复旦大学：《通信原理（A）》PPT教学课件_2016_06 第六章 模拟信号的数字传输

通信原理讲义 前言 ■抽样定理 模拟脉冲调制 ■脉冲编码调制(PCM) 第六章模拟信号的数字传输 差分脉冲编码调制(DPCM ■增量调制(DM) 时分复用(TDM) zhuyu@fudan.edu.cn k手 通信原理 61抽样定理— ampling theorem 抽样过程的时域与频域表示 C6.1 ■抽样定理是任何模拟信号数字化的理论基础 口抽样输出信号的时域表达式 m()=∑m(7)6(-n,) 6.1.1低通抽样定理 口对于模拟信号m(),用下列脉冲序列进行抽样 口抽样输出信号的频域表达式 6()=∑6(-mr) M,O)=M()*0)=∑M(-mf) 口该序列的频谱为 口若基带信号带宽为B,抽样频率需要∫>2B 6()=元2(-m,) □ Nyquist rate f,=2B □ Nyquist interval T 2B 通信原理 後照大季 通信原理 後k手哪

通信原理讲义 zhuyu@fudan.edu.cn 第六章 模拟信号的数字传输 通信原理 2 前言 ◼ 抽样定理 ◼ 模拟脉冲调制 ◼ 脉冲编码调制(PCM) ◼ 差分脉冲编码调制(DPCM) ◼ 增量调制(DM) ◼ 时分复用(TDM) 6.1 抽样定理——sampling theorem ◼ 抽样定理是任何模拟信号数字化的理论基础  1 ◼ 6.1.1 低通抽样定理 对于模拟信号 m(t), 用下列脉冲序列进行抽样  T (t )=   (t − nTs ) n=− 该序列的频谱为  s n =−  T (f ) = T   (f − nfs ) 抽样过程的时域与频域表示  Nyquist interval  抽样输出信号的时域表达式 ms (t) =  m(nTs ) (t − nTs ) n=− 抽样输出信号的频域表达式 CP 6.1.1 ( ) ( ) ( ) 1 s T T  s n =− M f = M f  f =  M (f − nfs ) 若基带信号带宽为 B, 抽样频率需要 fs  2B Nyquist rate fs = 2B s 2B T = 1 通信原理 3 通信原理 4

抽样定理时域与频域示意图 P6.1.1 信号重建——内插 C6.1.1 ■从一串抽样序列恢复出原始连续时域波形 口从频域上理解,相当子|H() 通过一个低通滤波器 M()=MO)H() o bf LLLLLLLL 口从时间域上理解——内插 ()=m1()+()=(∑m()5(-n)+b( AANAA ∑m(7)h 通信原理 後照k季的 通信原理 种内插重建的方法 cP6.1.1 理想内插时域示意图 C6.1 -N 0 Ixa Axa 通信原理 後照大手 通信原理 後照大季

通信原理 5 抽样定理时域与频域示意图 CP 6.1.1 通信原理 6 信号重建——内插 ◼ 从一串抽样序列恢复出原始连续时域波形 从时间域上理解——内插 CP 6.1.1 H (f ) −B 0 B f Ts 从频域上理解, 相当于 通过一个低通滤波器 M (f )= Ms (f ) H (f )      n =−  z(t)= ms (t) h (t) =   m (nTs ) (t − nTs )  h (t) =  m(nTs )h (t − nTs ) n =− 一种内插重建的方法 CP 6.1.1 理想内插时域示意图 CP 6.1.1 通信原理 7 通信原理 8

理想内插时域表达式 P6.1.1 理想重建在实际系统中的困难 cP6.1.1 h(o=2BT sinc(2B1) where sinc(x sinx ■理想低通滤波器的设计 sinc(2r Bt) assume Nyquist sampling rate 理想低通在实际 m()=m,()*h()=∑m(nr)h(-n) 系统中不能实现 MAAA 2m(nT, )sinc[27B(nT, )1 实际系统中滤波 器阶数为有限长 ∑m(n)inc[2zB-n MA△AA 通信原理 通信原理 後照k季 理想重建在实际系统中的困难 cP6.1.1 61.2带通抽样定理 频谱混叠现象 ■传统的低通抽样结果 口折叠频率p 通信原理 後照大季 通信原理 12 後照k季D

通信原理 9 理想内插时域表达式 CP 6.1.1 s x assume Nyquist sampling rate h (t)= 2BT sinc (2Bt) = sinc(2Bt) where sinc (x)  sin x   m(t) = ms (t) h (t) =  m(nTs )h (t − nTs ) n =−  =  m(nTs )sinc 2B(t − nTs ) n =− =  m(nTs )sinc2Bt − n n =− 通信原理 10 理想重建在实际系统中的困难——1 ◼ 理想低通滤波器的设计 CP 6.1.1 理想低通在实际 系统中不能实现 实际系统中滤波 器阶数为有限长 理想重建在实际系统中的困难——2 ◼ 频谱混叠现象 折叠频率 CP 6.1.1 fs 2 6.1.2 带通抽样定理 ◼ 传统的低通抽样结果 0 f B 0 f fL fH fs = 2 fH 0 fs = 2 fH f 通信原理 11 通信原理 12

带通抽样举例 P6.12 带通抽样频率公式 cP6.1.2 后=3B,=2B ■设信号带宽为B,m为不超过〃/B的一个 最大整数,则最小抽样速率为 =2f 2f8 口当〃B为一整数时,有 f,=2B 口当B不为一整数时,fn=nB+kB(0<k<1) AAAA△ 2fn-2(nB+kB) f 通信原理 通信原理 覆k手哪 62脉冲模拟调制 三种脉冲模拟调制示意图 CP 6.2 脉冲幅度调制 Pulse-amplitude modulation, PAM 脉冲宽度调制 o Pulse-width modulation PDM 脉冲位置调制 a Pulse-position modulation, PPM ⊥ InLL零 通信原理 後照大季 通信原理 後照k季D

通信原理 13 带通抽样举例 0 f fs = 2 fH 0 fs = 2B 2 fH f 0 f B fL fH fH = 3B, fL = 2B CP 6.1.2 6.2脉冲模拟调制 ◼ 脉冲幅度调制  Pulse-amplitude modulation, PAM ◼ 脉冲宽度调制  Pulse-width modulation, PDM ◼ 脉冲位置调制  Pulse-position modulation, PPM 三种脉冲模拟调制示意图 CP 6.2 通信原理 15 通信原理 16

PAM中的实际抽样—自然抽样 CP6.2 PAM中的实际抽样平顶抽样 (t) ()=M()()=1∑M(-n)Q() 引入了频谱失真 通信原理 後照k季的 通信原理 6.3脉冲编码调制(PcM,puse- code modulation PcM三要素 CP6.3.1 631PCM概述 历史 抽样 口1937年由工程师 Alec Reeves发明 量化 口60年代随着晶体管技术的发展,PCM广泛应用 编码 组成 口抽样 量化 编码 lI 後照大季 通信原理 後照k季D

通信原理 17 PAM中的实际抽样——自然抽样 CP 6.2 通信原理 18 CP 6.2  Ts (t)  t PAM中的实际抽样——平顶抽样 m(t) ms (t) q (t) mq (t) T t s  mq (t)  mq (t)=  m (nTs )q (t − nTs ) n=− 1  s n=− Mq (f )= Ms (f )Q (f ) =  M (f − nfs )Q (f ) T 引入了频谱失真 6.3 脉冲编码调制(PCM, pulse-code modulation) 6.3.1 PCM概述 ◼ 历史  1937年由工程师 Alec Reeres 发明  60年代随着晶体管技术的发展, PCM广泛应用 ◼ 组成 抽样 量化 编码 PCM三要素 ◼ 抽样 ◼ 量化 ◼ 编码 mp −mp CP 6.3.1   A 2 − A 2 通信原理 19 通信原理 20