化的信号量噪比
220
020lg 6(),2N
q q dB S S M N dB M N N 其中,M是量化电平数,N是编码位数,故编码位数每增加一位,信噪比改善6dB,
均匀量化出来的信号是二进制信号,传码率在数值上等于传信率,故当采样速率是80
00Hz,编码后比特率由16kb/s增加到64kb/s时,编码位数从2位增加
到8位,增加了6位,故信噪比改善了36dB。
典型考研题2(西安电子科技大学2009年)
在模拟信号的数字传输中,对话音信号采用13折线A率编码,设最小量化间隔为1
个量化单位Δ。
(1)分析第2段和第7段的量化间隔27v和v;
(2)计算压扩参数A;
(3)若编码器的某个输入抽样脉冲幅度为719Δ,求这时PCM编码器输出的P
CM码组。
解:(1)A率13折线的划分结果是,第一段和第二段的长度相等,均为16Δ,
从第三段开始每段长度是前一段的2倍,各段段内又均匀分成16分,故量化间隔的规
律跟各段长度的规律是一样的。由于第二段的长度是16Δ,故量化间隔为Δ;第七段
长度是1024Δ,故量化间隔为32Δ。
(2)A率压扩特性曲线是
101ln 1ln 1,11ln {
Ax x A A Ax x A A y ,很显然,当1/A 0<x,是线性的,由于13折线的第1,2段斜率相同,故第1,2段与1/A 0<x对应,其压扩参数保持不变。将第二段的终点坐标(1/64,1/4)代入1ln Ax
y
A 可得A=87.6。
(3)
1
719>0c=12
3
4
719>128c=1719>512c=1719<1024c=0段落码为110,故该抽样值位于第六段,段落起始电平为512
Δ,量化间隔为32Δ.
8
322
1210719<512+232=768
c5=0719>512+232=640
c6=1719>512+232+232=704c7=1719<512+232+232+232=736c=0所以,传输码组为:11100110,编码器输出电平为704
Δ。典型考研题3(西安电子科技大学2010年)
已知最高频率为4KHz的模拟信号m(t)在(+1.0~-1.0伏)量化范围
内服从均匀分布,若采用PCM系统对其进行抽样、均匀量化和编码。试问:
(1)若要量化信噪比大于30dB,求均匀量化器的量化间隔;
(2)该PCM信号的传码率和最小传输带宽;
(3)传输中产生的误码率-2e
P=10,计算PCM系统输出端的平均信号噪声功率比(0
0S/N)。典型考研题4(东北大学2002年)
PCM和ΔM的量化噪声与哪些因素有关?用何方法可以防止或减小ΔM的过载?
答案:PCM的量化噪声与量化间隔有关,ΔM的量化噪声分一般量化噪声和过载量
化噪声,跟译码器的最大跟踪斜率有关。为了防止或减小ΔM的过载,要求译码器的最
大跟踪斜率满足
max
()s dm t f dt 典型考研题5(西安电子科技大学2007年)
某简单增量调制系统输入信号
mm(t)=Acost,判决器的抽样速率为sf,量
化台阶为σ。(1)画出该增量调制系统的原理框图;
(2)求该增量调制系统的最大跟踪斜率K和正常编码时输入信号m(t)的幅度范
围;
(3)若本地译码器采用理想积分器,该增量调制系统输出信号P(t)为11-1
-1-1111-11,试画出本地译码器输出信号m′(t)的波形(设初始电平为
零);
(4)若抽样速率fs=64kHz,采用16QAM方式传输,试求16QAM信
号频谱的主瓣宽度。
解:(1)增量调制系统框图
相减器判决器+检测器积分器LPF
积分器
(2)最大跟踪斜率
max ()/s m
K f dm t dt Aw 故正常编码时输入信号的幅度范围是
2s
m
f A w (3)本地译码器输出信号波形
(4)增量调制输出信号传码率
Bs
R=f=64Kbaud该信号为二进制信号,故传信率
bR=64Kb/sM(t) (t)q e 0()p t 定时
脉冲n(t) 0'()p t m'(t)
0m (t)q n (t)
'()
m t
则16QAM的传码率为
Bb2
R=R/log16=16Kbaud当占空比为1时,16QAM频谱的主瓣宽度为传码率的2倍,即
BB=2R=32KHz
5.时分复用(TDM)和PCM30/32路基群帧结构
(1)时分复用(TDM)的原理
定义:利用时间分片方式来实现在同一信道中传输多路信号的方法。
示意和原理图
分别如图9-2和9-3所示
(图见视频)
(2)时分复用(TDM)和频分复用(TDM)的比较
①TDM是按时隙来区分信号的复用方式,它复用的各路信号在频域上是重叠的,而
在时间上是分开的。
②FDM是按频率来划分信道的复用方式,它复用的各路信号在时间上是重叠的,而
在频域上是分开的。
③TDM中多路信号的复接和分路都是数字电路,比FDM的模拟滤波器分路简
单、可靠且易于集成,成本较低。④FDM容易受信道非线性的影响,引起路间串话,TDM不易受信道非线性影响。
(3)PCM30/32路基群帧结构
①PCM30/32路基群帧结构如图9-4所示。
②传码率
··Bs
R=flN=8000328=2048K(波特)时隙宽度
32()
s
T =3.91s码元宽度或比特宽度
()8
T=0.488s(4)PCM24路基群帧结构
①PCM24路基群帧结构如图9-5所示。
(图见视频)
②传码率
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l )()··(Bs
R=fN+1=8000248+1=1544K(波特)码元宽度或比特宽度
1
0.647(s)B
T R 时隙宽度8 5.18(s)
T 典型考研题1(西安邮电大学2007)
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在30/32路PCM数字电话系统的帧结构中,第25路随路信令的位置
A
F10子帧,Ts0时隙的前4比特B
F10子帧,Ts16时隙的前4比特C
F10子帧,Ts16时隙的后4比特DF10子帧,Ts0时隙的后4比特
答案:C
典型考研题2(西南交通大学2005)
设单路语音信号的频率范围为300~3400Hz,对其进行抽样量化编码后变换为二进制数字序列,设抽样速率为8KHz,量化电平数为64,试求:
a)输出二进制数字序列的速率;
b)采用二进制不归零矩形脉冲传输时的第一零点带宽;
c)采用二进制归零矩形脉冲传输时的第一零点带宽,设占空比为0.25;
d)对10路这样的数字信号进行时分复用传输时,在满足无码间干扰的条件下,传输系统所需的最小带宽。
解:a)由于664=2,所以,编码位数N=6,传码率为
BsR=fN=80006=48Kbaud
b)二进制不归零脉冲的占空比为1,即τ/T=1。因此,第一零点带宽就等于传码率
11
48B KHz
T c)当/T=0.25时,第一零点带宽为
14
192B KHz
T d)10路信号复用后的传码率
8000106480B s R f lN Kbaud
无码间干扰时,所需的最小带宽即奈奎斯特带宽
2402B
N R f KHz