通信原理增量調(diào)制1

第七章增量調(diào)制(1) 簡(jiǎn)單增量調(diào)制 可以認(rèn)為是一位編碼時(shí)的特例，但編碼的是差值信號(hào)。與PCM方式相比，其優(yōu)點(diǎn)：1、在比特率較低時(shí)，增量調(diào)制的量化信噪比高于PCM2、增量調(diào)制的抗誤碼性能好3、增量調(diào)制編譯碼器簡(jiǎn)單參考：第5-7-8章基帶數(shù)字信號(hào)及其傳輸

只用一位編碼，但這一位碼不是用來(lái)表示信號(hào)抽樣值的大小，而是表示抽樣時(shí)刻波形的變化趨向。預(yù)測(cè)編碼的概念：所謂預(yù)測(cè)編碼是根據(jù)過(guò)去的信號(hào)樣值預(yù)測(cè)下一個(gè)樣值，并僅把預(yù)測(cè)值與現(xiàn)實(shí)的樣值之差加以量化、編碼后進(jìn)行傳輸?shù)姆绞剑ㄔ诮邮斩私?jīng)過(guò)和發(fā)送端的預(yù)測(cè)完全相同的操作，可得到量化的原信號(hào)）輸入信號(hào)的當(dāng)前樣值與按前一時(shí)刻信號(hào)樣值的編碼經(jīng)本地解碼器得出的預(yù)測(cè)值之差,即對(duì)前一輸入信號(hào)樣值的增量（增加量或減少量）用一位二進(jìn)碼進(jìn)行編碼傳輸?shù)姆椒ǚQ作增量調(diào)制,簡(jiǎn)稱為DM或ΔM。它是差值編碼調(diào)制的一種特例.7.1簡(jiǎn)單增量調(diào)制原理Q[]數(shù)碼形成Z-1C(n)S(n)e(n)-+Sl

(n)0量化特性及編碼特性為量化器Z-1一階預(yù)測(cè)器差值信號(hào)量化特性△稱為△M的量化間隔Q[]數(shù)碼形成Z-1C(n)S(n)e(n)-+Sl(n)譯碼過(guò)程（接收端恢復(fù)原始信號(hào)的原理圖）首先解碼電路把接收到的信碼C′(n)按照下列規(guī)則解出差值信號(hào)量化值，再經(jīng)過(guò)延遲與相加電路，輸出重建信號(hào)解碼實(shí)際編碼譯碼器常用簡(jiǎn)單RC積分器和比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)一階預(yù)測(cè)器Z-1和量化器Q[]比較器判決器增量調(diào)制信號(hào)輸出C(n)消息信號(hào)S(t)e(t)-Sl(t)脈沖發(fā)生器+脈沖發(fā)生器積分器低通消息信號(hào)C'(n)積分器Sl'

(t)E-E抽樣定時(shí)與圖7-1相比有四點(diǎn)不同：輸入信號(hào)s(t)是模擬信號(hào)，而不是抽樣值抽樣量化及編碼由比較器一次完成用于產(chǎn)生預(yù)測(cè)值的量化器輸出信號(hào)，由C(n)控制一個(gè)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生，即相加器與預(yù)測(cè)器Z-1功能由積分器完成由于預(yù)測(cè)信號(hào)Sl(t)與接收端譯碼器中的積分器輸出是一致的，所以也稱Sl(t)為本地譯碼信號(hào).積分器輸出有折線近似和階梯近似積分波形兩種形式圖（7-3）△M中的量化噪聲S(t)信號(hào)Sl(t)兩種預(yù)測(cè)信號(hào)S(n-1)抽樣值S(n)抽樣值Sl(n)本地譯碼值TS

抽樣周期△量化間隔（量階）△M過(guò)程S(t)Sl(t)△M中的量化噪聲e(t)不論采用那種形式，在相鄰抽樣時(shí)刻，其波形幅度都只變化（增或減）一個(gè)固定的量化間隔△。當(dāng)信號(hào)頻率過(guò)高時(shí)，本地譯碼信號(hào)Sl(t)會(huì)跟不上信號(hào)的變化，稱為過(guò)載。Sl(t)所能跟上的信號(hào)最大斜率為△/Ts——稱為臨界過(guò)載情況下最大跟蹤斜率，因此，為避免斜率過(guò)載必須使斜率過(guò)載可得不發(fā)生斜率過(guò)載的條件為：（可見(jiàn)當(dāng)△，fs一定時(shí)，f與A成反比，不適合傳輸均勻頻譜信號(hào)），或避免斜率過(guò)載必須使設(shè)輸入信號(hào)為正弦波因?yàn)锳遠(yuǎn)大于△，所以為不發(fā)生過(guò)載現(xiàn)象，△M抽樣頻率要比PCM高得多!

量化信噪比

量化噪聲注意：上述量化噪聲功率并不是系統(tǒng)最終輸出的量化噪聲功率通常認(rèn)為量化噪聲的功率譜在內(nèi)均勻分布，即：量化噪聲功率譜為經(jīng)截止頻率為fB的低通濾波后，輸出量化噪聲功率：輸出正弦信號(hào)的平均功率：，即在臨界條件下系統(tǒng)輸出的最大信號(hào)功率。由不發(fā)生斜率過(guò)載條件得臨界條件為：臨界過(guò)載時(shí)上式表明：1、△M的信噪比，在抽樣頻率每提高一倍時(shí)，量化信噪比將提高9dB2、信號(hào)頻率每提高一倍時(shí)，量化信噪比將下降6dB，即簡(jiǎn)單增量調(diào)制中，語(yǔ)音信號(hào)高頻段的量化信噪比下降?！鱉最大量化信噪比：例：結(jié)論：①與三次方成正比，提高一倍，增大9②與成反比，信號(hào)頻率提高一倍，下降66簡(jiǎn)單增量調(diào)制的性能改進(jìn)簡(jiǎn)單增量調(diào)制有兩個(gè)問(wèn)題：①斜率過(guò)載②動(dòng)態(tài)范圍小7.2 數(shù)字壓擴(kuò)自適應(yīng)增量調(diào)制7.2 數(shù)字壓擴(kuò)自適應(yīng)增量調(diào)制若量節(jié)能隨信號(hào)瞬時(shí)壓擴(kuò)，則稱為瞬時(shí)壓擴(kuò)?M，記作ADM。若量節(jié)?隨音節(jié)時(shí)間間隔（5-20ms）中信號(hào)平均斜率變化，則稱為連續(xù)可變斜率增量調(diào)制，記作CVSD.可同時(shí)解決動(dòng)態(tài)范圍小和斜率過(guò)載問(wèn)題。其基本概念是，如同非均勻PCM中那樣，改變量化間隔△即采用自適應(yīng)方法使量階△的大小，隨輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性變化而跟蹤變化。使輸出信噪比總在額定值以上。連續(xù)出現(xiàn)多個(gè)“1”(或多個(gè)“0”)，即可認(rèn)為信號(hào)有出現(xiàn)過(guò)載的可能，從而增大?，使其本地譯碼信號(hào)跟上信號(hào)變化。用作自動(dòng)控制量階△的控制電壓的提取方法大致分為兩類(lèi)一類(lèi)是：直接從輸入語(yǔ)音信號(hào)的包絡(luò)變化中提取信息稱為前向控制（或前向自適應(yīng)）一類(lèi)是間接從輸出碼流中連1或連0碼的長(zhǎng)度中提取，稱為反向控制（或后向自適應(yīng)）用控制電壓改變量階所需要的時(shí)間常數(shù)也有兩種選擇：一種選擇的時(shí)間常數(shù)大致與取樣時(shí)間間隔Ts在同一數(shù)量級(jí)，稱為瞬時(shí)壓擴(kuò)一種是選擇的時(shí)間常數(shù)大致與音節(jié)周期在同一數(shù)量級(jí)，故稱為音節(jié)壓擴(kuò)。（人的語(yǔ)音除了有頻率變化的不同外，還有音量大小變化的不同，從波形上看，音量大小的變化使語(yǔ)音信號(hào)的包絡(luò)不斷的變化。音節(jié)是指語(yǔ)音信號(hào)包絡(luò)變化的一個(gè)周期，統(tǒng)計(jì)特性表明這個(gè)周期在5～20ms）可采用音節(jié)壓擴(kuò)，而不是瞬時(shí)壓擴(kuò).｛一音節(jié)＝（5~20）ms｝目前采用數(shù)字檢測(cè)音節(jié)壓擴(kuò)、自適應(yīng)增量調(diào)制系統(tǒng)如圖7－4(p158)所示.與簡(jiǎn)單增量調(diào)制相比，增加了連1連0數(shù)字檢測(cè)電路和音節(jié)平滑電路.用脈沖幅度調(diào)制器代替了固定幅度的脈沖發(fā)生器.數(shù)字檢測(cè)電路：可用移位寄存器和與非門(mén)實(shí)現(xiàn)，檢測(cè)出碼流C(n)中連1碼和連0碼的數(shù)目，這個(gè)數(shù)目反映輸入語(yǔ)音信號(hào)連續(xù)上升或下降的趨勢(shì)，間接得到輸入語(yǔ)音信號(hào)強(qiáng)弱的信息，連1或連0碼越多，監(jiān)測(cè)器輸出的脈沖寬度就越寬，將這個(gè)輸出寬度變化的脈沖加到音節(jié)平滑電路.按音節(jié)周期的時(shí)間常數(shù)把脈沖平滑為慢變化的控制電壓（此電壓與語(yǔ)音信號(hào)的平均斜率成正比）.在平滑輸出控制電壓作用下，PAM（脈沖調(diào)幅器）使輸出端的數(shù)字碼流脈沖幅度按照控制電壓的大小線性變化，因此達(dá)到了自動(dòng)改變量階△的目的.音節(jié)平滑電路圖7－5曲線表明數(shù)字壓擴(kuò)增量調(diào)制信噪比明顯比簡(jiǎn)單增量調(diào)制優(yōu)越，并且編碼器能正常工作的變化范圍有很大改進(jìn).脈沖調(diào)幅器7.3 增量總和調(diào)制可解決斜率過(guò)載問(wèn)題其要點(diǎn)是：將信號(hào)先進(jìn)行積分，改變其頻率響應(yīng)。使高頻分量幅度下降（與預(yù)加重相反），然后再進(jìn)行ΔM編碼，為此，在接收端為了不失真恢復(fù)原信號(hào)，需要將解碼后信號(hào)進(jìn)行微分。脈沖發(fā)生器積分器低通消息信號(hào)I(f)ABD(f)比較器判決器積分器增量調(diào)制信號(hào)輸出C(n)消息信號(hào)S(t)e(t)-Sl(t)脈沖發(fā)生器積分器＋I(xiàn)(f)I(f)g(t)若積分器和微分器是互補(bǔ)的，則接收端的積分器和微分器可省去比較器判決器積分器增量調(diào)制信號(hào)輸出C(n)消息信號(hào)S(t)e(t)-Sl(t)脈沖發(fā)生器積分器＋I(xiàn)(f)I(f)g(t)上圖發(fā)端的兩個(gè)積分器可用一個(gè)代替：對(duì)應(yīng)的量化輸出間隔±Δ記為：顯然：解碼7－21式7－21是一個(gè)迭代的式子7、信道誤碼對(duì)?M的影響##5-25對(duì)簡(jiǎn)單?M接收端的輸出信號(hào)有接收端信號(hào)可以看成是所有t

=

nTs

時(shí)刻前的接收信號(hào)的累加和；根據(jù)增量調(diào)制原理，無(wú)信號(hào)輸入S(n)=0時(shí)，發(fā)送端輸出穩(wěn)定的1，0交替序列；傳輸過(guò)程中任一誤碼都會(huì)引起的誤差，使總的信噪比下降.即：無(wú)誤碼序列接到有誤碼序列誤碼序列=+誤碼引起的脈沖發(fā)生器輸出發(fā)生+E→-E

或-E→+E的變化，因此誤碼信號(hào)序列應(yīng)為正負(fù)2E的序列設(shè)信道誤比特率為Pb，則誤碼信號(hào)產(chǎn)生的功率為：上式為因誤碼在接收端脈沖發(fā)生器輸出端產(chǎn)生的功率。誤碼信號(hào)功率譜密度與單個(gè)矩形波的頻譜函數(shù)平方成正比，如圖實(shí)線所示可見(jiàn)：1、誤碼能量在0～fs內(nèi)為非均勻分布2、因fs?fH，所以在0～fH內(nèi)近似為均勻分布3、在0～fs范圍內(nèi)的總功率近似為虛線下的面積fH所以誤碼信號(hào)的功率譜密度近似為：當(dāng)RC很大時(shí)，接收端積分器（圖7-7）的頻率響應(yīng)為：誤碼信號(hào)經(jīng)過(guò)積分器輸出的誤碼功率譜密度為在語(yǔ)音信號(hào)頻率fL~fH范圍內(nèi)，低通輸出總誤碼信號(hào)功率：由于fL<<fH，故上式化簡(jiǎn)為：積分器（RC積分器）輸入幅度為E的矩形脈沖，若RC?Ts，則在t=Ts時(shí)刻輸出電壓就是量化間隔Δ，有7-28代入7-28得所以在有誤碼存在情況下，接收端總失真功率為：臨界過(guò)載時(shí)，信號(hào)功率所以，有誤碼時(shí)

M

系統(tǒng)的最大量化信噪比為：將代入上式得