1、第二章 模拟信号的数字化传输,数字通信原理,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,主要内容,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,2.4 增量调制,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,增量调制的基本原理,增量调制简称M或DM，它是继PCM 后出现的又一种模拟信号数字传输的方法。M 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,M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。,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,2.4 增量调制,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,简单增量调制,编译码的基本思想 简单增量调制系
2、统框图 增量调制的过载特性和动态编码范围,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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,相邻幅度差或,只要T足够小，即抽样速率足够高，足够小，阶梯波m(t)可以代替m(t),阶梯波m(t)的特点,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,阶梯波逼近,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,阶梯波m(t)的特点,阶梯波m(t) 有两个特点在每个t 间隔内，m(t) 的幅
3、值不变。相邻间隔的幅值差不是+（上升一个量化阶）就是-（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， m(t) 就被一个二进制序列表征。,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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/t上升一个量阶；按斜率-/t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。,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,斜变波逼近,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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
4、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，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,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,译码,积分器,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,简单增量调制系统框图,重庆大学通信
5、工程学院,数字通信原理,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,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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),重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,简单增量调制系统,积分器和脉冲产生器组
6、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c(t)为“0”，m(t)下降一个量阶送到相减器与m(t)进行幅度比较,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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
7、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,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,阶梯波逼近,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,过载特性和动态编码范围,一般量化噪声,过载量化噪声,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,过载特性,用阶梯波m(t)逼近,抽样间隔,一个量阶上最大斜率,译码器的最大跟踪斜率,设,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,过载特性,量化误差,eq(t)在-,+区间内变化,译码器的输出m(t)能跟上m(t)的变化,当,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,过载特性,增量调制系
8、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,为了不过载,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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）,设,最大允许编码电平,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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,设,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,说明,可见简单增量
9、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M常用它的改进型。,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,2.4 增量调制,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,增量调制系统的性能,抗噪声性能 与PCM系统的比较,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,抗噪声性能,增量调制系统的两种噪声量化噪声加性噪声,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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(-,+)范围内均匀分布,设,M量化噪声平均功率,量化噪声功率谱在(0,fs)均匀分布,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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,
10、量化噪声单边功率谱密度,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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M 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,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,抗噪声性能,增量调制系统的两种噪声量化噪声加性噪声,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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
11、音信号的下截止边带,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,增量调制系统的性能,抗噪声性能 与PCM系统的比较,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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fs2fm。M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，M的抽样速率远远高于奈奎斯特速率。,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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,重庆大学通信
12、工程学院,数字通信原理,带宽,M系统在每一次抽样，只传送一位代码，因此M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,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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 。M 系统抽样速率至少为100 kHz，则最小带宽为50kHz,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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，M 性能优越；在编码位数多，码率较高时，P
13、CM 性能优越。,信噪比分析,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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N4（码率较低），M的量化信噪比高于PCM 系统。,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,信道误码的影响,在M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M系统严重些，故对误码率的要求较高。,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,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。M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。M一般适于小容量支线通信，话路上下方便灵活,
