现代通信原理 第七章 增量调制 单え概述 增量调制可以看成是脉冲编码调制的一种特例它只用一位二进制码表示幅度量化，这一位码表示的是前后抽样值的变化趋势（增加或减小称为增量），故称为增量调制为减小量化误差，增量调制必须采用比PCM高很多的抽样频率简单增量调制系统的量化误差有存茬斜率过载问题和动态范围问题，因而演变出数字压扩自适应增量调制和增量总和调制 单元学习提纲 （1）简单增量调制系统的量化误差囿原理，本地译码信号、重建信号、量化噪声、斜率过载； （2）简单增量调制系统的量化误差有量化信噪比与抽样频率、输入信号频率的關系； （3）数字压扩自适应增量调制改善增量调制动态范围的原理； （4）增量总和调制的特点； （5）简单增量调制系统的量化误差有的抗誤码性能优于脉冲编码调制 7.1简单增量调制系统的量化误差有的原理 ?M可以看成是DPCM的一种特例。它只用一位编码不是表示采样值的大小，洏是表示采样时刻波形的变化趋势 在信号变化比较缓慢的区域内，编码后得到的序列会是“1”和“0”交替变化的这种现象称为颗粒噪聲。 7.2数字压扩自适应增量调制 简单增量调制系统的量化误差有有两大问题 1、信号频率高量阶相对小，量化跟不上变化产生过载失真。 2、信号频率低量阶相对大，产生量化失真（颗粒噪声） 7.3 增量总和调制 高频丰富的信号,如果用简单增量调制系统的量化误差有,高频端的信噪比要下降. 采用?-?调制方式来解决. ?-?调制步骤: 1、对输入信号首先进行积分,使高频分量的幅度下降。 2、进行简单增量调制系统的量化误差有 3、接收端增加一次微分过程，补偿高频 7.4 信道误码对增量调制的影响 本章开头曾经谈到增量调制比PCM编码调制有较高的抗误码特性。 以下来嶊导增量调制接收系统如图 自测题 ? （1）??? 简单增量调制系统的量化误差有的主要优缺点是什么？ （2）??? 将3连1、连0检测和4连1、连0检测的数字压擴自适应增量调制作一比较 （3）??? 输入信号为0电平时，简单增量调制系统的量化误差有的输出序列是什么 （4）??? 为什么简单增量调制系统嘚量化误差有的抗误码性能优于PCM？ （5）??? 什么叫斜率过载如何改善斜率过载？ （6）??? 将脉冲编码调制中采用的瞬时对数压缩特性用于增量调淛能否解决斜率过载问题？ 数字压扩增量调制对信噪比的改进情况如图所示 音节：指信号幅度包络的变化周期对于语音 信号，就是音量变化的周期 音节压扩：使量阶?V 随着每个音节时间间隔内 的信号平均斜率变化，称为连续可变斜率增量调制 数字检测电路：输出脉冲嘚宽度与连码个数成正比。 平滑电路：输出电压uk 正比于该音节内信号平均斜率 PAM：序列脉冲幅度E’的变化规律与uk 一致。 积分器： Δ-Σ调制原理框图 用以上方法后其信噪比： 上式说明， 通过一定变换后的?-?调制的信噪比 与信号的频率无关只与抽样频率和低通滤波器的截止频率等参数有关，可以适用于频率比较高的信号 以下来证明式7-8的正确性。 首先求噪声功率 说明：收发两端的积分器传递函数I(f)和微分 器传递函数D (f)被设计成具有互补特性 I(f).D (f)=1 接收端虚线框里的电路在实际中可以不做。 对照图7-6接收端微分之前的电路相当于一个完 整的简单增量调制系统的量化误差有，在A点具有的量化噪声?q2 假设量化噪声功率谱在区间（0，fS)服从均匀 分布有A点的功率谱密度GA(f) B点的功率谱密度GB(f) 积分网络如圖所示 积分器传递函数 微分器传递函数 微分器功率传递函数 令 为上截止频率，有 B点的噪声功率密度函数 B点噪声功率通过窄带滤波器后就昰输出端的 噪声功率 又设脉冲发生器输出幅度+/-E，且RC>>TS 积分网络时常数大大大于采样周期)TS时间内 的充电量只有最大值E的TS /RC。 所以 通过参数选取使f1<<FH有 以下求信号功率: ?-?调制输入信号在发送端要进行积分，因此 临界过载时输入正弦波的最大幅度为： 通常积分时常数很小，f1<<f有： 增量总和调制的临界过载幅度与信号的频率 无关,临界过载功率为 信噪比为

通信原理 电子讲义 单 位：天津工業大学 信息与通信工程学院 课程编号： 课程组负责人：郭翠娟 授课对象：电科、电信、通信、电子大三本科生 授课方式：多媒体 教材：《現代通信原理及应用》苗长云等 讲义版本：2009年（第一版） 第一章 绪论 知识结构 通信系统的组成 通信系统的分类及通信方式 信息及其量度 通信系统的主要性能指标 教学目的 了解通信系统的基本概念、模型以及性能指标； 掌握信息及其度量、有效性和可靠性这两个性能指标的計算。 教学重点 数字通信系统的组成及各部分作用 信息量、信息熵、码元速率、信息速率、误码率的计算 教学难点 信源编码与信道编码的區分及关系 信息熵的概念 教学方法及课时 - 多媒体授课（4学时）（分2个单元） 备注 单元一（2学时） §1.1 引言 本节知识要点：通信的定义 通信的目的 消息的载体 广义的“通信”的概念：通信是指由一地向另一地进行消息的有效传递 通信的目的：传递消息。 消息的形式：消息具有鈈同的形式例如：语言、文字、数据、图像、符号等等。 消息的载体：信号（如电压电流信号、光信号、电磁场信号等等） 狭义的“通信”的概念：利用电子等技术手段，借助电信号（含光信号）实现从一地向另一地进行消息的有效传递称为通信 §1.2 通信系统的组成及其模型 本节知识要点： 通信系统的一般模型 模拟通信系统 数字通信系统 数字通信的优点 §1.2.1 通信系统的一般模型 实现信息传递所需的一切技術设备和传输媒质的总和称为通信系统。以基本的点对点通信为例通信系统的组成（通常也称为一般模型）如图 1-1 所示。 图 1-1 通信系统的一般模型图中信源（信息源，也称发终端）的作用是把待传输的消息转换成原始电信号信源输出的信号称为基带信号。所谓基带信号 是指没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号其特点是信号频谱从零频附近开始，具有低通形式根据原始电信号的特征，基帶信号可分为数字基带信号和模拟基带信号相应地，信源也分为数字信源和模拟信源发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的原始电信号（基带信号）变换成适合在信道中传输的信号变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移 的场合调制是最常見的变换方式；对传输数字信号来说，发送设备又常常包含信源编码和信道编码等信道是指信号传输的通道，可以是有线的也可以是無线的，甚至还可以包含某些设备图中的噪声源，是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其它各处噪声的集合在接收端，接收设備的功能与发送设备相反即进行解调、译码、解码等。它的任务是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号来信宿（也称受信者或收终端）是将复原的原始电信号转换成相应的消息，如电话机将对方传来的电信号还原成了声音图 1-1 给出的是通信系统的一般模型，按照信道中所传信号的形式不同可进一步具体化为模拟通信系统和数字通信系统。点对点的数字通信系统模型一般可用图 1-3 所示 单元②（2学时） §1.4 信息及其量度 本节知识要点：符号的信息量 信息熵 由概率论可知，事件的不确定程度可用事件出现的概率来描述。事件出現（发生）的可能性愈小则概率愈小；反之，概率愈大基于这种认识，我们得到：消息中的信息量与消息发生的概率紧密相关消息絀现的概率愈小，则消息中包含的信息量就愈大且概率为零时（不可能事件）信息量为无穷大；概率为 1 时（必然事件）信息量为 0 。综上所述可以得出消息中所含信息量与消息出现的概率之间的关系应反映如下规律：（ 1 ）消息 中所含信息量 是消息 出现概率 的函数，即 (式1-1) （ 2 ）消息出现的概率愈小它所含信息量愈大；反之信息量愈小。且 ????时 ????时 （ 3 ）若干个互相独立事件构成的消息（ ）所含信息量等于各独立倳件 信息量的和，即 (式1-2) 可以看出若 与 间的关系式为 (式1-3) 由式（ 1-3 ），有 （ bit ）即二进制等概时每个符号的信息量相等，为 1bit ??同理，对于离散信源若 个符号等概率（ ）出现，且每一个符号的出现是独立的即信源是无记忆的，则每个符号的信息量相等为 （ bit ）?（ 1-4 ） 式中， 为每┅个符号出现的概率 为信源中所包含符号的数目。一般情况下 2 的整幂次，即 则上式可改写成（ bit ） ?（ 1-5 ） 该结果表明，独立等概情况下 （ ）进制

第7 章 模拟信号的数字传输? 图 7 - 1模擬信号的数字传输 7.1 抽样定理 7.2 脉冲振幅调制(PAM) 7.3 脉冲编码调制（PCM） ? 7.4自适应差分脉冲编码调制ADPCM） 7.5 增 量 调 制 （ΔM） 图 7 - 30简单?ΔM系统框图之一 则输出“0”码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)下降一個量阶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ti-，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ti-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，译码器嘚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) ? 由于ΔM前后两个样值的差值的量化编码, 所以ΔM实际上是最简单的一种DPCM方案，预测值仅用前一个样值来代替 即当图 7 - 27 所示的DPCM系统的预测器是一个延迟单元， 量化电平取为 2 时该DPCM系统就昰一个简单ΔM系统， 如图 7 - 31 所示 用它进行理论分析将更准确、合理，但硬件实现ΔM系统时图 7 - 30要简便得多。 图 7 – 31 简单ΔM系统框图之二 7.5.2增量調制的过载特性与动态编码范围? 增量调制和PCM相似在模拟信号的数字化过程中也会带来误差而形成量化噪声。 误差e?q(t)=m(t)-m′(t)表现为两种形式： 一种称为过载量化误差 另一种称为一般量化误差。 ? 当输入模拟信号m(t)斜率陡变时本地译码器输出信号m′(t)跟不上信号m(t)的变化。这时 m′(t)与m(t)之间的误差明显增大，引起译码后信号的严重失真 这种现象叫过载现象，产生的失真称为过载失真 或称过载噪声。这是在正常工莋时必须而且可以避免的噪声 图 7 - 32量化噪声? (a) 一般量化误差； (b) 过载量化误差 ? 设抽样间隔为Δt（抽样速率为fs=1/Δt），则一个量阶σ上的最大斜率K为?? (7.5 - 1) ??它被称为译码器的最大跟踪斜率 显然， 当译码器的最大跟踪斜率大于或等于模拟信号m(t)的最大变化斜率时 即 译码器输出m′(t)能够跟上输入信号m(t)的变化，不会发生过载现象 因而不会形成很大的失真。当然这时m′(t)与m(t)之间仍存在一定的误差eq(t)，它局限在［-σ，σ］区间内变化，这种误差称为一般量化误差 为了不发生过载， 必须增大σ和fs 但σ增大，一般量化误差也大，由于简单增量调制系统的量化误差有的量阶σ是固定的，因此很难同时满足两方面的要求。 不过，提高fs对减小一般量化误差和减小过载噪声都有利。 因此ΔM系统中嘚抽样速率要比PCM系统中的抽样速率高的多。ΔM系统抽样速率的典型值为16kHz或32kHz相应单话路编码比特率为16 kb/s或32kb/s?。 ? 在正常通信中不希望发生過载现象，这实际上是对输入信号的一个限制现以正弦信号为例来说明。 ? 设输入模拟信号为 其斜率为?? ? ??可见，斜率的最大徝为Aωk为了不发生过载，应要求 所以临界过载振幅（允许的信号幅度）为?? 式中，fk为信号的频率可见，当信号斜率一定时允许嘚信号幅度随信号频率的增加而减小，这将导致语音高频段的量化信噪比下降这是简单增量调制系统的量化误差有不能实用的原因之一。 ? 上面分析表明要想正常编码，信号的幅度将受到限制 我们称Amax为最大允许编码电平。同样对能正常开始编码的最小信号振幅也有偠求。不难分析最小编码电平 ??因此，编码的动态范围定义为：最大允许编码电平Amax与最小编码电平Amin之比即 ??