通信原理第4讲增量调制.pdf

第4章增量调制 第第4章章 增量调制增量调制 4.1 简单增量调制简单增量调制 4.2 增量总和调制增量总和调制 第4章增量调制 4.1 简单增量调制简单增量调制 4.1.1 增量调制的基本概念增量调制的基本概念 产生原因：产生原因：PCM系统中系统中，，模拟信号模拟信号f(t) → 抽抽 样值样值f(kT s) → 2k个量化电平之一 个量化电平之一 → k位二进位二进 制代码制代码，，码长一般为码长一般为7位或位或8位位 前提条件：前提条件：fs >> Nyquist频率时，样值间关频率时，样值间关 联度增加，可以仅用一位编码表示抽样值的联度增加，可以仅用一位编码表示抽样值的 趋势 第4章增量调制 称为量阶 s s s s s ) (t x t 0 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9 t 10 t 11 t 12 t 13 t )(: )(蓝色阶梯波tx )( : )( 0 绿色输出 积分器tx 01010 1111 0000 t }{ k x 0 S T S T2 )( : )( 红色信号 输入tx 取样周期下降则编码为编码为上升一个量阶 iiS ttT-= +1 , 0, 1s 增量调制波形示意图增量调制波形示意图 第4章增量调制 增量调制的概念增量调制的概念 Δt：时间间隔；：时间间隔； σ：增量：增量 原始模拟信号原始模拟信号f(t)；； 时间间隔为时间间隔为Δt(Δt =1/fs)，幅度差为，幅度差为σ的阶梯的阶梯 波形波形f ′(t)；； 若若Δt和和σ足够小，则足够小，则f ′(t)逼近逼近f(t)；； 若对若对f′(t)进行高频滤波，则进行高频滤波，则f ′(t)→ f(t)。

第4章增量调制   如何由如何由问题讨论问题讨论 ? )()(:tftf f′(iΔt_)是第是第i个抽样时刻前一瞬间的量化值个抽样时刻前一瞬间的量化值 当当f(iΔt)>f′(iΔt_)时，上升一个时，上升一个σ，发“，发“1”码码 当当f(iΔt)e t 0 )(),( 0 tftf )(tf )( 0 tf 过载噪声：过载噪声： 第4章增量调制 如何降低量化噪声如何降低量化噪声 最大跟踪斜率最大跟踪斜率K ：阶梯波一个台阶的斜率；：阶梯波一个台阶的斜率； 当信号斜率大于跟踪斜率时当信号斜率大于跟踪斜率时→过载过载 增加增加σ→K增加增加→过载噪声减少，一般量化噪过载噪声减少，一般量化噪 声增加；声增加； fs增大增大→Δt减小减小→过载噪声减小，一般量化噪过载噪声减小，一般量化噪 声也降低声也降低 实际应用中，实际应用中，ΔM系统的抽样频率要比系统的抽样频率要比PCM系统高系统高 得多（一般在两倍以上，对于话音信号典型值为得多（一般在两倍以上，对于话音信号典型值为 16kHz和和32kHz） s Kf t s s==  第4章增量调制 例题例题4―1 已知一个话音信号的最高频率分量已知一个话音信号的最高频率分量 fH=3.4kHz，幅度为，幅度为A=1V。

若抽样频率若抽样频率 fs=32kHz，求增量调制台阶，求增量调制台阶σ=？？ 第4章增量调制 例题例题4―1 解解 求话音信号的最大斜率求话音信号的最大斜率 若信号为单频正弦型信号若信号为单频正弦型信号f(t)=Asinωt，则其，则其 斜率就是它的导数，斜率就是它的导数， 最大斜率为最大斜率为K=Aω把话音信号的最高频率把话音信号的最高频率 分量看成是一个正弦型信号分量看成是一个正弦型信号，， 由式由式（（4―1））可知当可知当A2πfH≤σfs时时，，系统不过系统不过 载载所以所以 ( ) ( )cos df t k tAt dt == 223.4 0.668( ) 32 H s Af V f  s  === 增量调制台阶为增量调制台阶为0.668V 第4章增量调制 4.2 增量总和调制增量总和调制 简单增量调制系统的缺点：简单增量调制系统的缺点： 简单增量调制系统对于直流、频率较低的信简单增量调制系统对于直流、频率较低的信 号或频率很高的信号均会造成较大的量化噪号或频率很高的信号均会造成较大的量化噪 声，从而丢失不少信息声，从而丢失不少信息 如何克服简单增量调制的缺点：如何克服简单增量调制的缺点： 增量总和调制增量总和调制 自适应增量调制自适应增量调制 数字检测音节控制调制数字检测音节控制调制 第4章增量调制 4.2.1 增量总和调制原理增量总和调制原理 增量总和调制的基本思想：增量总和调制的基本思想： 先对输入的模拟信号积分先对输入的模拟信号积分 • 改变信号的变化性质改变信号的变化性质，，降低信号高频分量降低信号高频分量 的幅度的幅度（（从而使信号更适合于增量调制从而使信号更适合于增量调制）） 再进行简单增量调制再进行简单增量调制。

第4章增量调制 增量总和调制系统框图增量总和调制系统框图 积分 器∑抽样 判决…低通 滤波器 － ＋ f (t)F (t) T(t) Po(t)fo(t) 增量 总和调 制器(编码 器)增量 总和解 调器 ( )( )[ ( )( )] oo f t dtP t dtf tP t dt-=-  第4章增量调制 举例说明举例说明 单频正弦信号单频正弦信号f(t)=Acosωct，其最大斜率为，其最大斜率为 K=Aωc，假设该斜率大于系统最大跟踪斜率，，假设该斜率大于系统最大跟踪斜率， 则对该信号直接进行简单增量调制时就会出现则对该信号直接进行简单增量调制时就会出现 过载现象过载现象 对对f(t)=Acosωct先进行积分处理，变成先进行积分处理，变成 ：： 式中式中A′=A/ωc，则，则F(t)的最大斜率就变成的最大斜率就变成 K′=A′ωc=A，因为，因为ωc大于大于1，所以，所以K′小于小于K ( )sinsin cc c A F ttAt  == 第4章增量调制 特点：增量总和调制与简单增量调制相比，特点：增量总和调制与简单增量调制相比， 能提高信噪比。

能提高信噪比 能提高信噪比 无关与信号频率 改进型增量调制 有关与信号频率 基本增量调制 则设  = == = == =  kS kS k k S kkkS k AfA AtAxdt dt d f A f A AtA dt dx f tAtx s s   s s  maxmax max max maxmax max max sin: . cos: ,sin)( 第4章增量调制 也就是说也就是说F(t)的最大斜率可能小于系统最的最大斜率可能小于系统最 大跟踪斜率，对大跟踪斜率，对F(t)进行增量调制时就可进行增量调制时就可 能不会过载能不会过载 增量总和调制系统适合于传输具有近似增量总和调制系统适合于传输具有近似 平坦功率谱的信号，比如经过预加重的平坦功率谱的信号，比如经过预加重的 信号 第4章增量调制 4.2.2 增量总和调制的解调原理增量总和调制的解调原理 只用一个低通滤波器即可只用一个低通滤波器即可 增量调制其实也可以叫做增量调制其实也可以叫做““微分微分””调制调制，，ΔM 信号可以认为携带输入信号的微分信息信号可以认为携带输入信号的微分信息。

因此因此，， 在接收端对其进行积分在接收端对其进行积分，，即能够解调出原始信即能够解调出原始信 号号 在增量总和调制中在增量总和调制中，，先对输入信号先对输入信号““积分积分””，， 然后才进行然后才进行““微分微分””调制调制，，““积分积分””与与““微分微分”” 的作用相互抵消的作用相互抵消，，其输出脉冲已经反映了输入其输出脉冲已经反映了输入 信号的幅度信息信号的幅度信息，，故故，，接收端直接用低通滤波接收端直接用低通滤波 器即可恢复原信号器即可恢复原信号 第4章增量调制 ΔM的量化信噪比与抽样频率的关系的量化信噪比与抽样频率的关系 由理论分析可知，由理论分析可知，ΔM的量化信噪比与抽样频的量化信噪比与抽样频 率成三次方关系，即抽样频率每提高一倍则量率成三次方关系，即抽样频率每提高一倍则量 化信噪比提高化信噪比提高9dB 通常通常ΔM的抽样频率至少的抽样频率至少16KHz以上才能使量化信以上才能使量化信 噪比达到噪比达到15dB以上32KHz时，量化信噪比约为时，量化信噪比约为 26dB左右，可以用于一般的通信质量要求左右，可以用于一般的通信质量要求 高质量通信要求的高质量通信要求的35-50dB的动态范围，所以一般的动态范围，所以一般 将抽样频率提高到将抽样频率提高到100KHz以上才有实用价值。

以上才有实用价值 第4章增量调制 改进改进ΔM动态范围的方法动态范围的方法 采用自适应方法使量阶采用自适应方法使量阶Δ的大小随输入信号的的大小随输入信号的 统计特性变化而跟踪变化统计特性变化而跟踪变化 量阶能随信号瞬时压扩，则称为瞬时压扩量阶能随信号瞬时压扩，则称为瞬时压扩ΔM，记，记 作作ADM 若量阶若量阶Δ随音节时间间隔（随音节时间间隔（5一一20ms）中信号平均斜）中信号平均斜 率变化，则称为连续可变斜率增量调制，记作率变化，则称为连续可变斜率增量调制，记作 CVSD（（Continuous Variable Slope Delta Modulation ）） 音节压扩的自适应增量调制，简称数字压扩增量调音节压扩的自适应增量调制，简称数字压扩增量调 制 第4章增量调制 自适应增量调制（自适应增量调制（Adaptive Delta Modulation）） （（1）基本概念：）基本概念： )( ,,, ., .,,/ ~ 2 : ],[ , 0 0 0minmax0 maxminmaxmin ADM D D DAAD f AAAA k s 可变的自适应增量调制为 即对于小信号减小对于大信号增加的方法是增大 则增大信噪比某种方法增大 如果能通过效果越好越大动态范围为 大信号小信号 为得信号幅度的动态范围由前述的基本增量调制 s ss  ss =  == 第4章增量调制 （（2）增量调制的基本特点是，大信号编码的结果是）增量调制的基本特点是，大信号编码的结果是连码连码 （包括连（包括连1码和连码和连0码），小信号的连码少，缓慢变化码），小信号的连码少，缓慢变化 的小信号则为的小信号则为交替码交替码，没有连码，如下图所示。

没有连码，如下图所示 连连1码码 11110000 连连0码码 交替交替码码 101010100 第4章增量调制 . ,)4( ).(, ,, ,,) 3( 部分来实现的 了两个虚框所示的它是在增量调制中增加系统框图如下 可变的自适应增量调制即为的值于小信号则减小 对的值对于大信号则增加的大小大小来自适应调节量阶 即根据信号的方法可采用自适应增量调制根据这一特点 ADMss ss  判决器判决器 脉幅脉幅 调制器调制器 积分器积分器 平滑平滑 电路电路 数字数字 检测器检测器 信道信道 x 1 V 0 V s 脉幅脉幅 调制器调制器 平滑平滑 电路电路 数字数字 检测器检测器 积分器积分器 s 0 V 1 V 低通低通 滤波滤波 x 0 x 调节器 自适应s 第4章增量调制 .,:)3( , ,:)2( .,, ,,:) 1 ( : 0 01 01 01 11 的控制大小受的方波输出量阶为脉幅调制器 大脉幅调制器的输出大大 小脉幅调制器的输出小小 其对应关系为器 用以控制脉幅调制中的直流分量取出平滑电路 小检测器的输出连码少时大 检测器的输出连码多时检测连码的多少数字检测器 图中各部分的功能 V VV VV VV VV ss s s      。