通信原理韓慶文第三章模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸(3)

1、CCEE數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理第三章第三章 模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸主要內(nèi)容主要內(nèi)容重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 3 3.1 .1 引引 言言3.2 模擬信號(hào)的抽樣模擬信號(hào)的抽樣3.3 信號(hào)的量化信號(hào)的量化3.6 數(shù)字復(fù)接技術(shù)數(shù)字復(fù)接技術(shù)3.5 差分脈沖編碼調(diào)制和增量調(diào)制差分脈沖編碼調(diào)制和增量調(diào)制3.4 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制差分脈沖編碼調(diào)制和增量調(diào)制差分脈沖編碼調(diào)制和增量調(diào)制v差分脈沖編碼調(diào)制v增量調(diào)制重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理差分編碼調(diào)制差分編碼調(diào)制v問題的提出： PCM系統(tǒng)之所以能夠提供高的通信

2、質(zhì)量，在于它采用了大的編碼位數(shù)，為此在頻帶方面付出了很大的代價(jià)。這將嚴(yán)重地限制了PCM在已經(jīng)相當(dāng)擁擠的那些頻段中應(yīng)用。 壓縮PCM系統(tǒng)所占用的頻帶寬度也就成為人們密切關(guān)注的問題。DPCM就是為了達(dá)到這一目的而提出的PCM編碼重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理預(yù)測(cè)通信預(yù)測(cè)通信vDPCM是預(yù)測(cè)通信中最簡單的一種。v預(yù)測(cè)通信的基本原理： 利用模擬信號(hào)在觀察點(diǎn)tt0之前一個(gè)或若干個(gè)抽樣點(diǎn)上的取值，對(duì)這個(gè)觀察點(diǎn)上的取值進(jìn)行估計(jì)和預(yù)測(cè)。 雖然預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間必然會(huì)存在著一定的誤差,但可以將誤差量化、編碼傳輸。收端將預(yù)測(cè)值加上誤差便可恢復(fù)原信號(hào)，由于誤差值一般比量化值小，從而

3、達(dá)到壓縮比特速率的目的。重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理2.4 增量調(diào)制增量調(diào)制重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理123增量調(diào)制的基本原理增量調(diào)制的基本原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 增量調(diào)制簡稱增量調(diào)制簡稱MM或或DMDM，它是繼，它是繼PCM PCM 后出現(xiàn)的后出現(xiàn)的又一種模擬信號(hào)數(shù)字傳輸?shù)姆椒?。又一種模擬信號(hào)數(shù)字傳輸?shù)姆椒?。M M 只用一位編碼表示相鄰樣值的相對(duì)大小，只用一位編碼表示相鄰樣值的相對(duì)大小，從而反映抽樣時(shí)刻波形的變化趨勢(shì)，而與樣值從而反映抽樣時(shí)刻波形的變化趨勢(shì)，而與樣值本身的大

4、小無關(guān)。本身的大小無關(guān)。與與PCM PCM 編碼方式相比編碼方式相比,M,M具有編譯碼設(shè)備簡具有編譯碼設(shè)備簡單，低比特率時(shí)的量化信噪比高，抗誤碼特性單，低比特率時(shí)的量化信噪比高，抗誤碼特性好等優(yōu)點(diǎn)。好等優(yōu)點(diǎn)。預(yù)測(cè)通信預(yù)測(cè)通信vDPCM是預(yù)測(cè)通信中最簡單的一種。v預(yù)測(cè)通信的基本原理： 利用模擬信號(hào)在觀察點(diǎn)tt0之前一個(gè)或若干個(gè)抽樣點(diǎn)上的取值，對(duì)這個(gè)觀察點(diǎn)上的取值進(jìn)行估計(jì)和預(yù)測(cè)。 雖然預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間必然會(huì)存在著一定的誤差,但可以將誤差量化、編碼傳輸。收端將預(yù)測(cè)值加上誤差便可恢復(fù)原信號(hào)，由于誤差值一般比量化值小，從而達(dá)到壓縮比特速率的目的。重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字

5、通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理v大多數(shù)情況下，模擬信號(hào)在相鄰間隔上的抽樣值都比較接近，而且其變化的規(guī)律與前幾個(gè)抽樣點(diǎn)上的取值都比較接近，并且多數(shù)具有單調(diào)變化的趨勢(shì)。如下圖所示：預(yù)測(cè)通信預(yù)測(cè)通信v信號(hào)相關(guān)性愈大、已知的觀察點(diǎn)前的抽樣值愈多，預(yù)測(cè)愈準(zhǔn)確。v令 是信號(hào)在觀察點(diǎn)t0上的實(shí)際抽樣值， 為其預(yù)測(cè)值，則預(yù)測(cè)誤差值 為：v接收端根據(jù)預(yù)測(cè)值和收到的預(yù)測(cè)誤差值復(fù)制出抽樣點(diǎn)上的實(shí)際信號(hào)重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理預(yù)測(cè)通信預(yù)測(cè)通信 0tf 0tf 00000tftftftftf 0tf 000tftftf預(yù)測(cè)通信預(yù)測(cè)通信v預(yù)

6、測(cè)通信，是一種理論上和實(shí)際上都很有價(jià)值的通信方法。v一般說來，預(yù)測(cè)誤差f(t0)的取值范圍，總是小于實(shí)際信號(hào)f(t0)的取值范圍。如果量化階距相等的話，傳輸預(yù)測(cè)誤差信號(hào)就可以采用較小的編碼位數(shù)N，從而達(dá)到壓縮頻率的目的。重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理v在一般PCM編碼中加一個(gè)減法器和一個(gè)累加一延時(shí)器就可實(shí)現(xiàn)DPCM。v在接收端的譯碼系統(tǒng)中，只要增加一個(gè)“累加一延時(shí)器” 。DPCM的特點(diǎn)的特點(diǎn)vDPCM的特點(diǎn)是直接利用前一個(gè)抽樣點(diǎn)上信號(hào)的量化電平作為預(yù)測(cè)值，無須復(fù)雜的運(yùn)算，是最簡單的預(yù)測(cè)通信。當(dāng)傳輸

7、話音信號(hào)時(shí)，碼速32kb/s的DPCM系統(tǒng)的通話質(zhì)量，大致可達(dá)到64kb/s PCM的水平。v在遠(yuǎn)距離時(shí)PCM話變成32kb/s的DPCM信號(hào)，可在傳輸信道中擴(kuò)大一倍電話容量，而其接口仍滿足64kb/s 。這是編碼體制上的一個(gè)重要發(fā)展。重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理DPCM的實(shí)際應(yīng)用的實(shí)際應(yīng)用v單純的DPCM已用得不多，更多的是采用自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制（AD-PCM）。v自適應(yīng)是指能自動(dòng)的改變量化間隔，使預(yù)測(cè)誤差電平大時(shí)增大量化階距，誤差電平小時(shí)縮短量化階距，從而進(jìn)一步降低量化噪聲。vDPCM信號(hào)的編碼位n最低為2，即2比特量化。如果把n降到1，成為1比特量

8、化，就是增量調(diào)制（M）。重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理差分脈沖編碼調(diào)制和增量調(diào)制差分脈沖編碼調(diào)制和增量調(diào)制v差分脈沖編碼調(diào)制v增量調(diào)制重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理2.4 增量調(diào)制增量調(diào)制重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理123簡單增量調(diào)制簡單增量調(diào)制重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 編譯碼的基本思想編譯碼的基本思想 簡單增量調(diào)制系統(tǒng)框圖簡單增量調(diào)制系統(tǒng)框圖 增量調(diào)制的過載特性和動(dòng)態(tài)編碼范圍增量調(diào)制的過載特性和動(dòng)態(tài)編碼范圍編碼的基本思想編碼的基本思想重慶大學(xué)通信工程

9、學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 語音信號(hào)，如果抽樣速率很高，那么相鄰樣語音信號(hào)，如果抽樣速率很高，那么相鄰樣點(diǎn)之間的幅度變化不會(huì)很大，相鄰抽樣值的相點(diǎn)之間的幅度變化不會(huì)很大，相鄰抽樣值的相對(duì)大?。ú钪担┩瑯幽芊从衬M信號(hào)的變化規(guī)對(duì)大?。ú钪担┩瑯幽芊从衬M信號(hào)的變化規(guī)律。律。 逼近過程逼近過程逼近過程逼近過程 m t重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理時(shí)間連續(xù)編碼的模擬信號(hào)時(shí)間連續(xù)編碼的模擬信號(hào)用階梯波形逼近用階梯波形逼近 m t時(shí)間間隔為時(shí)間間隔為T T相鄰幅度差相鄰幅度差或或只要只要T T足夠小，即抽樣速率足夠高，足夠小，即抽樣速率足夠高，足夠

10、小，階梯波足夠小，階梯波m m(t)(t)可以代替可以代替m(t)m(t) 階梯波階梯波m(t)的特點(diǎn)的特點(diǎn)階梯波逼近階梯波逼近重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理m(t)m(t)m(t)t010101111110t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12階梯波階梯波m(t)的特點(diǎn)的特點(diǎn)重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 階梯波階梯波m m(t) (t) 有兩個(gè)特點(diǎn)有兩個(gè)特點(diǎn) 在每個(gè)在每個(gè)t t 間隔內(nèi)，間隔內(nèi)，m m(t) (t) 的幅值不變。的幅值不變。 相鄰間隔的幅值差不是相鄰間隔的幅值差不是+（上升一個(gè)量化階）（上升

11、一個(gè)量化階）就是就是-（下降一個(gè)量化階）（下降一個(gè)量化階） 可見可見 利用這兩個(gè)特點(diǎn)，用利用這兩個(gè)特點(diǎn)，用“1 1”碼和碼和“0 0”碼分別代表碼分別代表m m(t) (t) 上升或下降一個(gè)量化階上升或下降一個(gè)量化階， m m(t) (t) 就被就被一個(gè)二進(jìn)制序列表征。一個(gè)二進(jìn)制序列表征。斜變波的逼近斜變波的逼近重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 也可用斜變波也可用斜變波m m1 1(t)(t)近似近似m(t)m(t)，斜變波也有，斜變波也有兩種變化兩種變化 按斜率按斜率/t/t上升一個(gè)量階；上升一個(gè)量階； 按斜率按斜率-/t-/t下降一個(gè)量階。下降一個(gè)量階。 用

12、用“1 1” 碼表示正斜率，用碼表示正斜率，用“0 0”碼表示負(fù)斜率，碼表示負(fù)斜率，同樣可以獲得二進(jìn)制序列。同樣可以獲得二進(jìn)制序列。斜變波逼近斜變波逼近重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理m(t)m1(t)m(t)t010101111110t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12譯碼譯碼重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 與編碼相對(duì)應(yīng)，譯碼也有兩種形式與編碼相對(duì)應(yīng)，譯碼也有兩種形式 一種是收到一種是收到“1 1”碼上升一個(gè)量階（跳變），收到碼上升一個(gè)量階（跳變），收到“0 0”碼下降一個(gè)量階（跳變），這樣把二進(jìn)制代碼下降一

13、個(gè)量階（跳變），這樣把二進(jìn)制代碼經(jīng)過譯碼后變?yōu)榇a經(jīng)過譯碼后變?yōu)閙 m(t) (t) 這樣的階梯波。這樣的階梯波。 另一種是收到另一種是收到“1 1”碼后產(chǎn)生一個(gè)正斜率電壓，在碼后產(chǎn)生一個(gè)正斜率電壓，在tt時(shí)間內(nèi)上升一個(gè)量階時(shí)間內(nèi)上升一個(gè)量階，收到，收到“0 0”碼后產(chǎn)生碼后產(chǎn)生一個(gè)負(fù)斜率電壓，在一個(gè)負(fù)斜率電壓，在tt時(shí)間內(nèi)下降一個(gè)量階時(shí)間內(nèi)下降一個(gè)量階，二進(jìn)制代碼經(jīng)譯碼。變?yōu)槎M(jìn)制代碼經(jīng)譯碼。變?yōu)閙 m1 1(t)(t)這樣的斜變波。這樣的斜變波。 如考慮電路實(shí)現(xiàn)的簡易程度，一般采用后一種方如考慮電路實(shí)現(xiàn)的簡易程度，一般采用后一種方法。這種方法可用一個(gè)簡單的法。這種方法可用一個(gè)簡單的RC RC

14、 積分電路，即積分電路，即可把二進(jìn)制代碼變?yōu)榭砂讯M(jìn)制代碼變?yōu)閙 m1 1(t)(t)波形波形譯碼譯碼重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理積分器積分器 p t 1m t p tt0Ts2Ts3Ts4Ts7Ts0101111 1m tt0Ts2Ts3Ts4Ts7Ts 1m tt0Ts2Ts3Ts4Ts7Ts簡單增量調(diào)制簡單增量調(diào)制重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 編譯碼的基本思想編譯碼的基本思想 簡單增量調(diào)制系統(tǒng)框圖簡單增量調(diào)制系統(tǒng)框圖 增量調(diào)制的過載特性和動(dòng)態(tài)編碼范圍增量調(diào)制的過載特性和動(dòng)態(tài)編碼范圍簡單增量調(diào)制系統(tǒng)框圖簡單增量調(diào)制系統(tǒng)

15、框圖重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理簡單增量調(diào)制系統(tǒng)簡單增量調(diào)制系統(tǒng)重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理發(fā)送端編碼器是相減器、判決器、本地發(fā)送端編碼器是相減器、判決器、本地譯碼器及脈沖產(chǎn)生器（極性變換電路）譯碼器及脈沖產(chǎn)生器（極性變換電路）組成的一個(gè)閉環(huán)反饋電路。組成的一個(gè)閉環(huán)反饋電路。接收端解碼電路由譯碼器和低通濾波器接收端解碼電路由譯碼器和低通濾波器組成組成簡單增量調(diào)制系統(tǒng)簡單增量調(diào)制系統(tǒng)重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 相減器的作用是取出差值相減器的作用是取出差值e(t)e(t)，使，使e(t)=

16、m(t)-me(t)=m(t)-m1 1(t)(t)判決器也稱比較器或數(shù)碼形成器，它的作用判決器也稱比較器或數(shù)碼形成器，它的作用是對(duì)差值是對(duì)差值e(t)e(t)極性進(jìn)行識(shí)別和判決，以便在極性進(jìn)行識(shí)別和判決，以便在抽樣時(shí)刻輸出數(shù)碼（增量碼）抽樣時(shí)刻輸出數(shù)碼（增量碼）c(t)c(t)簡單增量調(diào)制系統(tǒng)簡單增量調(diào)制系統(tǒng)重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理給定抽樣時(shí)刻給定抽樣時(shí)刻t ti i 10iiie tm tm t判決器輸出判決器輸出1 1給定抽樣時(shí)刻給定抽樣時(shí)刻t ti i 10iiie tm tm t判決器輸出判決器輸出0 0簡單增量調(diào)制系統(tǒng)簡單增量調(diào)制系統(tǒng)重慶大學(xué)

17、通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 積分器和脈沖產(chǎn)生器組成本地譯碼器，它的積分器和脈沖產(chǎn)生器組成本地譯碼器，它的作用是根據(jù)作用是根據(jù)c(t)c(t)，形成預(yù)測(cè)信號(hào)，形成預(yù)測(cè)信號(hào)m1(t)m1(t) c(t)c(t)為為“1 1”，m(t)m(t)上升一個(gè)量階上升一個(gè)量階 c(t)c(t)為為“0 0”，m(t)m(t)下降一個(gè)量階下降一個(gè)量階 送到相減器與送到相減器與m(t)m(t)進(jìn)行幅度比較進(jìn)行幅度比較簡單增量調(diào)制系統(tǒng)簡單增量調(diào)制系統(tǒng)重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理譯碼器與發(fā)送端的本地譯碼器相同由譯碼器與發(fā)送端的本地譯碼器相同由c(t)

18、c(t)恢復(fù)恢復(fù)m m1 1(t)(t)低通濾波器的作用是濾除低通濾波器的作用是濾除m m1 1(t)(t)中的高次中的高次諧波，使得輸出平滑波形諧波，使得輸出平滑波形簡單增量調(diào)制簡單增量調(diào)制重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 編譯碼的基本思想編譯碼的基本思想 簡單增量調(diào)制系統(tǒng)框圖簡單增量調(diào)制系統(tǒng)框圖 增量調(diào)制的過載特性和動(dòng)態(tài)編碼范圍增量調(diào)制的過載特性和動(dòng)態(tài)編碼范圍過載特性和動(dòng)態(tài)編碼范圍過載特性和動(dòng)態(tài)編碼范圍重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 增量調(diào)制也會(huì)帶來誤差而形成量化噪聲增量調(diào)制也會(huì)帶來誤差而形成量化噪聲 當(dāng)模擬輸入信號(hào)斜率陡變

19、時(shí)，本地譯碼器當(dāng)模擬輸入信號(hào)斜率陡變時(shí)，本地譯碼器輸出信號(hào)輸出信號(hào)m m(t) (t) 跟不上信號(hào)跟不上信號(hào)m(t)m(t)的變化，的變化， m m(t) (t) 與與m(t)m(t)之間的誤差明顯增大，引起譯碼之間的誤差明顯增大，引起譯碼后的嚴(yán)重失真，這種現(xiàn)象稱為過載現(xiàn)象，產(chǎn)后的嚴(yán)重失真，這種現(xiàn)象稱為過載現(xiàn)象，產(chǎn)生的失真稱為過載失真生的失真稱為過載失真階梯波逼近階梯波逼近重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理m(t)m(t)m(t)t010101111110t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12過載特性和動(dòng)態(tài)編碼范圍過載特性和動(dòng)態(tài)編碼范圍重慶大學(xué)通信

20、工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理一般量化噪聲一般量化噪聲過載量化噪聲過載量化噪聲過載特性過載特性重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理用階梯波用階梯波m m(t)(t)逼近逼近t抽樣間隔抽樣間隔一個(gè)量階一個(gè)量階上最大斜率上最大斜率sKft譯碼器的最大跟蹤斜率譯碼器的最大跟蹤斜率過載特性過載特性重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理量化誤差量化誤差e eq q(t)(t)在在-,+,+ 區(qū)間內(nèi)變化區(qū)間內(nèi)變化 maxsdm tfdt譯碼器的輸出譯碼器的輸出m m(t)(t)能跟上能跟上m(t)m(t)的變化的變化過載特性過載特

21、性sf 重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理增量調(diào)制系統(tǒng)的抽樣速率增量調(diào)制系統(tǒng)的抽樣速率遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于PCMPCM有利于減少量化誤差和過載噪聲有利于減少量化誤差和過載噪聲,sf量化誤差增大量化誤差增大過載特性過載特性 coskkdm tAtdt重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理模擬信號(hào)模擬信號(hào) sinkm tAt斜率斜率不過載條件不過載條件ksAf臨界過載振幅臨界過載振幅（允許信號(hào)幅度）（允許信號(hào)幅度）maxskfA最大允許最大允許編碼電平編碼電平過載特性過載特性重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 可見可見

22、當(dāng)信號(hào)斜率一定時(shí)，允許信號(hào)的幅度隨信號(hào)頻率當(dāng)信號(hào)斜率一定時(shí)，允許信號(hào)的幅度隨信號(hào)頻率的增加而減小，這將導(dǎo)致語音高頻段信號(hào)量化信的增加而減小，這將導(dǎo)致語音高頻段信號(hào)量化信噪比下降。噪比下降。最大允許編碼電平最大允許編碼電平maxskfA最小允許編碼電平最小允許編碼電平min2A編碼的動(dòng)態(tài)范圍編碼的動(dòng)態(tài)范圍重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理編碼器能夠正常工作的編碼器能夠正常工作的輸入信號(hào)振幅范圍輸入信號(hào)振幅范圍maxmin20lgcdBADA編碼的動(dòng)態(tài)范圍定義為：最大允許編碼電平編碼的動(dòng)態(tài)范圍定義為：最大允許編碼電平與最小允許編碼電平之比與最小允許編碼電平之比20lg

23、/20lg22sscdBkkffDff800kfHz20lg800scdBfD說明說明重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 可見可見簡單增量調(diào)制的編碼動(dòng)態(tài)范圍較小，在簡單增量調(diào)制的編碼動(dòng)態(tài)范圍較小，在低傳碼率時(shí)，不符合話音信號(hào)要求。低傳碼率時(shí)，不符合話音信號(hào)要求。 實(shí)用中的實(shí)用中的MM常用它的改進(jìn)型。常用它的改進(jìn)型。2.4 增量調(diào)制增量調(diào)制重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理123增量調(diào)制系統(tǒng)的性能增量調(diào)制系統(tǒng)的性能重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 抗噪聲性能抗噪聲性能 與與PCM系統(tǒng)的比較系統(tǒng)的比較抗噪聲

24、性能抗噪聲性能重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 增量調(diào)制系統(tǒng)的兩種噪聲增量調(diào)制系統(tǒng)的兩種噪聲 量化噪聲量化噪聲 加性噪聲加性噪聲量化噪聲信噪比量化噪聲信噪比重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 前提前提 不考慮過載，只研究量化噪聲不考慮過載，只研究量化噪聲 ,qet 不過載條件下不過載條件下在在(-(-,+,+) )范圍內(nèi)均勻分布范圍內(nèi)均勻分布 qetM M量化噪聲平均功率量化噪聲平均功率 22223qeE etde 量化噪聲功率譜在量化噪聲功率譜在(0,f(0,fs s) )均勻分布均勻分布量化噪聲信噪比量化噪聲信噪比重慶大學(xué)通信工

25、程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理mf接收端低通濾波器截止頻率接收端低通濾波器截止頻率輸出量化噪聲功率輸出量化噪聲功率 223qssE etP fff量化噪聲單邊功率譜密度量化噪聲單邊功率譜密度 23mqmsfNP fff量化噪聲信噪比量化噪聲信噪比max2skfAf重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理信號(hào)功率的最大值信號(hào)功率的最大值臨界振幅臨界振幅信號(hào)最大量化信噪比信號(hào)最大量化信噪比33022230.048ssqkmkmSffNffff正弦信號(hào)臨界過載振幅正弦信號(hào)臨界過載振幅222max02228skAfSf 可知可知 信號(hào)越大，信噪比越大信號(hào)越大

26、，信噪比越大量化噪聲信噪比量化噪聲信噪比重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理分貝表示分貝表示030lg20lg10lg14skmqdBSfffN 增量調(diào)制最重要的公式，表明增量調(diào)制最重要的公式，表明 簡單簡單M M 的信噪比與抽樣速率的信噪比與抽樣速率f fs s成立方關(guān)系，成立方關(guān)系，即即f fs s每提高一倍，量化信噪比提高每提高一倍，量化信噪比提高9dB9dB 量化信噪比與信號(hào)頻率量化信噪比與信號(hào)頻率f fk k的平方成反比，即的平方成反比，即f fk k每提高一倍，量化信噪下降每提高一倍，量化信噪下降6dB6dB抗噪聲性能抗噪聲性能重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大

27、學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 增量調(diào)制系統(tǒng)的兩種噪聲增量調(diào)制系統(tǒng)的兩種噪聲 量化噪聲量化噪聲 加性噪聲加性噪聲誤碼信噪功率比誤碼信噪功率比2212seef PNf重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理信噪比信噪比總信噪比總信噪比01216seekSf fNP f由誤碼造成的誤碼噪聲功率由誤碼造成的誤碼噪聲功率語音信號(hào)的語音信號(hào)的下截止邊帶下截止邊帶30012222013848seqmkeksSSf fNNNf f fP ff增量調(diào)制系統(tǒng)的性能增量調(diào)制系統(tǒng)的性能重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 抗噪聲性能抗噪聲性能 與與PCM系

28、統(tǒng)的比較系統(tǒng)的比較增量調(diào)制系統(tǒng)的性能增量調(diào)制系統(tǒng)的性能重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 抽樣速率抽樣速率 帶寬帶寬 量化信噪比量化信噪比 信道誤碼的影響信道誤碼的影響 設(shè)備復(fù)雜度設(shè)備復(fù)雜度抽樣速率抽樣速率重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 PCM PCM 系統(tǒng)中的抽樣速率是根據(jù)抽樣定理來系統(tǒng)中的抽樣速率是根據(jù)抽樣定理來確定的。若信號(hào)的最高頻率為確定的。若信號(hào)的最高頻率為f fm m，則，則f fs s2f2fm m。 MM系統(tǒng)不能根據(jù)抽樣定理確定抽樣速率。系統(tǒng)不能根據(jù)抽樣定理確定抽樣速率。在保證不發(fā)生過載，達(dá)到與在保證不發(fā)生過載，達(dá)

29、到與PCM PCM 系統(tǒng)相同系統(tǒng)相同的信噪比時(shí)，的信噪比時(shí)，MM的抽樣速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于奈奎的抽樣速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于奈奎斯特速率。斯特速率。增量調(diào)制系統(tǒng)的性能增量調(diào)制系統(tǒng)的性能重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 抽樣速率抽樣速率 帶寬帶寬 量化信噪比量化信噪比 信道誤碼的影響信道誤碼的影響 設(shè)備復(fù)雜度設(shè)備復(fù)雜度帶寬帶寬2sMfBMsBf重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 MM系統(tǒng)在每一次抽樣，只傳送一位代碼，系統(tǒng)在每一次抽樣，只傳送一位代碼，因此因此M M系統(tǒng)的數(shù)碼率系統(tǒng)的數(shù)碼率f fb b =f =fs s，要求的最小，要求的最小帶寬為帶寬為

30、實(shí)際應(yīng)用時(shí)實(shí)際應(yīng)用時(shí) PCMPCM系統(tǒng)數(shù)碼率系統(tǒng)數(shù)碼率bsfNf帶寬帶寬重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 同樣語音質(zhì)量要求下同樣語音質(zhì)量要求下 PCM PCM 系統(tǒng)的數(shù)碼率為系統(tǒng)的數(shù)碼率為64kHz64kHz，因而要求最小信，因而要求最小信道帶寬為道帶寬為32kHz 32kHz 。 M M 系統(tǒng)抽樣速率至少為系統(tǒng)抽樣速率至少為100 kHz100 kHz，則最小帶，則最小帶寬為寬為50kHz50kHz 增量調(diào)制系統(tǒng)的性能增量調(diào)制系統(tǒng)的性能重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 抽樣速率抽樣速率 帶寬帶寬 量化信噪比量化信噪比 信道誤碼的影響信道誤碼的影響 設(shè)備復(fù)雜度設(shè)備復(fù)雜度量化信噪比量化信噪比重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理 在相同的信道帶寬（即相同的數(shù)碼率在相同的信道帶寬（即相同的數(shù)碼率f fb b）條）條件下：件下： 在低數(shù)碼率時(shí)，在低數(shù)碼率時(shí)，M M 性能優(yōu)越；性能優(yōu)越； 在編碼位數(shù)多，碼率較高時(shí)，在編碼位數(shù)多，碼率較高時(shí)，PCM PCM 性能優(yōu)越。性能優(yōu)越。 信噪比分析信噪比分析信噪比分析信噪比分析重慶大學(xué)通信工程學(xué)院重慶大學(xué)通信工程學(xué)院數(shù)字通信原理數(shù)字通信原理它與它與N N