模拟信号的数字传输-增量调制.ppt
第四章模拟信号的数字传输,增量调制,增量调制可以看成是脉冲编码调制的一种特例。它只用一位二进制码表示幅度量化，这一位码表示的是前后抽样值的变化趋势（增加或减小，称为增量），故称为增量调制。增量调制（DM或M）是DPCM家族中的一个质量级别最低，而结构最为简单的一种预测编码方式。DPCM的瞬时误差信号尚经过量化后仍需编为比特PCM的码字，而增量调制却以一个双向硬限幅器二电平“量化”，代替DPCM的多层电平量化，于是DM编码每码字只有1比特。,改进的增量编码,为减小量化误差，增量调制必须采用比PCM高很多的抽样频率。简单增量调制存在斜率过载问题和动态范围问题，因而演变出数字压扩自适应增量调制和增量总和调制。,a)：增量调制的基本思想。对语音信号，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。如下图，m(t)为时间连续变化的模拟信号。我们可以用一个时间间隔为：相邻幅差为+或-的阶梯波形 m(t)来逼近它。只要 足够小，即抽样速率 fs 足够高，且足够小，则阶梯波 m(t)可近似代替 m(t)。,4.2.1简单增量调制的原理,编码原理,量化：输出两个电平,相当于DPCM的一种特例1、预测值取前一次的采样值，称为一阶预测器。2、量化曲线如下图若差值信号大于零（本次样值大于前次样值），量化值 编码 若差值信号小于零（本次样值小于前次样值），量化值编码,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t.时间内上升一个量阶，收到“0”码后产生一个负斜率电压，在t.时间内下降一个量阶，这样把二进制代码经过译码后变为如 m(t)这样的斜变波。考虑到电路上实现的简易程度，一般都采用后一种方法。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m(t)这样的波形.,译码,译码原理图,其接收解调原理图如：,一个实际的M系统 对于以上的实际系统，有如下特点：1、输入是模拟信号，不是采样序列。2、采样、量化、编码由D触发器一次完成。3、脉冲发生器和积分器完成本地译码功能（预测）,工作过程：（发送端）1、输入信号与本地译码（预测）信号进行比较，产生误差信号e(t)e(t)0，输出“1”e(t)0，输出“0”2、脉冲发生器将“1”码变成一个正脉冲,“0”码变成一个负脉冲。3、积分器将脉冲序列叠加，形成预测信号电平。连“1”多，则幅度高；连“0”多，则幅度低。,发送端,接收端,工作过程：（接收端）接收端译码器与发送端本地译码器部分完全相同，只是在积分器之后加了一低通滤波器，以滤出高频分量。,积分器的输出形式有两种：一种是折线近似的积分波形，另一种是阶梯波形；以下是M的编码波形示意 实线正弦信号为输入的消息信号。虚线折线部分是预测值（积分器输出），实线阶梯波是另一种积分器输出形式。,M调制的波形图 在信号变化比较缓慢的区域内，编码后得到的序列会是“1”和“0”交替变化的，这种现象称为颗粒噪声。,举例,当输入信号的斜率比采样周期决定的固有斜率/TS大时,固定量阶的积分跟不上输入信号幅度变化时,将产生斜率过载或过载噪声。量化误差产生的噪声可分为一般量化噪声（颗粒噪声）和斜率过载（量化）噪声。前者是由电平的量化产生的，而后者是由于当输入信号的斜率较大，调制器跟踪不及而产生的。因为在中每个抽样间隔内只容许有一个量化电平的变化，所以当输入信号的斜率比抽样周期决定的固定斜率大时，量化阶的大小便跟不上输入信号的变化，因而产生斜率过载噪声。,M斜率过载问题,量化噪声,由图所示，x(t)的增长速度是每隔Ts时间增长，即其最大可能斜率为:/Ts。、因此为了避免斜率过载，必须使得其中dx(t)/dt max是的最大斜率。,对于采样周期为TS,量阶为的系统,能跟踪的最大斜率为/TS,称为临界过载下的最大跟踪斜率。设输入为正弦信号 斜率：最大斜率：AM为临界过载时 即 信号的最大角频率：或,动态范围,1、噪声功率 e(t)是信号与预测信号之差 e(t)假设服从均匀分布 又假设e(t)在频域（0，fs)服从均匀分布 fS是采样频率 fB是接收端低通滤波器带宽信号功率：信噪比：,M的量化信噪比,低比特率时，量化信噪比高于PCM。抗误码性能好,能在误码率较高的信道里工作 M的编码、译码比PCM 简单。包括:改进型增量调制、差分脉冲编码调制 电路简单，无需帧同步,M的主要优越性,1、简单增量调制的信噪比与采样频率的三次方成正比。采样频率提高一倍，量化信噪比提高9分贝。2、量化信噪比与信号频率的平方成反比，信号每提高一倍频程，信噪比下降6分贝。3、简单增量调制要满足一定的信噪比，采样频率必须提高，传输率增加，带宽增宽。4、简单增量调制在信号的高频部分信噪比下降，引出数字压扩自适应增量调制。,总结,.数字压扩自适应增量调制,简单增量调制有两大问题1、信号频率高，量阶相对小，量化跟不上变化，产生过载失真。2、信号频率低。量阶相对大，产生量化失真（颗粒噪声）。改进方法1、自适应方式使量阶的大小随信号幅度瞬时压扩，称为瞬时压扩增量调制ADM。2、量阶随音节时间间隔（5-20ms)的信号平均斜率变化，称为连续可变斜率增量调制CVSD。,数字压扩自适应增量调制,1、检测编码输出信号的连“1”或连“0”，连“1”过多或连“0”过多，说明信号的斜率大。2、将所检出的脉冲送入平滑电路（积分器，时常数为5-20ms)，产生一缓慢变化电压，这个电压与语音信号的平均斜率成正比。3、将这个电压对输入脉冲串进行调幅，当连码多导致平滑电路输出电平高（输入信号斜率大）调幅器输出信号大，扩张了量化电平。,增量总和调制,高频丰富的信号,如果用简单增量调制,高频端的信噪比要下降。采用-调制方式来解决。-调制步骤:1、对输入信号首先进行积分,使高频分量的幅度下降。2、进行简单增量调制。3、接收端增加一次微分过程，补偿高频。,用以上方法后，其信噪比：上式说明，通过一定变换后的-调制的信噪比与信号的频率无关，只与抽样频率和低通滤波器的截止频率等参数有关，可以适用于频率比较高的信号。,.4信道误码对增量调制的影响,增量调制比PCM编码调制有较高的抗误码特性。,
