通信原理ch9-1-抽樣課件

1、通信原理第九章 模擬信號的數(shù)字化傳輸（1）1通信原理第九章 模擬信號的數(shù)字化傳輸（1）1模擬信號的數(shù)字傳輸簡介抽樣、量化、編碼模擬信號的抽樣模擬信號的量化脈沖編碼調(diào)制PCMDPCM與DM調(diào)制時分復用TDM原理模擬信號的數(shù)字化傳輸2模擬信號的數(shù)字傳輸簡介模擬信號的數(shù)字化傳輸2抽樣3抽樣3目的要求2.知道理想抽樣、自然抽樣和平頂抽樣3.理解 PCM 與 PAM 的區(qū)別1.理解抽樣定理抽樣定理重點，難點4目的要求2.知道理想抽樣、自然抽樣和平頂抽樣3.理解 PCM脈沖調(diào)制：以時間上離散的脈沖序列作載波的調(diào)制。以脈沖序列作為載波；作為載波的脈沖序列可以是沖激序列，也可以是矩形波序列。脈沖調(diào)制分類：脈幅

2、調(diào)制PAM用基帶信號調(diào)制脈沖序列的幅度。脈寬調(diào)制PWM用基帶信號調(diào)制脈沖序列的寬度或高電平持續(xù)時間（又稱PDM）。脈位調(diào)制PPM用基帶信號調(diào)制脈沖所在的位置。對模擬信號采樣的過程就是PAM的過程。抽樣與脈沖振幅調(diào)制m(t)ms(t)p(t) 5脈沖調(diào)制：以時間上離散的脈沖序列作載波的調(diào)制。抽樣與脈沖振幅抽樣定理的分類根據(jù)信號是低通型還是帶通型：低通抽樣定理帶通抽樣定理根據(jù)抽樣脈沖序列是否為沖擊序列：理想抽樣定理實際抽樣定理根據(jù)抽樣脈沖序列是等間隔還是非等間隔：均勻抽樣定理非均勻抽樣定理6抽樣定理的分類根據(jù)信號是低通型還是帶通型：61、理想抽樣 (沖激脈沖抽樣) :抽樣脈沖為理想沖激函數(shù)。2、自

3、然抽樣(曲頂抽樣):直接把抽樣脈沖與模擬信號相乘，每個抽樣脈沖頂部隨信號變化。3、平頂抽樣(瞬時抽樣)：抽樣后有保持，每個抽樣脈沖頂部不隨信號變化。抽樣方法m(t)mS(t)p(t) =T (t) = (tnTS )7抽樣方法m(t)mS(t)p(t) =T (t) = 抽樣定理：（低通抽樣定理） 一個頻帶限制在(0, fH) 內(nèi)的時間連續(xù)信號m(t)，如果以T1/(2fH)秒的間隔對它進行等間隔（均勻）抽樣，則m(t)將被所得到的抽樣值完全確定。 理想抽樣與抽樣定理低通濾波器抽樣恢復)(tm)(tmS)(tTd)(tmS)(tm8抽樣定理：（低通抽樣定理）理想抽樣與抽樣定理低通濾波器抽樣恢抽

4、樣定理： 結論： mS(t)的頻譜Ms()是無窮多個間隔為s的M()相迭加而成。抽樣定理9抽樣定理：結論： mS(t)的頻譜Ms()是無窮多個間隔為頻譜混疊的發(fā)生 如果： 若fS1/2fH）會產(chǎn)生混疊失真。 T=1/2fH是最大間隔，被稱為奈奎斯特間隔。抽樣定理10頻譜混疊的發(fā)生如果： 若fS1/2fH）會重建原始信號：信號通過理想低通濾波器 抽樣定理1HSHMTMwwwww= )()()(=HHHwwwww,0,1)(低通濾波器恢復ms(t)m(t)11重建原始信號：抽樣定理1HSHMTMwwwww= 基帶信號抽樣后：低通濾波器：恢復后：12基帶信號抽樣后：低通濾波器：恢復后：12結論： 由

5、于fs 2fH，因此不會發(fā)生重疊和失真。若通過一截止頻率為fH的理想低通濾波器，則可以恢復信號m(t)。13結論： 由于fs 2fH，因此不會發(fā)生重疊和失真。13低通抽樣例題9-2 ，對其進行理想抽樣，問：（1）為了在接收端不失真地從ms(t)中恢復出m(t)，抽樣間隔應如何選擇？（2）若抽樣間隔取0.2s，畫出已抽樣信號的頻譜。14低通抽樣例題9-2 （1）已知 m(t)的最高頻率fH=2Hz由抽樣定理可知，抽樣頻率故抽樣間隔應滿足15（1）已知 m(t)的最高頻率15（2）基帶信號m(t)的頻譜為當抽樣間隔為0.2s時，理想抽樣信號的頻譜其頻譜圖如下圖所示16（2）基帶信號m(t)的頻譜為

6、16模擬脈沖調(diào)制模擬脈沖調(diào)制的種類周期性脈沖序列有4個參量：脈沖重復周期、脈沖振幅、脈沖寬度和脈沖相位（位置）。 其中脈沖重復周期（抽樣周期）一般由抽樣定理決定，故只有其他3個參量可以受調(diào)制。3種脈沖調(diào)制：脈沖振幅調(diào)制脈沖寬度調(diào)制脈沖位置調(diào)制是模擬調(diào)制，因為代表信息的參量仍然是可以連續(xù)變化的。 17模擬脈沖調(diào)制模擬脈沖調(diào)制的種類17（a）模擬基帶信號模擬脈沖調(diào)制波形(b) PAM信號（c）PDM信號（d）PPM信號18（a）模擬基帶信號模擬脈沖調(diào)制波形(b) PAM信號（c）PPAM的時域表達式：SPAM(t) = ms(t)= m(t) p(t)實際中p(t)采用矩形脈沖序列自然抽樣與PAM

7、 p(t) m s(t) m (t)m(t)ms(t)p(t) 19PAM的時域表達式：自然抽樣與PAM p(t) m s(t)PAM的頻譜與帶寬 p(t)為脈沖寬度為，幅度為A，重復周期為TS的脈沖序列。自然抽樣與PAM)()()(tmtptSPAM=)()(21)(wwpwMPSPAM*=20PAM的頻譜與帶寬 p(t)為脈沖寬度為，幅度為A，重PAM的波形和頻譜圖 tAt(e)(c)0T2T3T-T-2T-3T(a)m(t)s(t)ms(t)fH-fHfM(f)(b)01/T0-1/Tfs|S(f)|(d)f(f)fs-fHf21PAM的波形和頻譜圖 tAt(e)(c)0T2T3T-T-

8、2抽樣頻率S 2mPAM帶寬取決于抽樣脈沖寬度自然抽樣與PAM22抽樣頻率PAM帶寬取決于抽樣脈沖寬度自然抽樣與PAM22PAM 的第一零點帶寬反比于抽樣脈沖寬度。抽樣頻率S 2m ，否則頻譜將重疊。抽樣脈沖可以是任意形狀而不影響信息的傳輸。抽樣脈沖的形狀只影響頻譜函數(shù)的包絡，不影響信息的傳輸。結論：自然抽樣與PAM23PAM 的第一零點帶寬反比于抽樣脈沖寬度。結論：自然抽樣與平頂抽樣24平頂抽樣24 為得到最大輸出信號，通常取=T，此時收端必須采用頻率響應為 的濾波器進行頻譜補償，以抵消上述失真，這種頻譜失真稱孔徑失真。結論： 平頂抽樣信號的頻譜MH()是無窮多個間隔為s的M()經(jīng)H() 加

9、權后組成。采用低通濾波器不能直接從MH()中濾出所需基帶信號，因為這時H()不是常系數(shù)，而是的函數(shù)，加權項H()使頻譜分量發(fā)生了變化。平頂抽樣25 為得到最大輸出信號，通常取=T，此時收端必須采用頻實際中遇到的許多信號是帶通型信號。如果采用低通抽樣定理的抽樣速率fs2fH，對于頻率限制在fL與fH之間的帶通型信號抽樣，肯定能滿足頻譜不混疊的要求。但這樣選擇fs太高了，它會使0fL一大段頻譜空隙得不到利用，抽樣后的信號速率很高，降低了信道的利用率。能否降低抽樣頻率？帶通抽樣fH-fHfs2fHfL-fL26實際中遇到的許多信號是帶通型信號。如果采用低通抽樣定理的抽樣模擬信號m(t)是最高頻率為fH，最低頻率為fL，帶寬為B的帶通型信號，其中B= fH fL。能恢復出m(t)的最小抽樣頻率為：式中，B 為信號帶寬，n為fH / B的整數(shù)部分，k為fH / B的小數(shù)部分。 模擬信號m(t)是窄帶信號，即fHB時，能恢復出窄帶信號的最小抽樣頻率為：帶通抽樣定理帶通抽樣定理27模擬信號m(t)是最高頻率為fH，最低頻率為fL，帶寬為B的fH-fH帶通抽樣定理28fH-fH帶通抽樣定理28低通抽樣定理：一個頻帶限制在(0, fH)赫內(nèi)的時間連續(xù)信號m(t)，如果以Ts1/(2fH