增量调制编码仿真测试

1、励终冕了科报，老通信原理仿真作业班 级1401014学 号 名 许龙涛任课教师 张艳玲增量调制编码仿真测试、试验要求利用Matlab建立仿真系统，对增量调制编码进行仿真测试，要求对输入的 正弦波进行采样、量化和 DM编码，画出解码波形与原波形，并在图中指出空载 失真和过载失真的部分波形。试验原理增量调制简称 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PC附，代码表示样值本身的大小，所需码位数较多，导致编译码设备 复杂；而在 M中，它只用一位编码表示相邻样值的相对大小，从而反映抽 样时刻波形的变化趋势，而与样值本身的大小无

2、关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。1. 编译码基本思想一个语音信号，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 A M2. 编码过程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At，相邻幅度差为+ c或-c的阶梯波形 m (t)来逼

3、近m(t)。只要A t 足够小，即抽样速率fs=i/ a t足够高，且c足够小，则阶梯波 m (t)克 近似代替m(t) o A t为抽样间隔c为量化台阶。阶梯波m (t)有两个特点：第一，在每个A t间隔内，m (t)的幅 值不变；第二，相邻间隔的幅值差不是+c (上升一个量化阶)，就是-c(下降一个量化阶)。“ 1”码表示上升一个量化阶，“0”码表示下降一个量化阶，则m (t)码被一个二进制序列表表征。除了用阶梯波m (t)近似m(t)夕卜，还可用另一种形式一一斜变波 m1(t)来近似m(t)。本仿真中使 用的为阶梯波，斜变波不再赘述。图1增量编码波形示意图3. 译码过程译码也有两种形式：

4、阶梯波和斜变波。在这里，我们使用的是阶梯波。收到“ 1”码上升一个量阶(跳变)，收到“0”码下降一个量阶(跳变)， 这样把二进制代码经过译码后变为 m (t)这样的阶梯波。4. 过载失真与空载失真当输入模拟信号 m(t)斜率徒变时，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。如图所示：图2过载失真在输入信号变化平缓的部分,编码器输出1,0 交替码,相应的解码结果以正负阶距交替变化，形成颗粒噪声，称空载失真。三、试验流程1.产生信号本仿真共用三组数据进行试验：si n(2*pi*50*t)

5、+0.5*s in (2*pi*150*t)si n(2*pi*200*t)和zeros(1,le ngth(t)。si n(2*pi*50*t)+0.5*si n(2*pi*150*t)为例程中给出的信号，仿真结果也是最好的；sin(2*pi*200*t)信号的频率相对于采样频率较高，即采样速率不够快。zeros(1,le ngth(t)信号幅值一直为0。接下来的分析主要使用si n(2*pi*50*t)+0.5*si n(2*pi*150*t)信号。00D02 0004 0006 D003 0.010012 0 014 0.016 0.01S 0 02图 3 sin(2*pi*50*t)+

6、0.5*sin(2*pi*150*t)信号图 4 sin(2*pi*200*t)信号原蛤信号图 5 zeros(1,length(t) 信号2. 确定量化器基本参数在这里我们去c =0.4，预测器初始状态为0.3. 编码信号采样幅值与同时刻预测器初始状态相减得到误差信号。 决定阶梯波上升或下降一个量化阶，延迟输出。编码输出: 一个量化阶，“0”码表示下降一个量化阶。然后由误差信号“1”码表示上升图6编码输岀4.译码解码过程是编码过程的逆过程。由编码产生的二进制序列得到误差信号，由 误差信号决定上升或下降一个量化阶，延迟输出，得到解码。解码信号与原始信号的比校图7比较四、试验结果原扫信号200

7、002 0.QG4 0.006 0 008 0.010012 0,014 0.016 0.010 0 02编码輛出20200.002 0,004 0,006 0.008 0.010.012 0.014 0.016 0.018 0.02解码信号与原始信号的比较图 8 sin(2*pi*50*t)+0.5*sin(2*pi*150*t)结果图通过比较我们可以发现，阶梯波有阶梯变化，当采样间隔很小时，阶梯波就0.002 0.004 0.006 0 008 0.010012 0,014 0.016 0.018 0.02可以完全反映模拟信号了。图中红色部分为过载失真，蓝色部分为空载失真, 并不明显。Si

8、n( 2*pi*200*t)信号:原始倍号00M2 0 004 0,006 O.OtB 0 010.&12 0014 0 016 001B 0 02图9 sin(2*pi*200*t)信号结果图载量失真过大，误差很大，说明采样速率不够高。1/ 礼C11iiii%J7U11Pk72777iiiJy72PuL11i00 002 0.004 0.006 0.008 0 01 0012 0.014 0.Q16 0.018 OJ2編码输血t) 0 002 0-004 0.006 0-008 0 010 012 0.014 0016 0.01B 0.02斛码信号与原始信号的比较图 10 zeros(1,l

9、ength(t)信号结果图长度 T=20*Ts=0.02sx=si n(2*pi*50*t)+0.5*si n(2*pi*150*t);分别为50HZ 150HZ的正弦波合成% x=si n(2*pi*200*t);% x=zeros(1,le ngth(t);%delta=0.4; %量化阶距D(1+le ngth(t)=0;for k=1:le ngth(t)e(k)=x(k)-D(k);e_q(k)=delta*(2*(e(k)=0)-1);%信号1产生信号此信号由频率信号2信号3信号频率较咼信号全为0%预测器初始状态%误差信号%量化器输出2*(e(k)=0)-1 作用:空载失真较大。五

10、、程序附录及注释(注：浅绿色的为原有注释，深绿色为新加注释即我对程序的理解与分析)clcclear allclose allTs=1e-3;%采样间隔采样周期为Ts采样前模拟信号的时间t=0:Ts:20*Ts;%仿真时间序列当e(k)=0时，(e(k)=0)判断语句得结果1,2*1-1还为一，%但当e(k)=0)判断结果为0,此时，2*1-1结果为-1,符合增量调制原理。D(k+1)=e_q(k)+D(k);%延迟器状态更新当误差信号大于0时，D(k)上升一个阶梯，当误差信号小于0时，下降一个阶梯。codeout(k)=(e_q(k)0);% 编码输出 当 e(k)=0 时，输出为 1,当e(k)0时，输出为0 end subplot(3,1,1);plot(t,x,-o);axis(020*Ts,-2 2); title(原始信号);hold on;subplot(3,1,2);stairs(t,codeout);axis(0 20*Ts,-2 2); title(出);%故编码输出的阶梯图Dr(1+le ngth(t)=0;for k=1:le ngth(t)eq(k)=delta*(2*codeout(k)-1);信号xr(k)=eq(k)+Dr(k);Dr(k+1)=xr(k);态的