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现代通信技术-增量调制


《现代通信技术》课程

增量调制

目 录
01 02 引入 增量调制概述 增量调制编码

03
04 05

增量调制译码
简单增量调制系统框图

01 引入
在PCM中,代码表示样值本身的大小,所需码位数较多,从而导致编译码设
备复杂。能不能将每次抽样的编码位数减少,以减小数字信号带宽呢?

02 增量调制概述

增量调制简称Δ M或DM,它是继PCM后出现的又一种模拟信号数字传输的方 法,其目的在于简化语音编码方法。

在Δ M中,它只用一位编码表示相邻样值的相对大小,从而反映出抽样时刻波
形的变化趋势,与样值本身的大小无关。 Δ M与PCM编码方式相比具有编译码设备简单,低比特率时的量化信噪比高 ,抗误码特性好等优点。在军事和工业部门的专用通信网和卫星通信中得到了广泛 应用,近年来在高速超大规模集成电路中用作A/D转换器。

03 增量调制编码

不难想到,一个语音信号,如果抽样速率很高(远大于奈奎斯特速率),抽样
间隔很小,那么相邻样点之间的幅度变化不会很大,相邻抽样值的相对大小(差值 )同样能反映模拟信号的变化规律。 若将这些差值编码传输, 同样可传输模拟信 号所含的信息。此差值又称“增量”,其值可正可负。 这种用差值编码进行通信

的方式,就称为“增量调制”(Delta Modulation),缩写为DM或Δ M。

03 增量调制编码
如图1所示,m(t)代表时间连续变化的模拟信号,我们可以用一个时间间隔为Δ t, 相邻幅度
差为+σ或-σ的阶梯波形m′(t)来逼近它。只要Δ t足够小,即抽样速率fs=1/Δ t足够高,且σ足够小 ,则阶梯波m′(t)可近似代替m(t)。其中,σ为量化台阶,Δ t=Ts为抽样间隔。
m(t) m ′(t) m(t)

m1 (t)

?
0 0

t1 1

t2 0

t3 1

t4 0

t5 1

t6 1

t7 1

t8 1 ? t

t9 1

t1
0

t1 1
1

t1 0
2

t

图1

增量编码波形示意图

03 增量调制编码
阶梯波m′(t)有两个特点: 第一,在每个Δ t间隔内, m′(t)的幅值不变; 第二,相邻间隔的幅值差不是+σ(上升一个量化阶),就是-σ(下降一个量化阶)。利用这 两个特点, 用“1”码和“0”码分别代表m′(t)上升或下降一个量化阶σ, 则m′(t)就被一个二进 制序列表征(见图1横轴下面的序列)。于是,该序列也相当表征了模拟信号m(t), 实现了模/数 转换 除了用阶梯波m′(t)近似m(t)外,还可用另一种形式——图1中虚线所示的斜变波m1(t)来 近似m(t)。斜变波m1(t)也只有两种变化:按斜率σ/Δ t上升一个量阶和按斜率-σ/Δ t下降一个 量阶。用 “1”码表示正斜率,用“0”码表示负斜率,同样可以获得二进制序列。 由于斜变波m1(t)在电路上更容易实现,实际中常采用它来近似m(t)。

04 增量调制译码
与编码相对应,译码也有两种形式。
? 一种是收到“1”码上升一个量阶(跳变),收到“0”码下降一个量阶(跳变) ,从而把二进制代码经过译码后变为m′(t)这样的阶梯波。 ? 另一种是收到“1”码后产生一个正斜率电压,在Δ t时间内上升一个量阶σ, 收到 “0”码后产生一个负斜率电压,在Δ t时间内下降一个量阶 σ,这样把二进制代码 经过译码后变为如m1(t)这样的斜变波。

04 增量调制译码
考虑到电路上实现的简易程度,一般都采用后一种方法。这种方法可用一个简 单的RC积分电路,即可把二进制代码变为m1(t)这样的波形,如图 2所示。

p(t)

积分器

m1(t)

p(t) 1 0 1 0 1 1 1 7Ts t
图2

m1(t)

O Ts 2Ts 3Ts 4Ts

O

Ts 2Ts 3Ts 4Ts

7Ts

t

积分器译码原理

05 简单增量调制系统框图

从Δ M编、译码的基本思想出发,可以组成一个如图 3所示的简单Δ M系统方框 图。发送端编码器是相减器、判决器、积分器及脉冲发生器(极性变换电路)组成 的一个闭环反馈电路。其中,相减器的作用是取出差值 e(t) ,使 e(t)=m(t)-m1(t)。 判决器也称比较器或数码形成器,它的作用是对差值e(t)的极性进行识别和判决,以 便在抽样时刻输出数码(增量码)c(t),即如果在给定抽样时刻ti上,
e(ti)=m(ti)-m1(ti)>0,则判决器输出“1”码; 如有 e(ti)=m(ti)-m1(ti)<0,则输出“0”码。

05 简单增量调制系统框图
抽样定时 消息信号 + e(t ) 判决器 m(t ) ∑ (比较器) - p (t) m1 (t ) 发送端编码器 E 积分器 积分器 脉冲 发生器 增量调制 信号输出 c(t )

c(t )

脉 冲 发生器

-E

低 通 消息信号 m(t) 滤波器

接收端译码器

图3

简单Δ M系统框图

05 简单增量调制系统框图
积分器和脉冲产生器组成本地译码器,它的作用是根据c(t),形成预测信号 m1(t),即c(t)为“1”码时,m1(t)上升一个量阶σ,c(t)为“0”码时,m1(t)下降一 个量阶σ,并送到相减器与m(t)进行幅度比较。

注意,若用阶梯波m′(t)作为预测信号,则抽样时刻ti应改为t-i,表示ti时刻的前 一瞬间,即相当于阶梯波形跃变点的前一瞬间。在t-i时刻,斜变波形与阶梯波形有完 全相同的值。 接收端解码电路由译码器和低通滤波器组成。其中,译码器的电路结构和作用 与发送端的本地译码器相同,用来由c(t)恢复m1(t),为了区别收、发两端完成同样 作用的部件, 我们称发端的译码器为本地译码器。低通滤波器的作用是滤除m1(t)中 的高次谐波,使输出波形平滑,更加逼近原来的模拟信号m(t)。

谢谢



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