現(xiàn)代通信原理1第一頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三單元概述

增量調(diào)制可以看成是脈沖編碼調(diào)制的一種特例。它只用一位二進(jìn)制碼表示幅度量化，這一位碼表示的是前后抽樣值的變化趨勢(shì)（增加或減小，稱為增量），故稱為增量調(diào)制。為減小量化誤差，增量調(diào)制必須采用比PCM高很多的抽樣頻率。簡(jiǎn)單增量調(diào)制存在斜率過(guò)載問(wèn)題和動(dòng)態(tài)范圍問(wèn)題，因而演變出數(shù)字壓擴(kuò)自適應(yīng)增量調(diào)制和增量總和調(diào)制。2第二頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三單元學(xué)習(xí)提綱

（1）簡(jiǎn)單增量調(diào)制原理，本地譯碼信號(hào)、重建信號(hào)、量化噪聲、斜率過(guò)載；（2）簡(jiǎn)單增量調(diào)制量化信噪比與抽樣頻率、輸入信號(hào)頻率的關(guān)系；（3）數(shù)字壓擴(kuò)自適應(yīng)增量調(diào)制改善增量調(diào)制動(dòng)態(tài)范圍的原理；（4）增量總和調(diào)制的特點(diǎn)；（5）簡(jiǎn)單增量調(diào)制的抗誤碼性能優(yōu)于脈沖編碼調(diào)制。3第三頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三第七章增量調(diào)制?M的主要優(yōu)越性:(1)低比特率時(shí)，量化信噪比高于PCM。(2)抗誤碼性能好,能在誤碼率較高的信道里工作(3)?M的編碼、譯碼比PCM簡(jiǎn)單。包括:改進(jìn)型增量調(diào)制差分脈沖編碼調(diào)制4第四頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三7.1簡(jiǎn)單增量調(diào)制的原理M可以看成是DPCM的一種特例。它只用一位編碼，不是表示采樣值的大小，而是表示采樣時(shí)刻波形的變化趨勢(shì)。5第五頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三編碼電路如圖所示：相當(dāng)于DPCM的一種特例1、預(yù)測(cè)值取前一次的采樣值，稱為一階預(yù)測(cè)器。6第六頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三2、量化曲線如下頁(yè)圖若差值信號(hào)大于零（本次樣值大于前次樣值），量化值

編碼若差值信號(hào)小于零（本次樣值小于前次樣值），量化值

編碼7第七頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三8第八頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三其接收解調(diào)原理圖如：9第九頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三一個(gè)實(shí)際的M系統(tǒng)10第十頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三對(duì)于以上的實(shí)際系統(tǒng)，有如下特點(diǎn)：1、輸入是模擬信號(hào)，不是采樣序列。2、采樣、量化、編碼由D觸發(fā)器一次完成。3、脈沖發(fā)生器和積分器完成本地譯碼功能（預(yù)測(cè)）11第十一頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三工作過(guò)程：（發(fā)送端）1、輸入信號(hào)與本地譯碼（預(yù)測(cè)）信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差信號(hào)e(t)e(t)>0，輸出“1”e(t)<0，輸出“0”

2、脈沖發(fā)生器將“1”碼變成一個(gè)正脈沖,“0”碼變成一個(gè)負(fù)脈沖.3、積分器將脈沖序列疊加，形成預(yù)測(cè)信號(hào)電平.連“1”多，則幅度高;連“0”多，則幅度低.12第十二頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三工作過(guò)程：（接收端）

接收端譯碼器與發(fā)送端本地譯碼器部分完全相同，只是在積分器之后加了一低通濾波器，以濾出高頻分量。

13第十三頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

積分器的輸出形式有兩種，一種是折線近似的積分波形，另一種是階梯波形；14第十四頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三以下是M的編碼波形示意實(shí)線正弦信號(hào)為輸入的消息信號(hào)。虛線折線部分是預(yù)測(cè)值（積分器輸出），實(shí)線階梯波是另一種積分器輸出形式。15第十五頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三M調(diào)制的波形圖16第十六頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三在信號(hào)變化比較緩慢的區(qū)域內(nèi)，編碼后得到的序列會(huì)是“1”和“0”交替變化的，這種現(xiàn)象稱為顆粒噪聲。17第十七頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三M斜率過(guò)載問(wèn)題:

當(dāng)輸入信號(hào)的斜率比采樣周期決定的固有斜率/TS大時(shí),固定量階的積分跟不上輸入信號(hào)幅度變化時(shí),將產(chǎn)生斜率過(guò)載或過(guò)載噪聲.18第十八頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三斜率過(guò)載失真波形19第十九頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

對(duì)于采樣周期為TS,量階為的系統(tǒng),能跟蹤的最大斜率為/TS,稱為臨界過(guò)載下的最大跟蹤斜率.設(shè)輸入為正弦信號(hào)斜率最大斜率20第二十頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三M為臨界過(guò)載時(shí)即信號(hào)的最大角頻率或21第二十一頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三M的最大量化信噪比1、噪聲功率e(t)是信號(hào)與預(yù)測(cè)信號(hào)之差e(t)假設(shè)服從均勻分布22第二十二頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三23第二十三頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三又假設(shè)e(t)在頻域（0，fs)服從均勻分布,則接收端經(jīng)低通濾波后的輸出量化噪聲為：fS是采樣頻率fB是接收端低通濾波器帶寬24第二十四頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三信號(hào)功率：信噪比25第二十五頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三1、簡(jiǎn)單增量調(diào)制的信噪比與采樣頻率的三次方成正比。采樣頻率提高一倍，量化信噪比提高9分貝。2、量化信噪比與信號(hào)頻率的平方成反比，信號(hào)每提高一倍頻程，信噪比下降6分貝。3、簡(jiǎn)單增量調(diào)制要滿足一定的信噪比，采樣頻率必須提高，傳輸率增加，帶寬增寬。4、簡(jiǎn)單增量調(diào)制在信號(hào)的高頻部分信噪比下降，引出數(shù)字壓擴(kuò)自適應(yīng)增量調(diào)制。26第二十六頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三7.2數(shù)字壓擴(kuò)自適應(yīng)增量調(diào)制簡(jiǎn)單增量調(diào)制有兩大問(wèn)題

1、信號(hào)頻率高，量階相對(duì)小，量化跟不上變化，產(chǎn)生過(guò)載失真。

2、信號(hào)頻率低。量階相對(duì)大，產(chǎn)生量化失真（顆粒噪聲）。27第二十七頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三改進(jìn)方法1、自適應(yīng)方式使量階的大小隨信號(hào)幅度瞬時(shí)壓擴(kuò)，稱為瞬時(shí)壓擴(kuò)增量調(diào)制ADM。

2、量階隨音節(jié)時(shí)間間隔（5-20ms)的信號(hào)平均斜率變化，稱為連續(xù)可變斜率增量調(diào)制CVSD。28第二十八頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三重點(diǎn)介紹第二種方法：（圖在下頁(yè)）1、檢測(cè)編碼輸出信號(hào)的連“1”或連“0”，連“1”過(guò)多或連“0”過(guò)多，說(shuō)明信號(hào)的斜率大。

2、將所檢出的脈沖送入平滑電路（積分器，時(shí)常數(shù)為5-20ms)，產(chǎn)生一緩慢變化電壓，這個(gè)電壓與語(yǔ)音信號(hào)的平均斜率成正比。

3、將這個(gè)電壓對(duì)輸入脈沖串進(jìn)行調(diào)幅，當(dāng)連碼多導(dǎo)致平滑電路輸出電平高（輸入信號(hào)斜率大），調(diào)幅器輸出信號(hào)大，擴(kuò)張了量化電平。29第二十九頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三30第三十頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三數(shù)字壓擴(kuò)增量調(diào)制對(duì)信噪比的改進(jìn)情況如圖所示31第三十一頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三音節(jié)：指信號(hào)幅度包絡(luò)的變化周期，對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)，就是音量變化的周期。

音節(jié)壓擴(kuò)：使量階?V隨著每個(gè)音節(jié)時(shí)間間隔內(nèi)的信號(hào)平均斜率變化，稱為連續(xù)可變斜率增量調(diào)制。數(shù)字檢測(cè)電路：輸出脈沖的寬度與連碼個(gè)數(shù)成正比。

平滑電路：輸出電壓uk

正比于該音節(jié)內(nèi)信號(hào)平均斜率。

PAM：序列脈沖幅度E’的變化規(guī)律與uk

一致。

積分器：32第三十二頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三7.3增量總和調(diào)制高頻豐富的信號(hào),如果用簡(jiǎn)單增量調(diào)制,高頻端的信噪比要下降.采用-調(diào)制方式來(lái)解決.-調(diào)制步驟:1、對(duì)輸入信號(hào)首先進(jìn)行積分,使高頻分量的幅度下降。2、進(jìn)行簡(jiǎn)單增量調(diào)制。3、接收端增加一次微分過(guò)程，補(bǔ)償高頻。33第三十三頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三Δ-Σ調(diào)制原理框圖34第三十四頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三用以上方法后，其信噪比：上式說(shuō)明，通過(guò)一定變換后的-調(diào)制的信噪比與信號(hào)的頻率無(wú)關(guān)，只與抽樣頻率和低通濾波器的截止頻率等參數(shù)有關(guān)，可以適用于頻率比較高的信號(hào)。35第三十五頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三以下來(lái)證明式7-8的正確性。首先求噪聲功率說(shuō)明：收發(fā)兩端的積分器傳遞函數(shù)I(f)和微分器傳遞函數(shù)D(f)被設(shè)計(jì)成具有互補(bǔ)特性。I(f).D(f)=1接收端虛線框里的電路在實(shí)際中可以不做。對(duì)照?qǐng)D7-6，接收端微分之前的電路相當(dāng)于一個(gè)完整的簡(jiǎn)單增量調(diào)制，在A點(diǎn)，具有的量化噪聲q236第三十六頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

假設(shè)量化噪聲功率譜在區(qū)間（0，fS)服從均勻分布，有A點(diǎn)的功率譜密度GA(f)B點(diǎn)的功率譜密度GB(f)37第三十七頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三積分網(wǎng)絡(luò)如圖所示積分器傳遞函數(shù)38第三十八頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三微分器傳遞函數(shù)微分器功率傳遞函數(shù)39第三十九頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三令為上截止頻率，有B點(diǎn)的噪聲功率密度函數(shù)40第四十頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三B點(diǎn)噪聲功率通過(guò)窄帶濾波器后，就是輸出端的噪聲功率又設(shè)脈沖發(fā)生器輸出幅度+/-E，且RC>>TS積分網(wǎng)絡(luò)時(shí)常數(shù)大大大于采樣周期)，TS時(shí)間內(nèi)的充電量只有最大值E的TS/RC。41第四十一頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三所以通過(guò)參數(shù)選取使f1<<FH，有42第四十二頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三以下求信號(hào)功率:

-調(diào)制輸入信號(hào)在發(fā)送端要進(jìn)行積分，因此臨界過(guò)載時(shí)，輸入正弦波的最大幅度為：通常積分時(shí)常數(shù)很小，f1<<f，有：43第四十三頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三

增量總和調(diào)制的臨界過(guò)載幅度與信號(hào)的頻率無(wú)關(guān),臨界過(guò)載功率為44第四十四頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三信噪比為

證明了式(7-8),增量總和調(diào)制的量化信噪比與輸入信號(hào)的頻率無(wú)關(guān)。45第四十五頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三7.4信道誤碼對(duì)增量調(diào)制的影響

本章開頭曾經(jīng)談到增量調(diào)制比PCM編碼調(diào)制有較高的抗誤碼特性。以下來(lái)推導(dǎo)，增量調(diào)制接收系統(tǒng)如圖在分析誤碼影響時(shí),常把接收到的信號(hào)分解成無(wú)誤碼信號(hào)序列和誤碼信號(hào)序列之和，見下圖。46第四十六頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三47第四十七頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三如果接收端脈沖發(fā)生器的輸出是：“1”碼產(chǎn)生“+E”“0”碼產(chǎn)生“-E”則誤碼序列應(yīng)為+/-2E的序列。誤碼信號(hào)功率=(2E)2*誤比特率即代表誤碼噪聲功率48第四十八頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三由于脈沖序列的功率譜密度函數(shù)與單個(gè)脈沖波形的功率譜密度函數(shù)的平方成正比。（見第九章）所以誤碼信號(hào)的頻譜如圖7-9實(shí)線所示。圖中fh是窄帶濾波器帶寬，fs是采樣頻率，虛線下的面積近似等于實(shí)線下的面積，即（0，fs）范圍內(nèi)的總功率近似等于虛線下的面積。fs/2是信號(hào)的近似帶寬。49第四十九頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三由于fH<<fs,可以近似認(rèn)為功率譜在(0,fs/2)平均分布誤碼序列e(t)的單邊功率譜密度50第五十頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三信號(hào)要經(jīng)過(guò)傳遞函數(shù)為I(f)的積分器51第五十一頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三誤碼噪聲功率譜密度函數(shù)低通濾波器后總誤碼信號(hào)功率(式中fH和fL是語(yǔ)音信號(hào)的上下截止頻率）。52第五十二頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三由于fH>>fL對(duì)于積分器，若時(shí)常數(shù)RC>>TS，可以近似為線性增長(zhǎng)。接收一個(gè)正脈沖（編碼“1”），將增加一個(gè)量化間隔的電平。53第五十三頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三所以M接收端的總失真功率54第五十四頁(yè)，共五十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三誤碼造成信噪比下