文元美现代通信原理课件第9章新模拟信号数字化.ppt

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1、 Principle of Communication System广东工业大学信息工程学院广东工业大学信息工程学院文文 元元 美美现代通信原理现代通信原理2022/12/111课件 Principle of Communication System一一 语声信号编码的基本概念及分类语声信号编码的基本概念及分类二二 抽样定理及其证明抽样定理及其证明三三 脉冲调制脉冲调制四四 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCMPCM）五五 增量调制（增量调制（DMDM）六六 自适应差分编码调制自适应差分编码调制七七 子带编码子带编码八八 参量编码参量编码2022/12/112课件 Principle of Co

2、mmunication System1 1 语声信号编码的概念语声信号编码的概念 数字通信系统中，信息源除来自一些数字终端外，还有语音和图象数字通信系统中，信息源除来自一些数字终端外，还有语音和图象这类模拟信号。模拟信号的数字化也称为信源编码。这类模拟信号。模拟信号的数字化也称为信源编码。信源编码的目的：信源编码的目的：（1 1）将信号变为适合数字通信系统传输和处理的数字信号形式，）将信号变为适合数字通信系统传输和处理的数字信号形式，即对模拟信源进行即对模拟信源进行模模/数转换数转换(A/D(A/D转换转换)。（2 2）通过信源编码提高通信系统的）通过信源编码提高通信系统的有效性有效性。对语音

3、信源实现数字化称为语音编码，也称为语声编码。对语音信源实现数字化称为语音编码，也称为语声编码。2 2 语声信号编码的分类语声信号编码的分类 语音编码可以分为语音编码可以分为无损语音编码无损语音编码和和有损语音编码有损语音编码两大类。两大类。语声编码技术可以分为语声编码技术可以分为波形编码波形编码和和参量编码参量编码两类。两类。一一 语声信号编码的基本概念及分类语声信号编码的基本概念及分类2022/12/113课件 Principle of Communication System2022/12/114课件 Principle of Communication System二二 抽样定理及其证明

4、抽样定理及其证明1 1 低通抽样定理低通抽样定理一个频带限制在一个频带限制在(0，fH)内的时间连续信号内的时间连续信号 x(t)，如果，如果以大于或等于以大于或等于 2fH 的频率对它进行等间隔理想抽样，也就的频率对它进行等间隔理想抽样，也就是是 fS2fH(fS为抽样频谱为抽样频谱)，则，则x(t)将被所得到的抽样值将被所得到的抽样值 xs(t)完全确定。完全确定。2022/12/115课件 Principle of Communication System时域时域频域频域抽样物理过程2022/12/116课件 Principle of Communication System抽样定理演示

5、抽样定理演示2 2 抽样定理的证明抽样定理的证明2022/12/117课件 Principle of Communication System理想抽样时域与频域波形图2022/12/118课件 Principle of Communication System几点结论：几点结论：（1）抽样后的信号频谱）抽样后的信号频谱Xs()是是 原模拟信号频谱原模拟信号频谱X()在在 (-，+)频带频带范围内的周期性重复，重复周期为范围内的周期性重复，重复周期为s，称此现象为频谱的，称此现象为频谱的周期延拓周期延拓。（2）其中）其中n=0的频谱就是原模拟信号频谱的频谱就是原模拟信号频谱X()。（3）要想恢复

6、）要想恢复X()，只需在接收端加一个，只需在接收端加一个带宽为带宽为fH的理想低通滤波器的理想低通滤波器即可。即可。2022/12/119课件 Principle of Communication System3 抽样信号的恢复抽样信号的恢复2022/12/1110课件 Principle of Communication System2022/12/1111课件 Principle of Communication System取样函数的强度即构成包络。取样函数的强度即构成包络。2022/12/1112课件 Principle of Communication System4 自然抽样自然抽

7、样原理框图 2022/12/1113课件 Principle of Communication System自然抽样波形及频谱2022/12/1114课件 Principle of Communication System自然抽样自然抽样与与理想抽样理想抽样的频谱比较可以看出的频谱比较可以看出:(1)(1)自然抽样信号的频谱自然抽样信号的频谱XsXs()是是X X()以以2 2H H 作作周期延拓周期延拓，而，而XsXs()的的幅值包络幅值包络是按是按sincsinc函数随频率增大而下降。函数随频率增大而下降。(2)(2)其中其中n n0 0的一项为的一项为(/TsTs)X X(),),与原模

8、拟信号与原模拟信号X X()只差一个只差一个比例常数比例常数(/TsTs)，因而可以用截止频率为，因而可以用截止频率为f fH H 的的低通滤波器低通滤波器从从XsXs()滤出滤出X X()，从而恢复原模拟信源信号，从而恢复原模拟信源信号x x(t t)。2022/12/1115课件 Principle of Communication System5 平顶抽样2022/12/1116课件 Principle of Communication System 平顶抽样不能直接通过低通滤波器恢复x(t)，因为平顶抽样信号频谱中的每一项均受H()加权，而H()是的函数，如果直接通过低通滤波器，得到的

9、信号频谱是H()X()/TS，必然存在失真。平顶抽样信号解调原理框图2022/12/1117课件 Principle of Communication System平顶抽样和保持电路平顶抽样和保持电路2022/12/1118课件 Principle of Communication System 理想抽样、自然抽样和平顶抽样，它们的理想抽样、自然抽样和平顶抽样，它们的共同点共同点是抽样频谱是抽样频谱必须大于或等于模拟信号最高频率的两倍，即必须大于或等于模拟信号最高频率的两倍，即f fS S22f fH H。抽样频率。抽样频率f fS S 越高越高越有利于接收端提取信号，但越有利于接收端提取信号

10、，但f fS S 太大会减小抽样间隔，这太大会减小抽样间隔，这对时分复用不利。此外，对时分复用不利。此外，抽样脉冲宽度抽样脉冲宽度较窄对信号的频谱影响较窄对信号的频谱影响小，但会增大带宽，故小，但会增大带宽，故对对和和f fS S 要兼顾考虑要兼顾考虑。2022/12/1119课件 Principle of Communication System三三 脉冲调制脉冲调制脉冲调制方式2022/12/1120课件 Principle of Communication System四四 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM）1、量化、量化量化物理过程量化物理过程2022/12/1121课件 Princ

11、iple of Communication System两种常用的两种常用的均匀量化均匀量化特性特性均匀量化均匀量化2022/12/1122课件 Principle of Communication System 设输入模拟信号设输入模拟信号x概率密度函数是概率密度函数是fx(x)，x的取值范围为的取值范围为(a,b)，且且设不会出现过载量化，则设不会出现过载量化，则量化误差功率量化误差功率Nq为为 其中其中Q Q 为量化电平数，为量化电平数，m mi i为第为第i i个电平，可表示为个电平，可表示为m mi i=(=(x xi i-1-1+x xi i)/2(i=1,)/2(i=1,2,2,

12、Q Q)，x xi i为第为第i i个量化间隔的终点，可表示为个量化间隔的终点，可表示为x xi i=a a+i i。2022/12/1123课件 Principle of Communication System 一般来说，量化电平数一般来说，量化电平数Q Q 很大，很大，很小，因而可认为在很小，因而可认为在量化间隔内量化间隔内f fx x(x x)不变，以不变，以p pi i表示，且假设各层之间量化噪声相互独立，则表示，且假设各层之间量化噪声相互独立，则N Nq q表示为表示为2022/12/1124课件 Principle of Communication System量化信号功率Sq2

13、022/12/1125课件 Principle of Communication System 均匀量化的缺点：均匀量化的缺点：均均匀匀量量化化时时其其量量化化信信噪噪比比随随信信号号电电平平的的减减小小而而下下降降。产产生生这这一一现现象象的的原原因因就就是是均均匀匀量量化化时时的的量量化化级级间间隔隔为为固固定定值值，而而量量化化误误差差不不管管输输入入信信号号的的大大小小均均在在(-/2,/2)内内变变化化。故故大大信信号号时时量量化化信信噪噪比比大大，小小信信号号时时量量化化信信噪噪比比小小。对对于于语语音音信信号号来来说说，小小信信号号出出现现的的概概率率要要大大于于大大信信号号出出

14、现现的的概概率率，这这就就使使平平均均信信噪噪比比下下降降。同同时时，为为了了满满足足一一定定的的信信噪噪比比输输出出要要求求，输输入入信信号号应应有有一一定定范范围围(即即动动态态范范围围)，由由于于小小信信号号信信噪噪比比明明显显下下降降，也也使使输输入入信信号号范范围围减减小小。要要改改善善小小信信号号量量化化信信噪噪比比，可可以以采采用用量量化化间间隔隔非非均均匀匀的的方法，即非均匀量化。方法，即非均匀量化。2022/12/1126课件 Principle of Communication System非均匀量化非均匀量化 非均匀量化原理 2022/12/1127课件 Principl

15、e of Communication System1)律与A律压缩特性律和A律归一化压缩特性表示式分别为律：A律：2022/12/1128课件 Principle of Communication System 2)数字压扩技术 (1)(1)数数字字压压扩扩技技术术。这这是是一一种种通通过过大大量量的的数数字字电电路路形形成成若若干干段段折折线线，并用这些折线来近似并用这些折线来近似A A律或律或律压扩特性，从而达到压扩目的的方法。律压扩特性，从而达到压扩目的的方法。有有两两种种常常用用的的数数字字压压扩扩技技术术：一一种种是是1313折折线线A A律律压压扩扩，它它的的特特性性近近似似A A

16、=87.6=87.6的的A A律律压压扩扩特特性性。另另一一种种是是1515折折线线律律压压扩扩，其其特特性性近近似似=255=255的的律律压压扩扩特特性性。CCITTCCITT建建议议G.711G.711规规定定上上述述两两种种折折线线近近似似压压缩缩律律为为国国际际标标准准，且且在在国国际际间间数数字字系系统统相相互互联联接接时时，要要以以A A律律为为标标准准。因因此此这这里里仅仅介介绍绍1313折折线线A A律压缩特性。律压缩特性。2022/12/1129课件 Principle of Communication System (2)13折线A律的产生 设设在在直直角角坐坐标标系系中

17、中，x x轴轴和和y y轴轴分分别别表表示示输输入入信信号号和和输输出出信信号号，并并假假定定输入信号和输出信号的最大取值范围都是输入信号和输出信号的最大取值范围都是+1+1至至-1-1，即都是归一化的。，即都是归一化的。把把x x轴轴的的区区间间(0(0，1)1)不不均均匀匀地地分分成成8 8段段，分分段段的的规规律律是是每每次次1/21/2取取段段，直直至至分分成成8 8段段为为止止。上上述述8 8段段之之中中，每每一一段段都都要要再再均均匀匀地地分分成成1616等等份份，每每一一等等份就是一个量化级。份就是一个量化级。2022/12/1130课件 Principle of Communi

18、cation System可可见见，用用这这种种分分段段方方法法就就可可对对输输入入信信号号形形成成一一种种不不均均匀匀量量化化分分级级，它它 对对 小小 信信 号号 分分 得得 细细，最最 小小 量量 化化 级级(第第 一一、二二 段段 的的 量量 化化 级级)为为(1/128)(1/16)=1/2048(1/128)(1/16)=1/2048，对对大大信信号号的的量量化化级级分分得得粗粗，最最大大量量化化级级为为1/(216)=1/321/(216)=1/32。一一般般最最小小量量化化级级为为一一个个量量化化单单位位，用用表表示示，可可以以计计算算出出输输入入信信号号的取值范围的取值范围0

19、 0至至1 1总共被划分为总共被划分为20482048。2022/12/1131课件 Principle of Communication Systemx轴分成不均匀8段示意图 2022/12/1132课件 Principle of Communication System 对对y y轴轴也也分分成成8 8段段，不不过过是是均均匀匀地地分分成成8 8段段。y y轴轴的的每每一一段段又又均均匀匀地地分分成成1616等等份份，每每一一等等份份就就是是一一个个量量化化级级。于于是是y y轴轴的的区区间间(0(0，1)1)就就被被分分为为128128个均匀量化级，个均匀量化级，每个量化级均为每个量化级

20、均为1/1281/128。将将x x轴轴的的8 8段段和和y y轴轴的的8 8段段各各相相应应段段的的交交点点连连接接起起来来，于于是是就就得得到到由由8 8段段直直线线组组成成的的折折线线。由由于于y y轴轴是是均均匀匀分分为为8 8段段的的，每每段段长长度度为为1/81/8，而而x x轴轴是是不不均均匀匀分分成成8 8段段的的，每每段段长长度度不不同同，因因此此，可可分分别别求求出出8 8段段直直线线线线段段的的斜斜率。率。2022/12/1133课件 Principle of Communication System2022/12/1134课件 Principle of Communic

21、ation System13折线 2022/12/1135课件 Principle of Communication System2022/12/1136课件 Principle of Communication System A=87.6与与 13 折线压缩特性的比较折线压缩特性的比较y01x01按折线分段时的x01段落 1 2 3 4 5 6 7 8斜率161684212022/12/1137课件 Principle of Communication System2 编码和译码编码和译码（1）编码原理编码原理 4位二进制码码型位二进制码码型 2022/12/1138课件 Principle

22、 of Communication System编码器的任务是根据输入的样值脉冲编出相应的8位二进制代码。实现编码的具体方法和电路很多，如有低速编码和高速编码、线性编码和非线性编码；逐次比较型、级联型和混合型编码器。这里只讨论目前常用的逐次比较型编码器原理。除第一位极性码外，其他7位二进制代码是通过类似天平称重物的过程来逐次比较确定的。2022/12/1139课件 Principle of Communication System码位的安排：目前国际上普遍采用8位非线性编码。例如PCM 30/32路终端机中最大输入信号幅度对应4096个量化单位(最小的量化间隔称为一个量化单位)，在4096单位

23、的输入幅度范围内，被分成256个量化级，因此须用8位码表示每一个量化级。用于13折线A律特性的8位非线性编码的码组结构如下：极性码 段落码 段内码 M1 M2 M3M4 M5M6M7M8 2022/12/1140课件 Principle of Communication System段落码与各段的关系 2022/12/1141课件 Principle of Communication System段 落 码2022/12/1142课件 Principle of Communication System段 内 码 2022/12/1143课件 Principle of Communication

24、 SystemA律律13折线幅度码与其对应电平折线幅度码与其对应电平 2022/12/1144课件 Principle of Communication System逐次比较型编码器原理图逐次比较型编码器原理图 2022/12/1145课件 Principle of Communication System恒流源也称11位线性解码电路或电阻网络，它用来产生各种标准电流IW。在恒流源中有数个基本的权值电流支路，其个数与量化级数有关。按A律13折线编出的7位码，需要11个基本的权值电流支路，每个支路都有一个控制开关。每次应该哪个开关接通形成比较用的标准电流IW，由前面的比较结果经变换后得到的控制信

25、号来控制。711变换电路就是前面非均匀量化中谈到的数字压缩器。由于按A律13折线只编7位码，加至记忆电路的码也只有7位，而线性解码电路（恒流源）需要11个基本的权值电流支路，这就要求有11个控制脉冲对其控制。因此，需通过711逻辑变换电路将7位非线性码转换成11位线性码，其实质就是完成非线性和线性之间的变换。2022/12/1146课件 Principle of Communication System 保持电路的作用是在整个比较过程中保持输入信号的幅度不变。由于逐次比较型编码器编7位码(极性码除外)需要在一个抽样周期Ts以内完成Is与IW的7次比较，在整个比较过程中都应保持输入信号的幅度不变

26、，因此要求将样值脉冲展宽并保持。这在实际中要用平顶抽样，通常由抽样保持电路实现。附带指出，原理上讲模拟信号数字化的过程是抽样、量化以后才进行编码。但实际上量化是在编码过程中完成的，也就是说，编码器本身包含了量化和编码的两个功能。下面我们通过一个例子来说明编码过程。2022/12/1147课件 Principle of Communication System例例 已知抽样值为+635，要求按13折线A律编出8位码。2022/12/1148课件 Principle of Communication System2022/12/1149课件 Principle of Communication S

27、ystemA律律13折线非线性码与线性码间的关系折线非线性码与线性码间的关系 2022/12/1150课件 Principle of Communication System （2）PCM信号的码元速率和带宽信号的码元速率和带宽 由于PCM要用k位二进制代码表示一个抽样值，因此传输它需要的信道带宽将比信号x(t)的带宽大得多。a)码元速率 设x(t)为低通信号，最高频率为fx，抽样速率fs2fx，如果量化电平数为Q，采用M进制代码，每个量化电平需要的代码数为 k=logMQ,因此码元速率为kfs。一般采用二进制代码，M=2,k=lbQ，则fb=fslbQ。2022/12/1151课件 Prin

28、ciple of Communication System b)传输PCM信号所需的最小带宽。抽样速率的最小值fs=2fx，因此最小码元传输速率为fb=2fxk，此时所具有的带宽有两种：(理想低通传输)(升余弦传输)以 常 用 的 k=8，fs=8 kHz为 例，采 用 升 余 弦 传 输 特 性BPCM=88000=64 kHz，显然比直接传输模拟信号的带宽(4kHz)要大得多。2022/12/1152课件 Principle of Communication System(3)译码原理译码原理 13折线(律)译码器方框图 2022/12/1153课件 Principle of Commun

29、ication System(4)PCM单片编译码器单片编译码器 几种典型的PCM编、译码芯片 2022/12/1154课件 Principle of Communication System29C14 PCM编译码器 2022/12/1155课件 Principle of Communication System 目前，国内外单路编译码器的应用和开发主要有以下4个方面：(1)传输系统的音频终端设备，如各种容量的数字终端机(基群、子群)和复用转换设备；(2)用户环路系统和数字交换机的用户系统、用户集线器等；(3)用户终端设备如数字电话机；(4)综合业务数字网的用户终端。2022/12/1156

30、课件 Principle of Communication System单路编译码器在数字变换用户级中的应用单路编译码器在数字变换用户级中的应用 2022/12/1157课件 Principle of Communication System 在电路连接上应注意以下几点：(1)电源的去耦和滤波应良好；(2)接地良好，元器件之间的导线应尽可能短，地线在印刷板上的宽度要尽可能宽；(3)尽量减少模拟和数字信号间的交叉耦合；(4)模拟地与数字地应分开连接；(5)切忌带电操作，包括烙铁自身带电。2022/12/1158课件 Principle of Communication System1)极限工作参

31、数 MK5156主要极限参数 2022/12/1159课件 Principle of Communication System 2)直流工作参数(1)抽样和未抽样时的模拟输入电阻；(2)模拟输入电容和输入偏移电压；(3)模拟输出电阻、电容；(4)当输入逻辑低电平和高电平时的输入电流；(5)数字输出电容和漏电流；(6)数字输出的高电位和低电位；(7)正负电源和电流(包括正负参考电源和电流)；(8)功耗。2022/12/1160课件 Principle of Communication System 当编译码器和收、发滤波器集成在一个芯片上时，直流参数一般包括：(1)高电平和低电平时的输入电流；(

32、2)输入的高、低电压；(3)输出的高、低电压；(4)正、负电源电流；(5)功耗。2022/12/1161课件 Principle of Communication System 该参数表明单路编译码器有信号输入时各部分电路的工作性能。主要包括以下8项指标：(1)增益随温度和电源的变化；(2)数字毫瓦响应；(3)模拟最大输出电平；(4)信噪比；(5)增益电平特性；(6)空闲信道噪声；(7)抽样和滤波噪声；(8)谐波衰减。3)交流工作参数2022/12/1162课件 Principle of Communication SystemPCM系统抗噪性能 PCM系统接收端，低通滤波器输出的模拟信号可以

33、表示为：x(t)为所需的信号分量，nq(t)为由量化噪声引起的输出噪声，其功率为Nq；ne(t)为由信道加性噪声引起的输出噪声，其功率为Ne。可见PCM系统涉及两种噪声：量化噪声和信道加性噪声。系统输出端总的信噪比定义为：2022/12/1163课件 Principle of Communication System量化信噪功率比在均匀量化情况下，信号x(t)的概率密度函数在(-a，+a)区域内均匀分布时，其信号功率 Nq2/12。又因为2a/Q，则，因此得量化信噪比为非线性编码的量化信噪比要比线性编码的量化信噪比高。2022/12/1164课件 Principle of Communicat

34、ion System误码信噪功率比 假设加性噪声为高斯白噪声的情况下，每一个码组中出现的误码可以认为是相互独立的，设每个码元的误码率均为Pe。考虑到每个码组中出现多于一位误码的概率很低，所以通常只需考虑每个码组仅有一位误码的情况。由于码组的码型不同，且码组中各位的权值不同，因此，误差的大小取决于误码发生在码组中的哪一位。以k位自然二进制为例，仅考虑信道加性噪声时，PCM系统的输出信噪功率比为 如果码组的码型是折叠二进制码，同理可得仅考虑信道加性噪声时的PCM系统的输出信噪功率比为2022/12/1165课件 Principle of Communication System系统输出端总的信噪比

35、 (自然二进制码型)(折叠二进制码型)2022/12/1166课件 Principle of Communication System五五 增量调制增量调制(D)一一 简单增量调制简单增量调制 1.编码的基本思想 假设一个模拟信号x(t)(为作图方便起见，令x(t)0)，我们可以用一时间间隔为t，幅度差为的阶梯波形x(t)去逼近它，如图示。只要t足够小，即抽样频率 fs=1/t足够高，且足够小，则x(t)可以相当近似于x(t)。我们把称作量阶，t=Ts称为抽样间隔。2022/12/1167课件 Principle of Communication System用阶梯或锯齿波逼近模拟信号 202

36、2/12/1168课件 Principle of Communication System2.译码的基本思想译码的基本思想 简单M译码原理图 2022/12/1169课件 Principle of Communication System3.简单增量调制系统框图简单增量调制系统框图 M系统原理框图 2022/12/1170课件 Principle of Communication System (1)放大和限幅电路。相减器在这里用多级放大和限幅电路代替，放大器输入端加上x(t)和-x0(t)，起到相减的作用，经过放大e(t)=kx(t)-x0(t)；为了判决器更好工作，e(t)经放大限幅变成正

37、负极性电压，只要x(t)-x0(t)0，d点为一较大的近似固定的正电平，反之x(t)-x0(t)0，d点为一较大的近似固定的负电压。下图画出了a、b、c、d各点的波形。2022/12/1171课件 Principle of Communication System简单增量调制各点波形(a)x(t)，x0(t)的波形；(b)-x0(t)的波形(即b,g点的波形)；(c)e(t)的波形(即c点的波形)；(d)d点的波形；(e)定时脉冲；(f)e点的波形；(g)f点的波形2022/12/1172课件 Principle of Communication System (2)定时判决电路。它由D触发器

38、和定时取样脉冲完成判决任务。定时取样脉冲是间隔为Ts的窄脉冲，在定时脉冲作用时刻，d点电压为正，触发器呈高电位，相当于1码，反之d点为负，触发器呈低电位，相当于0码。e点波形(即p(t)如图3-26(f)所示它是单极性的。1码的高电位一般约为几伏；0码时是低电位，一般为零点几伏。p(t)作为M信号可直接送到线路上传输，或者经过极性变换电路变为双极性码后再传输，此外，p(t)送到本地译码器产生-x0(t)。2022/12/1173课件 Principle of Communication System (3)本地译码器。它由码型变换和反相放大、积分器和射极跟随器等3部分组成。由于p(t)是单极性

39、的，因此加到积分器前一定要变为双极性信号，这就是需要码型变换的原因。反向放大一方面把双极性信号放大，另一方面使它反相，这样经积分就得-x0(t)。积分器一般用时间常数较大的RC充放电电路，这样可以得到近似锯齿波的斜变电压。积分器后面的射极器是把积分器和放大器分开，保证积分器输出端有较高的阻抗。f点g点的波形也在简单增量调制各点波形图中。g点和b点波形是一样的。积分器的时间常数RC选得越大，充电放电的直线线性越好，但RC太大时，在Ts时间内上升(或下降)的量阶越小，一般选择在(1530)Ts比较合适。2022/12/1174课件 Principle of Communication System

40、 (4)解调器。解调器也是收端译码器。当收到后经码型变换和整形及积分器得到 ，再通过低通滤去量化误差的高频成份，恢复出 。和p(t)的区别是经过信道传输有误码，和x0(t)的区别是误码造成的。经过低通后得到的不但包含量化误差，还包含误码所产生的失真。2022/12/1175课件 Principle of Communication System 4.简单简单M调制的带宽调制的带宽 从编码的基本思想知道，每抽样一次，传输一个二进制码元，因此码元传输速率为fb=fs，从而M调制带宽BM=fs=fb(Hz)。2022/12/1176课件 Principle of Communication Syst

41、em5 增量调制的过载特性与编码的动态范围增量调制的过载特性与编码的动态范围 增量调制系统的量化误差增量调制系统的量化误差(1)一般量化误差。量化过程中，当本地译码器为积分器时，量化误差e(t)=x(t)-x0(t)是一个随机过程，如图简单增量调制各点波形所示，它总在-到范围内变化，这种误差称为一般量化误差。2022/12/1177课件 Principle of Communication System过载时波形(2)过载量化误差。2022/12/1178课件 Principle of Communication System 发生过载现象时，量化信噪比急剧恶化，实际应用中要防止出现过载现象。

42、由于x(t)变化的速率表现在它的斜率上，积分器充放电的速率也表现在它的斜率上，因此防止过载的办法是让斜变电压斜率绝对值/Ts大于或等于信号最大斜率的绝对值，即 或 2022/12/1179课件 Principle of Communication System过载特性过载特性 设本地译码器为简单RC回路，输入端所加双极性信号电压绝对值为E，则在Ts=t时间内充放电变化的高度即为，可以算出 2022/12/1180课件 Principle of Communication System动态范围动态范围 设在t0时刻 则判决器输出p(t)在t0时刻由0变为1。在t0之后，x0(t)将在-/2基础上

43、产生一正斜变电压，到t1时刻上升到/2。此时e(t1)0，p(t)输出0码。x0(t)在t1之后将在/2基础上产生一负斜变电压，到t2时刻，x0(t)又下降到/2。此时e(t2)0，p(t)又输出1码。x0(t)则为三角波，幅度为/2。2022/12/1181课件 Principle of Communication System如果输入信号x(t)为一正弦信号 则当x(t)振幅小于/2时，p(t)仍为正、负极性相同的周期性方波，只有当x(t)振幅超过/2时，p(t)才会受x(t)的影响，从而改变输出码序列。所以，开始编码正弦信号振幅Amin为 2022/12/1182课件 Principle

44、 of Communication System2022/12/1183课件 Principle of Communication System6 增量调制的抗噪声性能增量调制的抗噪声性能 量化信噪比量化信噪比 一般量化噪声的幅度总在(-，)内，若在此区域内量化噪声为均匀分布，则未经过低通滤波器的噪声功率为 它与信号幅度无关。经过低通(设其截止频率为fL)滤波器后的噪声功率应为 2022/12/1184课件 Principle of Communication System 设信号工作于临界状态，则对于频率为fk的正弦信号来说，信号功率 为最大值。把Amax=(fs)/k代入S0得 因而得最大

45、量化信噪比为 2022/12/1185课件 Principle of Communication System用分贝表示 由于语音信号幅度是变化的，当信号幅度小于Amax时，信噪比将下降。设信号幅度为A，则有 2022/12/1186课件 Principle of Communication System误码信噪比误码信噪比 其中f1为低通滤波器低端截止频率，pe为系统误码率，把Ne代入误码信噪比S0/Ne中得 总信噪比为 2022/12/1187课件 Principle of Communication SystemPCM与与M系统性能比较系统性能比较 忽略pe的PCM与M比较 2022/1

46、2/1188课件 Principle of Communication System二、改进型增量调制二、改进型增量调制-的工作波形 1.总和增量调制总和增量调制(-)1)-的工作原理 2022/12/1189课件 Principle of Communication System2)-的方框图-调制系统方框图 2022/12/1190课件 Principle of Communication System 3)-调制的特点 M调制代码反映着相邻两个抽样值变化量的正负，这个变化量就是增量，因此称为增量调制。增量又有微分的含义，因此增量调制又称为微分调制。二进制代码携带输入信号增量信息，或者说携

47、带输入信号微分信息，故而这种信息将恢复成输入信号，只需对代码积分即可。-调制的代码就不同了，因为信号先积分，再进行M调制。这样-代码携带的是信号积分后的微分信息，由于微、积分相互抵消，因此-代码携带的是输入信号的振幅信息。此时收端只要加一个滤除外噪声的低通滤波器即可恢复传输信号了。2022/12/1191课件 Principle of Communication System从过载特性看，前面已得到M调制的Amax为 它与fk有关，Amax随信号频率fk增大而减小，此时信噪比也将减小。而-调制中，由于先对信号进行积分，再进行M调制，因此有 2022/12/1192课件 Principle of

48、 Communication SystemS0/Nq、S0/Ne与fk的关系曲线 2022/12/1193课件 Principle of Communication SystemS0/Nq、S0/Ne与fk的关系曲线 2022/12/1194课件 Principle of Communication System2.数字音节压扩自适应增量调制数字音节压扩自适应增量调制 1)自适应增量调制(ADM)的基本概念 自适应增量调制是量阶自动跟随信号幅度大小变化的调制，具体地说是当大信号时，增大量阶，小信号时，减小量阶。对于ADM调制，大信号时增大，Amax也增大，小信号时减小，Amin也减小，这就使编

49、码动态范围增大。此外对于M调制，小信号时，由于固定不变，量化信噪比比较低，采用ADM调制时，小信号小，使量化噪声减小，从而提高小信号量化信噪比。这种提高小信号量化信噪比的方法与PCM利用压扩技术实现非均匀量化提高小信号量化信噪比是类似的。2022/12/1195课件 Principle of Communication System (1)提取控制电压的两种方法。一种是前向控制，即控制电压直接从输入信号x(t)中提取话音信号的斜率，从而控制，使斜率大时增大；反之斜率小时减小。这种方法需把控制电压与调制后的代码同时传输到接收端，以便收端译码器对量阶进行调整，故这种方法目前很少应用。另一种是后向控

50、制，控制信息从信码中提取，因此不需专门把控制电压从发端送到收端，这种方法目前用得最多。2022/12/1196课件 Principle of Communication System (2)控制变化的两种方法。一种是瞬时压扩式，另一种是音节压扩式。瞬时压扩式的随信号斜率瞬时变化，这种方法实现起来比较困难。另一种是在一段时间内取平均斜率来控制的变化。其中用得最多的适合于话音信号的是音节压扩式。音节压扩式是用话音信号一个音节时间内的平均斜率来控制的变化。即在一个音节内保持不变，而不同音节内是变化的。音节是指话音信号包络变化的一个周期。经大量统计后，这个周期一般约为10 ms。2022/12/119