1、1,现代通信原理,第七章 增量调制,2,单元概述,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。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。,3,单元学习提纲,（1）简单增量调制原理，本地译码信号、重建信号、量化噪声、斜率过载；（2）简单增量调制量化信噪比与抽样频率、输入信号频率的关系；（3）数字压扩自适应增量调制改善增量调制动态范围的原理；（4）增量总和调制的特点；（5）简单增量调制
2、的抗误码性能优于脉冲编码调制。,4,第七章 增量调制,M的主要优越性: (1) 低比特率时，量化信噪比高于PCM。 (2) 抗误码性能好,能在误码率较高的信道里工作 (3) 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,5,7.1简单增量调制的原理,M可以看成是DPCM的一种特例。它只用一位编码，不是表示采样值的大小，而是表示采样时刻波形的变化趋势。,6,编码电路如图所示：,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。,7,2、量化曲线如下页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
3、化值 编码,8,9,其接收解调原理图如：,10,一个实际的M系统,11,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）,12,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.,13,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
4、在积分器之后加了一低通滤 波器，以滤出高频分量。,14,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；,15,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。,16,M调制的波形图,17,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。,18,M斜率过载问题: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.,19,斜率过载失真波形,20,对于采样周期为TS,量阶为的系统,能跟
5、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,21,M为临界过载时,即,信号的最大角频率,或,22,M的最大量化信噪比,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,23,24,又假设e(t)在频域（0，fs)服从均匀分布,则接收端经低通滤波后的输出量化噪声为：,fS是采样频率fB是接收端低通滤波器带宽,25,信号功率：,信噪比,26,1、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
6、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。,27,7.2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）。,28,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。,29,重点介绍第二种方法：（图在下页）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
7、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。,30,31,数字压扩增量调制对信噪比的改进情况如图所示,32,音节：指信号幅度包络的变化周期，对于语音 信号，就是音量变化的周期。,音节压扩：使量阶V 随着每个音节时间间隔内 的信号平均斜率变化，称为连续可变斜率增量调制。,数字检测电路：输出脉冲的宽度与连码个数成正比。平滑电路：输出电压uk 正比于该音节内信号平均斜率。PAM：序列脉
8、冲幅度E的变化规律与uk 一致。积分器：,33,7.3 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。,34,-调制原理框图,35,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。,36,以下来证明式7-8的正确性。首先求噪声功率说明：收发两端的积分器传递函数I(f)和微分 器传递函数D (f)被设计成具有互补特性
9、。 I(f).D (f)=1 接收端虚线框里的电路在实际中可以不做。,对照图7-6，接收端微分之前的电路相当于一个完 整的简单增量调制，在A点，具有的量化噪声q2,37,假设量化噪声功率谱在区间（0，fS)服从均匀 分布，有A点的功率谱密度GA(f),B点的功率谱密度GB(f),38,积分网络如图所示,积分器传递函数,39,微分器传递函数,微分器功率传递函数,40,令,为上截止频率，有,B点的噪声功率密度函数,41,B点噪声功率通过窄带滤波器后，就是输出端的 噪声功率,又设脉冲发生器输出幅度+/-E，且RCTS 积分网络时常数大大大于采样周期)，TS时间内 的充电量只有最大值E的TS /RC。
10、,42,所以,通过参数选取使f1FH，有,43,以下求信号功率:,-调制输入信号在发送端要进行积分，因此 临界过载时，输入正弦波的最大幅度为：,通常积分时常数很小，f1f，有：,44,增量总和调制的临界过载幅度与信号的频率 无关,临界过载功率为,45,信噪比为,证明了式(7-8),增量总和调制的量化信噪比 与输入信号的频率无关。,46,7.4 信道误码对增量调制的影响,本章开头曾经谈到增量调制比PCM编码调制有较高的抗误码特性。以下来推导，增量调制接收系统如图,在分析误码影响时,常把接收到的信号分解成无误码信号序列和误码信号序列之和，见下图。,47,48,如果接收端脉冲发生器的输出是：“1”码
11、产生“+E”“0”码产生“-E”则误码序列应为+/-2E的序列。误码信号功率=(2E)2*误比特率,即代表误码噪声功率,49,由于脉冲序列的功率谱密度函数与单个脉冲 波形的功率谱密度函数的平方成正比。（见第九章）所以误码信号的频谱如图7-9实线所示。,图中fh是窄带滤波器带宽，fs是采样频率， 虚线 下的面积近似等于实线下的面积，即（0， fs ）范围 内的总功率近似等于虚线下的面积。 fs/2是信号的近似带宽。,50,由于fHfs,可以近似认为功率谱在(0,fs/2)平均分布,误码序列e(t)的单边功率谱密度,51,信号要经过传递函数为I(f)的积分器,52,误码噪声功率谱密度函数,低通滤波
12、器后总误码信号功率 (式中fH和fL是语音信号的上下截止频率）。,53,由于fHfL,对于积分器，若时常数RCTS，可以近似为线性增长。接收一个正脉冲（编码“1”），将增加一个量化间隔的电平。,54,所以,M接收端的总失真功率,55,误码造成信噪比下降3dB，即误码噪声功率占 总噪声功率的一半，有,56,取fB=3100HZ, fL=300HZ,57,对于fs=32KHZ的系统，误码率为1.5*10-3，将 使信噪比下降3dB。对照P131式5-70，一个线性PCM系统，误码率为 3.8*10-6,将使信噪比下降3dB.M 系统抗误码能力强.,58,五.增量调制与PCM 系统性能比较,采样率和带宽 量化信噪比 频率响应 对误码率的要求 系统设备,59,自测题,（1） 简单增量调制的主要优缺点是什么？（2） 将3连1、连0检测和4连1、连0检测的数字压扩自适应增量调制作一比较。（3） 输入信号为0电平时，简单增量调制的输出序列是什么？（4） 为什么简单增量调制的抗误码性能优于PCM？（5） 什么叫斜率过载？如何改善斜率过载？（6） 将脉冲编码调制中采用的瞬时对数压缩特性用于增量调制，能否解决斜率过载问题？,
