通信原理吴资玉 模拟信号的数字化传输（2）

1、 Click to edit Master text styles Second level电子工业出版社*Click to edit Master title style通信原理第五章 模拟信号的数字化传输通信原理主要内容 5.1 引 言5.2 模拟信号数字化的基本原理5.3 脉冲编码调制（PCM）5.4 增量调制（M）5.5 语音压缩编码技术5.6 数字复接技术通信原理5.3 脉冲编码调制PCM PCM调制系统1信号的压缩与扩张2 PCM编码器和译码器3 PCM系统的噪声性能4 差分脉冲编码调制5通信原理脉冲编码调制脉冲编码调制(PCM)简称脉码调制，是将模拟信号变成数字信号的重要方法之一

2、。它已广泛用于通信系统，特别是 通信系统。 PCM是一种最典型的语音信号数字化的波形编码方式。 通信中PCM调制的特点：采用较简单的非线性瞬时压扩方法，可实现数据等效比特速率的压缩。PCM调制方式简单、无延时、透明性好。原理框图通信原理原理框图压缩量化编码信道抽样译码扩张低通滤波干扰A/D变换PAM在发送端进行波形编码，经抽样、压缩、量化和编码把模拟信号变换为二进制码组。 通信原理原理框图压缩量化编码信道抽样译码扩张低通滤波干扰A/D变换PAM编码后的PCM码组经信道传输。通信原理原理框图压缩量化编码信道抽样译码扩张低通滤波干扰A/D变换PAM在接收端，对二进制码组译码、扩张还原成量化后的样值

3、脉冲序列，经低通滤波后，便可得到重建信号f(t)通信原理脉冲编码调制系统 信号的频率宽度为3003400Hz，国际上均采用抽样频率fs=8000Hz，为了保证一定的话音质量，对每一抽样值采用8比特编码，即用8位二进制数字进行编码，因此每一路标准话路的等效比特速率为：实际中的PCM系统，常常不是单路系统，而是采用时分多路复用的方法 通信原理脉冲编码调制系统以30/32PCM端机为例，介绍PCM的系统组成话音信号的抽样频率为8000Hz，抽样的间隔时间Ts1/fs125s为了时分复用将125 s分为32个时隙，即每个时隙为125 s /323.9 s 每个抽样脉冲用8bit编码，即8位二进制脉冲作

4、一个码组，一次放入各个时隙。为保证通信的正常进行，每帧的起始时刻由帧定时信号决定，收端也应有相应的帧定时信号，收发两端的帧定时信号必须同频同相，即实现帧同步。通信原理脉冲编码调制系统30/32PCM端机帧结构示意图通信原理脉冲编码调制系统0时隙同步时隙：第一位都固定为1；偶帧的28位为帧同步码；奇帧的第二位固定为“1，便于分开奇偶帧,第三位是帧失步告警码，同步为“0，失步为“1，4-8位可供其他信息用，未占用时固定为“1 。16时隙标志时隙：由8位码组成，每4位传一个话路的标志信号，这样每一帧能传两路标志信号。同一路的标志信号每隔16帧才传送一次。故16帧为一复帧，0帧和16帧的标志时隙可用来

5、传复帧同步信号和告警信号。通信原理脉冲编码调制系统30/32PCM端机每帧共有32个时隙，传30路数字话音信号和2时隙的勤务信息。30/32PCM端机输出的信号称为一次群信号。实际应用中，还可将多个一次群进行准同步复接PDH：即四个基群 一次群复接组成二次群，四个二次群组成三次群，四个三次群组成四次群，四个四次群组成五次群，或进行同步复接SDH。通信原理5.3 脉冲编码调制PCM PCM调制系统1信号的压缩与扩张2 PCM编码器和译码器3 PCM系统的噪声性能4 差分脉冲编码调制5通信原理信号的压缩与扩张压扩，即压缩与扩张，是实现非均匀量化的方法。压缩：是将经量化的抽值信号先进行非线性变换，使

6、原来的输入信号的动态范围变小，压缩器是一个非线性变换电路，对小信号增益大，而对大信号那么增益小；将压缩器输出的信号再进行均匀量化，从而改善小信号的量化信噪比。扩张：是压缩的反变换过程，在译码后用扩张器恢复原抽样信号。压扩的目的：是提高小信号时的量化信噪比，压缩比特速率。通信原理信号的压缩与扩张压扩特性：多采用对数压缩特性。如以下图所示广泛采用的特性是压缩率为律和A律的对数特性。通信原理信号的压缩与扩张压缩前信号压缩后信号归一化律特性归一化A律特性通信原理压缩方法模拟压扩法：采用先压缩再均匀量化，编码的方法。压缩扩张器用非线性元件实现。如用二极管实现，要求压缩器与扩张器的特性互补，难度大，易受温

7、度影响，特性不稳定，很少用。数字压扩法：直接利用数字电路和非线性技术，把压缩和量化合成一体收端也把译码和扩张合在一起构成一个完整的脉冲编码器和译码器，它依靠数字电路形成许多折线，用这些折线近似地逼近对数压扩特性。现有的国际标准有两种：一种是采用13 折线近似A 律压缩特性，另一种是采用15 折线近似律压缩特性。通信原理信号的压缩与扩张13折线A律15折线律通信原理13折线A律通信原理13折线A律A律13 折线是用13 段折线逼近A=87.6 的A律压缩特性。把输入x 轴和输出y轴用两种不同的方法划分，按二次幂分割有利于数字化x轴在01归一化范围内不均匀分成8 段，分段的规律是每次以二分之一对分

8、y轴在01归一化范围内采用等分法，均匀分成8 段，每段间隔均为1/8。把x，y各对应段交点连接起来构成8 段直线通信原理13折线A律压缩特性以原点为奇对称，负方向也有8根折线，一共是16个线段正向1、2 段和负向1、2段斜率相同(均为16)，可视为一条直线段，正、负双向折线由13条折线段组成13折线折线段落斜率1162163844526171/281/4各段落的斜率通信原理13折线分段的x值折线段落斜率1162163844526171/281/4折线分段时的xxy0001/1281/1281/81/641/60.62/81/321/30.63/81/161/15.44/81/81/7.795/

9、81/41/3.936/81/21/1.987/8111结论：13折线各段落分界点与曲线十分逼近通信原理13折线A律的量化噪声功率话音信号服从拉普拉斯分布 不过载量化噪声功率十三折线A律通信原理13折线A律的量化噪声功率信号量化噪声功率比与均匀量化比较，小信号时信噪比提高24dB通信原理13折线A律的量化噪声功率结论：均匀量化要满足SNR(dB)为20dB，动态范围为40dB，那么要求n=11，即需要11bit编码用13折线A律压缩后，只需n8，动态范围可以在47dB51dB范围内，能够满足话音通信中提出的动态范围为40dB的要求。不仅小信号时的信噪比提高了，量化器允许输入信号的动态范围增加了

10、，而且比特速率降低了。通信原理分段量化13折线A律15折线律通信原理15折线律15折线律是用15条折线来逼近=255时的律特性 与13折线A律相仿，x轴(0,V)间采用不均匀分段的方法，而y轴采用均匀分段。x轴y轴均分为8段，x轴的分段方法是每次减去V/255再1/2分级，因为正负方向第一段的斜率相同，所以是用15条折线来逼近律的。15折线律的特点:第一段线的斜率约为32，相当于小信号时信噪比可提高30dB，比13折线A律高6dB。但用二进制编码时没有13折线A律方便。 通信原理5.3 脉冲编码调制PCM PCM调制系统1信号的压缩与扩张2 PCM编码器和译码器3 PCM系统的噪声性能4 差分

11、脉冲编码调制5通信原理PCM编码器和译码器编码器译码器PCM编码和译码器集成电路 通信原理码位的选择和安排13折线编码采用8位二进制码，对应256个量化级，即正、负输入幅度范围内各有128个量化级需要将13折线中的每个折线段再均匀划分16个量化级正、负输入的8个段落被划分成128个不均匀量化级8位码的安排通信原理8位码的安排第1 位码C1的数值“1或“0分别表示信号的正、负极性，称为极性码。第2 至第4 位码C2C3C4为段落码，代表8 个段落的起点电平。第5 至第8 位码C5C6C7C8为段内码，这4 位码的16 种可能状态用来分别代表每一段落内的16 个均匀划分的量化级极性码C1段落码C2

12、 C3 C4段内码C5 C6 C7C8通信原理段落码与各段的关系通信原理码位的选择和安排注意：在13 折线编码方法中，虽然各段内的16 个量化级是均匀的，但因段落长度不等，故不同段落间的量化级是非均匀的。第一、二段最短， 只有归一化的1/128，再将它等分16 小段，每一小段长度为1/2048，这是最小的量化级间隔，它仅有输入信号归一化值的1/2048，记为，代表一个量化单位；第八段最长，每一小段归一化长度为1/32 ，包含64 个最小量化间隔，记为64 。通信原理码位的选择和安排假设：以非均匀量化时的最小量化间隔 =1/2048 作为均匀量化的量化间隔从13 折线的第一段到第八段所包含的均匀

13、量化级数共有2048 个均匀量化级非均匀量化只有128 个量化级均匀量化需要编11 位码，而非均匀量化只要编7 位码 可见在保证小信号时的量化间隔相同的条件下，7 位非线性编码与11 位线性编码等效通信原理编码原理逐次比较型编码器原理编码器的任务是根据输入的样值脉冲编出相应的8 位二进代码。除第一位极性码外，其他7 位二进代码是通过类似天平称重物的过程来逐次比较确定的逐次比较型编码的原理与天平称重物的方法类似样值脉冲信号相当被测物，标准电平相当天平的砝码预先规定好一些作为比较标准的电流(或电压)权值电流，用符号IW 表示。IW 的个数与编码位数有关。样值脉冲IS 到来，用逐步逼近的方法有规律地

14、用标准电流去和样值脉冲比较ISIW ，出“l码；反之出“0码，直到和抽样值逼近为止，完成对输入样值的非线性量化和编码。目前用得较多通信原理逐次比较编码器原理框图全波整流参考电源PAM信号US|US|UR极性判决D1比较码形成或门a2-a8a1PCM编码输出串/并变换记忆反馈码a2-a7D1D2D87/11变换M2M3M811位线性解码网络B1B2B11本地解码器通信原理逐次比较编码器实现A律13 折线压扩特性的逐次比较型编码器由整流器、极性判决、保持电路、比较器及本地译码电路等组成。极性判决比较器本地译码电路保持电路通信原理极性判决极性判决电路用来确定信号的极性。 输入PAM 信号样值为正时，

15、出“l码； 样值为负时，出“0码； 将该信号经过全波整流变为单极性信号。通信原理逐次比较编码器实现A律13 折线压扩特性的逐次比较型编码器由整流器、极性判决、保持电路、比较器及本地译码电路等组成。极性判决比较器本地译码电路保持电路通信原理比较器比较器是编码器的核心。作用是通过比较样值电流IS和标准电流IW，对输入信号抽样值实现非线性量化和编码。每比较一次输出一位二进代码当ISIW时，出“l码；当ISIW时，出“0码。对一个输入信号的抽样值需要进行7 次比较。通信原理逐次比较编码器实现A律13 折线压扩特性的逐次比较型编码器由整流器、极性判决、保持电路、比较器及本地译码电路等组成。极性判决比较器

16、本地译码电路保持电路通信原理本地译码器本地译码电路包括：记忆电路7ll 变换电路恒流源通信原理记忆电路记忆电路用来存放二进代码除第一次比较外，其余各次比较都要依据前几次比较的结果来确定标准电流值7 位码组中的前6 位状态均应由记忆电路存放下来。通信原理本地译码器本地译码电路包括：记忆电路7ll 变换电路恒流源通信原理7/11变换电路711 变换电路将7 位非线性码转换成ll 位线性码。其实质是完成非线性和线性之间的变换。13折线A律非线性码与线性码之间的关系通信原理13折线A律非线性码与线性码之间的关系通信原理本地译码器本地译码电路包括：记忆电路7ll 变换电路恒流源通信原理恒流源恒流源也称1

17、1位线性解码电路或电阻网络，用来产生各种标准电流IW在恒流源中有11 个根本的权值电流支路，每个支路都由一个控制开关。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号来控制。通信原理逐次比较编码器实现A律13 折线压扩特性的逐次比较型编码器由整流器、极性判决、保持电路、比较器及本地译码电路等组成。极性判决比较器本地译码电路保持电路通信原理保持电路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。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要求将样值脉冲展宽并保持

18、通信原理编码举例 【例】设输入信号抽样值Is = +1270 其中 为一个量化单位，表示输入信号归一化值的1/2048，采用逐次比较型编码器,按A 律13 折线编成8位C1C2C3C4C5C6C7C8通信原理确定极性码C1输入信号抽样值IS为正，C111 确定极性码通信原理 第一次比较结果2 确定段落码确定段落码C2C3C4段落码C2 用来表示输入信号抽样值IS处于13 折线8个段落中的前四段还是后四段 可见IS处于后四段58段通信原理第二次比较结果确定段落码C2C3C4段落码C3 用来进一步确定IS处于56段还是78段，故确定C3标准电流： 可见IS处于78段2 确定段落码通信原理第三次比较

19、结果确定段落码C2C3C4同理确定C4的标准电流： 可见IS处于第8段C2C3C4为111起始电平为10242 确定段落码通信原理因此3 确定段内码确定段内码C5C6C7C8段内码是进一步表示在该段落的哪一量化级量化间隔。第8 段的16个量化间隔均为： 可见IS处于前八级07量化间隔第四次比较结果通信原理确定段内码C5C6C7C8确定C6的标准电流 可见IS处于前四级04量化间隔第五次比较结果3 确定段内码通信原理确定段内码C5C6C7C8确定C7的标准电流 可见IS处于23量化间隔第六次比较结果3 确定段内码通信原理确定段内码C5C6C7C8确定C8的标准电流 可见IS处于序号为3的量化间隔

20、第七次比较结果3 确定段内码通信原理 4 结论经过七次比较，对于模拟抽样值+1270编出的PCM 码组为11110011它表示输入信号抽样值处于第八段3 量化级，其量化电平为1216 ，量化误差为54。7 位非线性码11110011 对应的11 位线性码为原理框图及时间波形通信原理原理框图全波整流参考电源PAM信号US|US|UR极性判决D1比较码形成或门a2-a8a1PCM编码输出串/并变换记忆反馈码a2-a7D1D2D87/11变换M2M3M811位线性解码网络B1B2B11本地解码器通信原理时间波形图D1D1D7D8D8D1D1D2D3D4D5D6D7通信原理时间波形图|US|URD1D

21、8D8D1D2D3D4D5D6D7D8D1D2D3D4D5D6D7D8DiD1Di|US|=1270UR2=128512UR31024UR41536UR51280UR61152UR71216UR8UR2=128下一路下权比较器输出码形成a3a2a4a5a6a7a81110011通信原理PCM编码器和译码器编码器译码器PCM编码和译码器集成电路 通信原理译码原理定义译码的作用是把收到的PCM 信号复原成相应的PAM 样值信号，即进行D/A变换A律13折线译码器译码举例通信原理A律13折线译码器记忆电路时钟脉冲D1D2D8.7/12变换C2C8.寄存读出B1B12.12位线性解码电路B1B12.P

22、AMPCM码流极性控制C1A 律13 折线译码器与逐次比较型编码器中的本地译码器基本相同，只是增加了极性控制部分和带有寄存读出的7/12 位码变换电路通信原理A律13折线译码器记忆电路时钟脉冲D1D2D8.7/12变换C2C8.寄存读出B1B12.12位线性解码电路B1B12.PAMPCM码流极性控制C1串/并变换记忆电路的作用是将加进的串行PCM 码变为并行码，并记忆下来， 与编码器中译码电路的记忆作用基本相同通信原理A律13折线译码器记忆电路时钟脉冲D1D2D8.7/12变换C2C8.寄存读出B1B12.12位线性解码电路B1B12.PAMPCM码流极性控制C1极性控制部分的作用是根据收到

23、的极性码是“1”还是“0”来控制译码后PAM 信号的极性，恢复原信号极性。通信原理A律13折线译码器记忆电路时钟脉冲D1D2D8.7/12变换C2C8.寄存读出B1B12.12位线性解码电路B1B12.PAMPCM码流极性控制C17/12变换电路与编码器的7/11变换电路类似，作用也是将7位非线性码变成11位线性码，为了减少量化噪声，译码时补了半个量化级（所处段的半个量化级），故为7位非线性码变成为12位线性码。通信原理A律13折线译码器记忆电路时钟脉冲D1D2D8.7/12变换C2C8.寄存读出B1B12.12位线性解码电路B1B12.PAMPCM码流极性控制C1寄存读出电路是将输入的串行码

24、在存储器中寄存起来，待全部接收后再一起读出，送入解码网络。通信原理A律13折线译码器记忆电路时钟脉冲D1D2D8.7/12变换C2C8.寄存读出B1B12.12位线性解码电路B1B12.PAMPCM码流极性控制C112 位线性解码电路主要是由恒流源和电阻网络组成，与编码器中解码网络类同。它是在寄存读出电路的控制下，输出相应的PAM信号通信原理译码原理定义译码的作用是把收到的PCM 信号复原成相应的PAM 样值信号，即进行D/A变换A律13折线译码器译码举例通信原理译码举例码组D1=1 【例】设收到的码组11110011，将其译码输出。 可见样值脉冲为正极性1.极性码通信原理码组D2D3D411

25、1 可见样值脉冲在第八段内，第八段的起始电平为1024。 2.段落码通信原理设段内码为自然二进码码组段内码D5D6D7D80011 可见信号在第八段第三量化级，第八段的每个量化阶距864对应电平值3.段内码00110012864通信原理由所得的线性码算出译码后的量化电平为：I信102412864321248对应的十二位线性码B11024B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B1251225612864321684211/2100111000000说明：12位线性码中第六位B6是为了减小量化误差所加的半个量化级（8/2=32）。通信原理输入：I信1270译码后：I信1248 可见相差22个

26、量化单位，少于k/2 如果不补上半个量化级，产生的最大误差为58增加一位码，使得量化噪声功率减少6dBr误差及说明通信原理PCM编码器和译码器编码器译码器PCM编码和译码器集成电路 通信原理PCM编码和译码器集成电路随着大规模集成技术的开展，由大规模集成电路制成的PCM编码器已广泛应用。这种集成电路大致可分为两类：一类是把编码器和译码器分别单独制造一类是把二者合并在同一块基片上。编译码器合在一起的又分两种实施方案一种是多路公用编译器一种是单路编译码器。集成编译码器具有体积小，耗电少，稳定性高及本钱低的优点，较典型的产品是美国Intel公司生产的2910A(律24路复用)，2911(A律)及29

27、14(A律)等。 通信原理5.3 脉冲编码调制PCM PCM调制系统1信号的压缩与扩张2 PCM编码器和译码器3 PCM系统的噪声性能4 差分脉冲编码调制5通信原理PCM系统的抗噪声性能PCM系统的噪声主要有两种因为量化产生的噪声量化噪声传输过程参加的噪声，即加性干扰和乘性干扰。在信道理想的前提下与信道特性有关的乘性干扰可以忽略，而加性干扰那么始终存在。噪声性能分析通信原理噪声性能分析PCM系统接收端低通滤波器的输出输出的有用信号分量量化噪声引起的输出噪声加性噪声引起的输出噪声系统的总信噪比通信原理噪声性能分析量化噪声性能分析信道加性噪声性能分析通信原理噪声性能分析量化噪声的影响前面已经分析过

28、了，因此，将主要分析加性干扰下的信噪比通信原理噪声性能分析量化噪声性能分析信道加性噪声性能分析通信原理信道加性噪声性能分析加性噪声的影响会使接收端判决出错，因此对PCM 系统性能的影响表现在接收端的判决误码。PCM 信号中每一码组代表着一定的量化抽样值，只要码组中有一位码发生错误，接收端恢复的抽样值就会与发端抽样值不同，从而引起误差。接收端判决出错的概率取决于信号的类型和接收机输入端的平均信号噪声功率比。误码性能分析通信原理误码性能分析假设加性噪声为高斯白噪声，每一码组中出现的误码是彼此独立的，每个码元的误码率为Pe。实际的PCM系统，每个码组中多于1个码元出错的概率很低，通常只考虑码组中仅有

29、1个码元错误的情况。由于码组中各位码的权值不同，因此，误差的大小取决误码发生在码组的哪一位上，而且与码型有关。通信原理误码性能分析 【例】误码率pe104，码组由8位码组成 可见码组中有一位错码的错误概率pe18pe8104=1/1250 ，即平均每发送1250个码组有一个码组发生错误。有两个码元错误概率pe2C82pe2107pe2 1误码造成的平均输出噪声功率m(t)在区间-a,a服从均匀分布输出信号功率通信原理信道加性噪声性能分析仅考虑加性噪声时的系统信噪比PCM系统输出端总信噪比 可见在接收端输入大信噪比的条件下，Pe很小，可以忽略误码带来的影响在小信噪比的条件下，Pe较大，误码噪声起

30、主要作用，总信噪比与Pe成反比。通信原理5.3 脉冲编码调制PCM PCM调制系统1信号的压缩与扩张2 PCM编码器和译码器3 PCM系统的噪声性能4 差分脉冲编码调制5通信原理差分编码调制问题的提出：PCM系统之所以能够提供高的通信质量，在于它采用了大的编码位数，为此在频带方面付出了很大的代价。这将严重地限制了PCM在已经相当拥挤的那些频段中应用。压缩PCM系统所占用的频带宽度也就成为人们密切关注的问题。DPCM就是为了到达这一目的而提出的PCM编码通信原理预测通信DPCM是预测通信中最简单的一种。预测通信的根本原理：利用模拟信号在观察点tt0之前一个或假设干个抽样点上的取值，对这个观察点上

31、的取值进行估计和预测。虽然预测值与实际值之间必然会存在着一定的误差,但可以将误差量化、编码传输。收端将预测值加上误差便可恢复原信号，由于误差值一般比量化值小，从而到达压缩比特速率的目的。通信原理预测通信大多数情况下，模拟信号在相邻间隔上的抽样值都比较接近，而且其变化的规律与前几个抽样点上的取值都比较接近，并且多数具有单调变化的趋势。如以下图所示：通信原理预测通信信号相关性愈大、的观察点前的抽样值愈多，预测愈准确。令 是信号在观察点t0上的实际抽样值， 为其预测值，那么预测误差值 为：接收端根据预测值和收到的预测误差值复制出抽样点上的实际信号预测通信通信原理预测通信预测通信，是一种理论上和实际上

32、都很有价值的通信方法。一般说来，预测误差f(t0)的取值范围，总是小于实际信号f(t0)的取值范围。如果量化阶距相等的话，传输预测误差信号就可以采用较小的编码位数N，从而到达压缩频率的目的。通信原理DPCM的特点DPCM的特点是直接利用前一个抽样点上信号的量化电平作为预测值，无须复杂的运算，是最简单的预测通信。当传输话音信号时，码速32kb/s的DPCM系统的通话质量，大致可到达64kb/s PCM的水平。在远距离时PCM话变成32kb/s的DPCM信号，可在传输信道中扩大一倍 容量，而其接口仍满足64kb/s 。这是编码体制上的一个重要开展。通信原理DPCM原理框图在一般PCM编码中加一个减

33、法器和一个累加一延时器就可实现DPCM。在接收端的译码系统中，只要增加一个“累加一延时器 。通信原理DPCM的实际应用单纯的DPCM已用得不多，更多的是采用自适应差分脉冲编码调制AD-PCM。自适应是指能自动的改变量化间隔，使预测误差电平大时增大量化阶距，误差电平小时缩短量化阶距，从而进一步降低量化噪声。DPCM信号的编码位n最低为2，即2比特量化。如果把n降到1，成为1比特量化，就是增量调制M。通信原理主要内容 5.1 引 言5.2 模拟信号数字化的基本原理5.3 脉冲编码调制（PCM）5.4 增量调制（M）5.5 语音压缩编码技术5.6 数字复接技术通信原理5.4 增量调制M 增量调制的基

34、本原理1简单增量调制2改进型增量调制3通信原理增量调制的根本原理增量调制简称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。M 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关。与PCM 编码方式相比,M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。通信原理增量调制的根本原理增量调制可以看成是DPCM的特例，它用1位二进制码元表示预测误差信号的极性。抽样间隔时间符号函数实际信号f(nTs前一时刻抽样值预测误差发“1”，上升发“0”，下降通信原理逼近过程时间连续编码的模拟信号用阶梯波形逼近时间间隔为Ts相邻幅度差或只要T

35、s足够小，即抽样速率足够高，足够小，阶梯波f(t)可以代替f(t)通信原理阶梯波逼近f(t)f(t)f(t)t010101111110t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12通信原理阶梯波的特点阶梯波f(t) 有两个特点在每个t 间隔内，f(t) 的幅值不变。相邻间隔的幅值差不是+上升一个量化阶就是-下降一个量化阶 可见利用这两个特点，用“1码和“0码分别代表f(t) 上升或下降一个量化阶， f(t) 就被一个二进制序列表征。通信原理增量调制的根本原理增量调制实际上是用阶梯波逼近模拟信号。抽样频率越高,即Ts1/fs越小，越小,阶梯波就越逼近f(t)，误差就越小。译码：接收端收到

36、个“l码就使输出上升收到“0码就便输出下降连续收到“1码或“0码输出电压就一直上升或下降，近似复制出阶梯波形f(t)。实际上是阶梯形的量化电压，所以经过低通滤波器后，即可得到原信号在收端的复制品f(t)。 通信原理斜变波的逼近也可用斜变波f(t)近似f(t)，斜变波也有两种变化按斜率/t上升一个量阶；按斜率-/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。通信原理阶梯波的获得完成复制阶梯波功能的译码器可以由一个积分器来完成，常用的是RC积分电路。 斜变波：抽样点上与阶梯波等效解调器框图斜变波经低通滤波器得到复制的模拟信号积分器低通滤波器通信原理编码器框图也可

37、以是一个RC积分电路 输入本地译码器输出抽样判决输出通信原理5.4 增量调制M 增量调制的基本原理1简单增量调制2 改进型增量调制3通信原理简单增量调制过载特性量化信噪比 动态范围 编码范围 加性噪声对系统的影响 通信原理过载特性在RC积分电路选定，抽样频率fs已经确定的条件下，为定值，斜变波的斜率也是定值，即斜率=/Tsfs，Ts为码元宽度，fs为抽样频率。当模拟输入信号斜率陡变时，本地译码器输出信号f(t) 跟不上信号f(t)的变化， f(t)与f(t)之间的误差明显增大，引起译码后的严重失真，这种现象称为过载现象，产生的失真称为过载失真此时有：通信原理过载特性为了防止过载失真，应使得：模

38、拟信号斜率不过载条件临界过载振幅允许信号幅度设最大允许编码电平通信原理过载特性 可见当信号斜率一定时，允许信号的幅度随信号频率的增加而减小，这将导致语音高频段信号量化信噪比下降。最大允许编码电平令通信原理简单增量调制过载特性量化信噪比 动态范围 编码范围 加性噪声对系统的影响 通信原理量化信噪比1.量化噪声功率误差 在 均匀分布概率密度函数噪声功率谱密度量化噪声2.量化信噪比过载临界信号幅度最大信号功率信噪比通信原理量化信噪比在单路的M系统中，由于是用一位二进制码元进行传输，所以一般说来码元比特速率等于抽样频率。要到达SNR=40dB左右，fs要等于80kHz左右，即码元比特速率为80kb/s

39、左右,1个话音信号经M调制后占带比PCM还要宽简单M系统仅用于信噪比要求不高的低质量通信中。 通信原理简单增量调制过载特性量化信噪比 动态范围 编码范围 加性噪声对系统的影响 通信原理动态范围调制器的动态范围有通信原理动态范围 【例】设一简单增量调制系统，：SNR(dB)=20dB，fs=64KHz,f=800Hz,Fm=4000Hz,求其动态范围动态范围：通信原理简单增量调制过载特性量化信噪比 动态范围 编码范围 加性噪声对系统的影响 通信原理编码范围增量调制器不可能对任何幅值的信号都进行编码。当输入信号小于某一幅值Ak时就不能编码了。这个刚开始编码的正弦电平信号幅值叫作最小编码电平。M调制

40、器输出的是“1“0交替的代码，小于|/2|的区域为非编码区或空载区。最小编码电平 当输出“1下一次比较电压输出“0通信原理编码范围我们通常把临界条件下的Amax和Ak比值的dB数叫作简单增量调制的编码范围与动态范围的区别：不受最小信噪比SNRdBmin的限制。在输入信号幅度为Ak时，信噪比不一定能够满足所要求的最小信噪比通信原理编码范围当f800Hz时，抽样频率fs与DedB的关系。可见，要保证最小编码范围30dB，须fs=80Hz通信原理简单增量调制过载特性量化信噪比 动态范围 编码范围 加性噪声对系统的影响 通信原理加性噪声对系统的影响被传输的数字信号叠加了加性噪声就有可能出现误码。对于双

41、极性二进码，误码就是使原来的码改变了极性，它可以看成是原码和一个极性相反、幅度加倍2E的错码相迭加。假设每个码元出错的概率为Pe，E为信号码元脉冲的电压幅度错码的平均功率为：由于错误码元的宽度等于Ts，功率谱密度主要集中在0到第一个零点(1/ Ts)的频带范围内。通信原理加性噪声对系统的影响功率谱密度在0fs/2)内可以认为是平坦的，而其余的范围内可认为功率谱为零。其功率谱密度为：错码经RC积分器译码再经低通滤波器输出传递函数： 通信原理加性噪声对系统的影响 积分器输出的噪声功率谱密度为：当f0时， Pn0f 。这说明，在f0时Pn0f是没有定义的。实际的话音信号ft是带通信号，最低频率大于零

42、频率，其频带为f1，fm，噪声通过低通滤波器后的输出功率Nqo：通信原理加性噪声对系统的影响 设输入信号为正弦信号，那么信号功率为:在仅有加性噪声影响时,M系统和PCM系统的信噪比不同，它不仅与误码率Pe成反比，还与f1 、fs、m和f有关。它与fs和低通滤波器的低端截止频率f1的乘积成正比，与输入信号测试频率f2成反比通信原理5.4 增量调制M 增量调制的基本原理1简单增量调制2 改进型增量调制3通信原理改进型增量调制简单增量调制的缺点:动态范围小频率特性较差容易过载为了提高增量调制系统的性能，实际中往往采用它的改进形式。常用的改进形式有增量总和 调制，自适应增量调制等。通信原理改进型增量调制增量总和()调制自适应增量调制 通信原理增量总和调制调制是一种改善了高频特性的增量调制话音信号的功率谱在高频端是下降的一般的 机都具有增加高频电平的预加重特性，话音信号在2504KHz之间近似为平坦的功率谱。预加重对抗干扰，提高话音清晰度是有利的，但进行增量调制编码，频率响应将不适应，必须加以改进。调制是为此目的而改进的增量调制方式。通信原理增量总和调制为了防止高频过载，使信号与编码器的过载特性匹配，可以先将具有均匀谱的信号通过一个与解调积分器有相同特性的RC积分器在收端积分器之后，加一个与积分器特性相反的微分电路