增量調制編碼仿真測試

1、通信原理仿真作業(yè)班 級 1401014學 號 名許龍濤任課教師張艷玲增量調制編碼仿真測試一、試 驗要求利用 Matlab 建立仿真系統(tǒng)，對增量調制編碼進行仿真測試，要求對輸入的 正弦波進行采樣、量化和 DM編碼，畫出解碼波形與原波形，并在圖中指出空載 失真和過載失真的部分波形。二、試 驗原理增量調制簡稱 M或 DM，它是繼 PCM后出現(xiàn)的又一種模擬信號數(shù)字傳輸?shù)?方法。其目的在于簡化語音編碼方法。在 PCM中，代碼表示樣值本身的大小，所需碼位數(shù)較多，導致編譯碼設備 復雜；而在 M中，它只用一位編碼表示相鄰樣值的相對大小，從而反映抽 樣時刻波形的變化趨勢，而與樣值本身的

2、大小無關。 M與 PCM編碼方式相 比具有編譯碼設備簡單， 低比特率時的量化信噪比高， 抗誤碼特性好等優(yōu)點。1. 編譯碼基本思想一個語音信號，如果抽樣速率很高(遠大于奈奎斯特速率) ，抽樣間隔 很小，那么相鄰樣點之間的幅度變化不會很大，相鄰抽樣值的相對大小(差 值)同樣能反映模擬信號的變化規(guī)律。若將這些差值編碼傳輸， 同樣可傳 輸模擬信號所含的信息。此差值又稱“增量” ，其值可正可負。這種用差 值編碼進行通信的方式，就稱為“增量調制”( Delta Modulation )，縮寫 為 DM或 M。2. 編碼過程m(t) 代表時間連續(xù)變化的模擬信號，我們可以用一個時間間隔為t ，相鄰幅度差為 +

3、 或 - 的階梯波形 m (t) 來逼近 m(t) 。只要t 足夠小，即抽樣速率 fs=1/ t 足夠高，且 足夠小，則階梯波 m (t) 克近似代替 m(t) 。 t 為抽樣間隔 為量化臺階。階梯波 m (t) 有兩個特點：第一，在每個 t 間隔內， m(t) 的幅 值不變 ; 第二，相鄰間隔的幅值差不是 +(上升一個量化階) ，就是 - (下降一個量化階) ?！?”碼表示上升一個量化階，“ 0”碼表示下降一 個量化階，則 m(t) 碼被一個二進制序列表表征。除了用階梯波 m(t) 近似 m(t) 外，還可用另一種形式斜變波 m1(t) 來近似 m(t) 。本仿真中 使用的為階梯波，斜變波不

4、再贅述。圖 1 增量編碼波形示意圖我們使用的是階梯波。0”碼下降一個量階 (跳變)，3. 譯碼過程 譯碼也有兩種形式：階梯波和斜變波。在這里， 收到“1” 碼上升一個量階 (跳變)，收到 這樣把二進制代碼經(jīng)過譯碼后變?yōu)?m(t) 這樣的階梯波。4. 過載失真與空載失真 當輸入模擬信號 m(t) 斜率徒變時，本地譯碼器輸出信號 m'(t) 跟不上 信號 m(t) 的變化。這時， M(t) 與 m'(t) 之間的誤差明顯增大，引起譯碼后 信號的嚴重失真，這種現(xiàn)象叫過載現(xiàn)象。如圖所示：圖 2 過載失真在輸入信號變化平緩的部分 ,編碼器輸出 1,0 交替碼 ,相應的解碼結果 以正負階距

5、交替變化 , 形成顆粒噪聲 , 稱空載失真。三、試 驗流程1.產(chǎn)生信號本仿真共用三組數(shù)據(jù)進行試驗： sin(2*pi*50*t)+0.5*sin(2*pi*150*t) sin(2*pi*200*t) 和 sin(2*pi*50*t)+0.5*sin(2*pi*150*t) 最好的； sin(2*pi*200*t) 夠快。 zeros(1,length(t)zeros(1,length(t) 。 為例程中給出的信號， 仿真結果也是 信號的頻率相對于采樣頻率較高，即采樣速率不 信號幅值一直為 0。接下來的分析主要使用 sin(2*pi*50*t)+0.5*sin(2*pi*150*t)信號。號，

6、圖 3sin(2*pi*50*t)+0.5*sin(2*pi*150*t)信號圖 4sin(2*pi*200*t) 信號2.圖 5zeros(1,length(t) 信號 確定量化器基本參數(shù) 在這里我們去 =0.4 ，預測器初始狀態(tài)為 0.編碼信號采樣幅值與同時刻預測器初始狀態(tài)相減得到誤差信號。 然后由誤差信號 決定階梯波上升或下降一個量化階，延遲輸出。編碼輸出：“1”碼表示上升一個量化階，“ 0”碼表示下降一個量化階。圖 6 編碼輸出4. 譯碼 解碼過程是編碼過程的逆過程。由編碼產(chǎn)生的二進制序列得到誤差信號，由 誤差信號決定上升或下降一個量化階，延遲輸出，得到解碼。圖7 比較四、 試 驗結果

7、圖 8 sin(2*pi*50*t)+0.5*sin(2*pi*150*t)結果圖通過比較我們可以發(fā)現(xiàn)，階梯波有階梯變化，當采樣間隔很小時，階梯波就可以完全反映模擬信號了。 圖中紅色部分為過載失真， 藍色部分為空載失真， 但 并不明顯。圖 9sin(2*pi*200*t) 信號結果圖載量失真過大，誤差很大，說明采樣速率不夠高。Sin(2*pi*200*t) 信號：圖 10 zeros(1,length(t) 信號結果圖 空載失真較大。五、 程序附錄及注釋(注：淺綠色 的為原有注釋， 深綠色為新加注釋即我對程序的理解與分析) clc clear all close allTs=1e-3; % 采

8、樣間隔 t=0:Ts:20*Ts; % 仿真時間序列 長度 T=20*Ts=0.02s x=sin(2*pi*50*t)+0.5*sin(2*pi*150*t); 分別為 50HZ 150HZ的正弦波合成 % x=sin(2*pi*200*t); % % x=zeros(1,length(t); % delta=0.4; % 量化階距 D(1+length(t)=0;for k=1:length(t) e(k)=x(k)-D(k); e_q(k)=delta*(2*(e(k)>=0)-1);采樣周期為 Ts 采樣前模擬信號的時間% 信號 1 產(chǎn)生信號此信號由頻率信號 2信號 3信號頻率較

9、高信號全為 0% 預測器初始狀態(tài)% 誤差信號% 量化器輸出 2*(e(k)>=0)-1 作用：當 e(k)>=0 時， (e(k)>=0) 判斷語句得結果 1,2*1-1 還為一，% 但當 e(k)<0 時，(e(k)>=0) 判斷結果為 0，此時， 2*1-1 結果為-1, 符合增量調制原理。D(k+1)=e_q(k)+D(k); % 延遲器狀態(tài)更新 當誤差信號大于 0 時， D(k) 上升一個階梯，當誤差信號小于 0 時，下降一個階梯。codeout(k)=(e_q(k)>0);% 編碼輸出當e(k)>=0 時,輸出為 1，當 e(k)<0

10、時，輸出為 0 end subplot(3,1,1);plot(t,x,'-o');axis(0 20*Ts,-2 2); title(' 原始信號 ');編碼輸hold on;subplot(3,1,2);stairs(t,codeout);axis(0 20*Ts,-2 2); title('出') ; %做編碼輸出的階梯圖% 解碼端預測器初始狀態(tài)%解碼過程是編碼過程的逆過程% 解碼 由編碼輸出信號得到誤差% 解碼端Dr(1+length(t)=0;for k=1:length(t)eq(k)=delta*(2*codeout(k)-1); 信號xr(k)=eq(k)+Dr(k);Dr(