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数字数据与模拟信号. 数字调制. 数字解调. 把信道中已调信号恢复成低频数字信号的处理过程。. 把低频数字信号变换成适合于信道传输的处理过程。. 调制解调. 把低频信号变换成高频信号以便于数字信号的传输。 即对待传信号的频谱进行搬移和还原。. 调制信号. 载波. 即高频信号，指运载待传信号的信号。. 即低频信号，指待传输的信号。. 数字数据与模拟信号. 幅移键控 (ASK, Amplitude-shift Keying). 在 ASK 方式下 ,0 对应于无载波输出， 1 对应于有载波输出。. 数字数据与模拟信号.
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数字数据与模拟信号 • 数字调制 • 数字解调 把信道中已调信号恢复成低频数字信号的处理过程。 把低频数字信号变换成适合于信道传输的处理过程。 • 调制解调 把低频信号变换成高频信号以便于数字信号的传输。 即对待传信号的频谱进行搬移和还原。 • 调制信号 • 载波 即高频信号，指运载待传信号的信号。 即低频信号，指待传输的信号。
数字数据与模拟信号 • 幅移键控(ASK, Amplitude-shift Keying) 在ASK方式下,0对应于无载波输出，1对应于有载波输出。
数字数据与模拟信号 • 频移键控(FSK, Freqaency-Shift Keying) 在FSK方式下， 载波的频率随数字信号改变，而载波的幅度保持恒定。
一个方向上传输的信号频谱 相反方向上传输的信号频谱 信号强度 2025 2225 1070 1270 频率(Hz) • 数字数据与模拟信号 • 频移键控(FSK, Freqaency-Shift Keying) 例如 ：在语音级线路上使用FSK进行全双工操作。 在一个方向上，通过频率为300～1700Hz的信号并使用1170为中心频率，两边各有100Hz的shift表示1和0； 在另一个方向上，通过频率为1700～3000Hz的信号并使用2125为中心频率，两边各有100Hz的shift表示1和0。
数字数据与模拟信号 在PSK方式下，载波信号的相位移动表示数据。 • 相移键控(PSK,Phase-shift keying) • 相位相干PSK(Phase coherent PSK) • 用载波的不同相位直接表示数字信息。 如：0 = “0” = “1” 如：0 = “0” = “1” • 差分PSK(Differential PSK) • 前后信号相位之间的移动表示数字信息。
模拟数据与数字信号 • 数字化 将模拟信号转换成数字信号的过程。 • 编码解码器(CODEC，Coder-Decoder) 将模拟数据转换成数字形式，随后又从数字形式恢复成原始模拟数据的设备。 • 编码解码采用两种基本技术 • 脉冲编码调制 • 增量调制
digitizer Modulator 模拟数据 (ASK) 模拟数据 (语音) 数字数据 (NRZ-L) • 模拟数据与数字信号 • 数字化模拟数据 • 数字化后的数据发送方式 • 数字数据用NRZ－L编码发送。 • 数字数据可用非NRZ－L模式编码成数字信号。 • 数字数据可用任一种调制技术转换成模拟信号。
模拟数据与数字信号 • 脉冲编码调制(PCM，Pulse Code Modulation) • 采样定理 如果在规定的时间间隔内，以高于两倍最高有效信号频率的速率对信号f(t)进行采样的话，那么这些采样值包含了原始信号的全部信息。利用低通滤波器可从这些采样中更新构造出函数f(t)。 输出信号 模拟信号 采 样 量 化 编 码 解 码 滤 波 数字传输
模拟数据与数字信号 • 脉冲编码调制(PCM，Pulse Code Modulation) • 模拟信号的采样 • 采样 • 样值序列(或样值信号) 即采样后得出的一串在时间上离散的样值。 从时间上连续的信号中取出“样品”，使连续信号成为一串时间上离散的“样值”序列。 • 采样过程 相当于用脉冲S(t)对模拟信号f(t)进行脉冲调制。
f(t) 原始信号 s(t) 采样脉冲 Ts fs(t) fs(t) f(t) 6.6 6.4 5.6 5.5 4.6 3.8 PAM脉冲 2.6 连续信号的采样和采样波形
模拟数据与数字信号 • 脉冲编码调制(PCM，Pulse Code Modulation) • 量化 • 量化 • 量化级 把样值信号的无限多个可能的取值，近似地用有限个数的数值来表示。 把样值信号的瞬时幅度分成许多度量单位，一个度量单位称为一个量化级，用量化级的大小来表示瞬时样值。 • 量化误差 量化值与原样值的幅度差别。 量化误差e(t)＝(量化值)－(样值)
fs(t) fs(t) f(t) 6.6 6.4 5.6 5.5 4.6 3.8 PAM脉冲 2.6 fs’(t) 6 7 6 5 4 6 3 PCM脉冲 • 模拟数据与数字信号 • 脉冲编码调制(PCM，Pulse Code Modulation) 样值信号量化及脉冲代码波形 100 011 110 110 111 101 110 fs’(t) ： 量化样值信号函数 PCM输出：100011110110111101110
模拟数据与数字信号 • 脉冲编码调制(PCM，Pulse Code Modulation) 数字 二进制 脉冲代码波形 0 000 1 001 2 010 3 011 4 100 5 101 6 110 7 111
模拟数据与数字信号 • 脉冲编码调制(PCM，Pulse Code Modulation) • 量化误差与量化级的关系 原始样值幅度越大，量化级设定越小，不但量度更精度，产生的量化误差愈小。 • 改进方法 非线性编码(nonlinear encoding)/非均匀量化 实际上，这种技术的意义是量化级不等分。 等分： 不管信号的幅度大小，每个采样的绝对误差是同样的。
模拟数据与数字信号 • 脉冲编码调制(PCM，Pulse Code Modulation) • 编码 • 编码 • 解码 把数字信号码组变换成相应的电压或电流量，恢复成原量化的样值信号。 编码处理使离散的量化样值成为合适的二进制数字码组。 • 实现 在二进制码中，由n位代码可组成2n个不同的码字，表示量化信号可有2n个不同的数值。 n越大，在相同的编码信号范围内，其量化级的值就愈小量化就愈精细，
模拟数据与数字信号 • 差分调制(Differential PCM) 数字化后输出的不是数字化的幅度本身，而是当前值和前一个值的差。 • 基本思想 对前后信号的变化差值进行量化和编码，而不是对样 值本身独立进行编码。在保持相同量化级的条件下，差值编码所需的码位个数可减少，而传送差值同样可传送该样值信号的幅度信息。 例如：采用128个量化级，则需7位； 如果：前后的变化差值小于16，则只需4位。
数字级 连续的样值总是相差+1 信号变化太快 发送的比特流 t 样值间隔 • 模拟数据与数字信号 要求相邻两个样值之间的变化不大 • 增量调制(DM，Delta Modulation) 用差值编码进行通信的方法。 即模拟输入信号用一个楼梯函数近似表示，该函数在每个采样间隔(Ts)内上或下一个量化级(δ) 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1
模拟数据与数字信号 模拟到数字的转换（过程） PAM sampler Quantizer Encoder 时间离散 幅值连续的 信号(PAM脉冲) 时间离散 幅值离散的 信号(PCM脉冲) 时间连续 幅值连续的 (模拟)输入信号 数字比特流输出信号 PAM： pulse amplitude modulation PCM： pulse code modulation
模拟数据与模拟信号 将一个输入信号m(t)与频率为fc的载波结合以便产生一个带宽以fc为中心的信号s(t)的过程。 • 为什么对数字数据进行调制解调？ 只有模拟传输设施可用。 • 为什么模拟数据进行调制解调？ 为了有效传输需要高频; 调制可允许频分多路复用;
