增量调制.ppt

CCEE第二章 模拟信号的数字化传输数字通信原理主要内容2.1 引 言2.2 模拟信号数字化的基本原理2.3 脉冲编码调制（PCM）2.4 增量调制（ΔM）2.5 数字复接技术2.4 增量调制增量调制的基本原理增量调制的基本原理1简单增量调制简单增量调制2增量调制的性能增量调制的性能3增量调制的基本原理增量调制简称ΔM或DM，它是继PCM 后出现 的又一种模拟信号数字传输的方法ΔM 只用一位编码表示相邻样值的相对大小 ，从而反映抽样时刻波形的变化趋势，而与样 值本身的大小无关与PCM 编码方式相比,ΔM具有编译码设备简 单，低比特率时的量化信噪比高，抗误码特性 好等优点2.4 增量调制增量调制的基本原理增量调制的基本原理1简单增量调制简单增量调制2增量调制的性能增量调制的性能3简单增量调制编译码的基本思想简单增量调制系统框图增量调制的过载特性和动态编码范围编码的基本思想语音信号，如果抽样速率很高，那么相邻样 点之间的幅度变化不会很大，相邻抽样值的相 对大小（差值）同样能反映模拟信号的变化规 律逼近过程逼近过程时间连续编码的模拟信号用阶梯波形逼近时间间隔为T相邻幅度差 ＋σ或－σ只要T足够小，即抽样速率足够高， σ足够小，阶梯波m’(t)可以代替m(t)阶梯波m(t)的特点阶梯波逼近σm(t )m’(t)m(t )t010101111110t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12阶梯波m(t)的特点阶梯波m’(t) 有两个特点在每个Δt 间隔内，m’(t) 的幅值不变。

相邻间隔的幅值差不是+σ（上升一个量化阶） 就是-σ（下降一个量化阶）可见利用这两个特点，用“1”码和“0”码分别代表 m’(t) 上升或下降一个量化阶σ， m’(t) 就 被一个二进制序列表征斜变波的逼近也可用斜变波m1(t)近似m(t)，斜变波也有 两种变化按斜率σ/Δt上升一个量阶；按斜率-σ/Δt下降一个量阶用“1” 码表示正斜率，用“0”码表示负斜率 ，同样可以获得二进制序列斜变波逼近σm(t )m1(t)m(t )t010101111110t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12译码与编码相对应，译码也有两种形式一种是收到“1”码上升一个量阶（跳变），收 到“0”码下降一个量阶（跳变），这样把二进 制代码经过译码后变为m’(t) 这样的阶梯波另一种是收到“1”码后产生一个正斜率电压， 在Δt时间内上升一个量阶σ，收到“0”码后产 生一个负斜率电压，在Δt时间内下降一个量阶 σ，二进制代码经译码变为m1(t)这样的斜变波 如考虑电路实现的简易程度，一般采用后一种方 法这种方法可用一个简单的RC 积分电路，即 可把二进制代码变为m1(t)波形译码积分器0Ts2Ts3Ts4Ts7Ts01011110Ts2Ts3Ts4Ts7Ts0Ts2Ts3Ts4Ts7Ts简单增量调制编译码的基本思想简单增量调制系统框图增量调制的过载特性和动态编码范围简单增量调制系统框图简单增量调制系统发送端编码器是相减器、判决器、本地 译码器及脉冲产生器（极性变换电路） 组成的一个闭环反馈电路。

接收端解码电路由译码器和低通滤波器 组成简单增量调制系统相减器的作用是取出差值e(t)，使 e(t)=m(t)-m1(t)判决器也称比较器或数码形成器，它的作用 是对差值e(t)极性进行识别和判决，以便在 抽样时刻输出数码（增量码）c(t)简单增量调制系统给定抽样时刻ti判决器输出1给定抽样时刻ti判决器输出0简单增量调制系统积分器和脉冲产生器组成本地译码器，它的 作用是根据c(t)，形成预测信号m1(t)c(t)为“1”，m(t)上升一个量阶σc(t)为“0”，m(t)下降一个量阶σ送到相减器与m(t)进行幅度比较简单增量调制系统译码器与发送端的本地译码器相同由 c(t)恢复m1(t)低通滤波器的作用是滤除m1(t)中的高 次谐波，使得输出平滑波形简单增量调制编译码的基本思想简单增量调制系统框图增量调制的过载特性和动态编码范围过载特性和动态编码范围增量调制也会带来误差而形成量化噪声当模拟输入信号斜率陡变时，本地译码器 输出信号m’(t) 跟不上信号m(t)的变化， m’(t) 与m(t)之间的误差明显增大，引起译 码后的严重失真，这种现象称为过载现象， 产生的失真称为过载失真阶梯波逼近σm(t )m(t )m’(t)t010101111110t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12过载特性和动态编码范围一般量化噪声过载量化噪声过载特性用阶梯波m’(t)逼近抽样间隔一个量阶σ上最大斜率译码器的最大跟踪斜率过载特性量化误差eq(t)在[-σ,+σ]区间内变化译码器的输出m’(t)能跟上m(t)的变化过载特性增量调制系统的抽样速率 远大于PCM有利于减少量化误差和过载噪声量化误差增大过载特性模拟信号斜率不过载条件临界过载振幅 （允许信号幅度）最大允许 编码电平过载特性可见当信号斜率一定时，允许信号的幅度随信号频率 的增加而减小，这将导致语音高频段信号量化信 噪比下降。

最大允许编码电平最小允许编码电平编码的动态范围编码器能够正常工作的 输入信号振幅范围编码的动态范围定义为：最大允许编码电平 与最小允许编码电平之比说明可见简单增量调制的编码动态范围较小，在 低传码率时，不符合话音信号要求实用中的ΔM常用它的改进型2.4 增量调制增量调制的基本原理增量调制的基本原理1简单增量调制简单增量调制2增量调制的性能增量调制的性能3增量调制系统的性能抗噪声性能与PCM系统的比较抗噪声性能增量调制系统的两种噪声量化噪声加性噪声量化噪声信噪比前提不考虑过载，只研究量化噪声不过载条件下在(-σ,+σ)范围内均匀分布ΔM量化噪声平均功率量化噪声功率谱在(0,fs)均匀分布量化噪声信噪比接收端低通滤波器截止频率输出量化噪声功率量化噪声单边功率谱密度量化噪声信噪比信号功率的最大值临界振幅 信号最大量化信噪比正弦信号临界过载振幅可知信号越大，信噪比越大量化噪声信噪比分贝表示增量调制最重要的公式，表明简单ΔM 的信噪比与抽样速率fs成立方关系， 即fs每提高一倍，量化信噪比提高9dB量化信噪比与信号频率fk的平方成反比，即fk 每提高一倍，量化信噪下降6dB抗噪声性能增量调制系统的两种噪声量化噪声加性噪声误码信噪功率比信噪比总信噪比由误码造成的误码噪声功率语音信号的 下截止边带增量调制系统的性能抗噪声性能与PCM系统的比较增量调制系统的性能抽样速率带宽量化信噪比信道误码的影响设备复杂度PCMPCM和和Δ ΔMM都是模拟信号数字化的方法，都是模拟信号数字化的方法，PCMPCM是对是对 样值本身编码，样值本身编码，Δ ΔMM是对相邻样值的差值极性（符号是对相邻样值的差值极性（符号 ）编码）编码————这是二者的本质区别这是二者的本质区别抽样速率PCM 系统中的抽样速率是根据抽样定理来确 定的。

若信号的最高频率为fm，则fs≥2fmΔM系统不能根据抽样定理确定抽样速率 在保证不发生过载，达到与PCM 系统相同的 信噪比时，ΔM的抽样速率远远高于奈奎斯 特速率增量调制系统的性能抽样速率带宽量化信噪比信道误码的影响设备复杂度PCMPCM和和Δ ΔMM都是模拟信号数字化的方法，都是模拟信号数字化的方法，PCMPCM是对是对 样值本身编码，样值本身编码，Δ ΔMM是对相邻样值的差值极性（符号是对相邻样值的差值极性（符号 ）编码）编码————这是二者的本质区别这是二者的本质区别带宽ΔM系统在每一次抽样，只传送一位代码， 因此ΔM系统的数码率fb =fs，要求的最小 带宽为实际应用时PCM系统数码率带宽同样语音质量要求下PCM 系统的数码率为64kHz，因而要求最小信 道带宽为32kHz ΔM 系统抽样速率至少为100 kHz，则最小带 宽为50kHz 增量调制系统的性能抽样速率带宽量化信噪比信道误码的影响设备复杂度PCMPCM和和Δ ΔMM都是模拟信号数字化的方法，都是模拟信号数字化的方法，PCMPCM是对是对 样值本身编码，样值本身编码，Δ ΔMM是对相邻样值的差值极性（符号是对相邻样值的差值极性（符号 ）编码）编码————这是二者的本质区别这是二者的本质区别量化信噪比在相同的信道带宽（即相同的数码率fb）条 件下：在低数码率时，ΔM 性能优越；在编码位数多，码率较高时，PCM 性能优越。

信噪比分析信噪比分析它与N 成对数关系，且与fm/fk有关PCM量化信噪比Δ ΔMM系统数码率系统数码率f fb b= =f fs s，，PCMPCM系统数码率系统数码率f fb b=2Nf=2Nfmm，当，当 Δ ΔMM与与PCMPCM数码率相同时，有数码率相同时，有f fs s=2Nf=2Nfmm，可得增量调，可得增量调 制系统的量化信噪比制系统的量化信噪比信噪比分析当fm/fk=3000/1000 时， 量化信噪比与N 的关系曲线若PCM 系统的编码位数N 〈4（码率较低），ΔM的 量化信噪比高于PCM 系统 增量调制系统的性能抽样速率带宽量化信噪比信道误码的影响设备复杂度PCMPCM和和Δ ΔMM都是模拟信号数字化的方法，都是模拟信号数字化的方法，PCMPCM是对是对 样值本身编码，样值本身编码，Δ ΔMM是对相邻样值的差值极性（符号是对相邻样值的差值极性（符号 ）编码）编码————这是二者的本质区别这是二者的本质区别信道误码的影响在ΔM系统中，每一个误码代表造成一个量 阶的误差，所以它对误码不太敏感对误码 率的要求较低PCM的每一个误码会造成较大的误差，尤其 高位码元，误码对PCM系统的影响要比ΔM系 统严重些，故对误码率的要求较高。

增量调制系统的性能抽样速率带宽量化信噪比信道误码的影响设备复杂度PCMPCM和和Δ ΔMM都是模拟信号数字化的方法，都是模拟信号数字化的方法，PCMPCM是对是对 样值本身编码，样值本身编码，Δ ΔMM是对相邻样值的差值极性（符号是对相邻样值的差值极性（符号 ）编码）编码————这是二者的本质区别这是二者的本质区别设备复杂度系统的特点是多路信号统一编码，一般采用 8 位编码，编码设备复杂，但质量较好ΔM系统的特点是单路信号独用一个编码器 ，设备简单，单路应用时，不需要收发同步 设备但在多路应用时，每路独用一套编译 码器，所以路数增多时设备成倍增加ΔM 一般适于小容量支线通信，话路上下方便灵 活。