当前课程知识点：通信原理 > 第七章 信源编码 > 7.5 简单增量调制 > 视频
同学们好 今天我们来学习简单增量调制
增量调制简称为ΔM
它是继PCM之后出现的一种模拟信号数字化方法
简单增量调制的原理可由下面这个例子说明
设模拟信号为x(t)
以fs的抽样速率对其进行抽样 Δt为抽样间隔
然后对抽样值进行量化 产生一个阶梯波
其相邻阶梯的幅度差为正负σ 称为量化阶
与PCM的量化过程不同
它是用当前抽样值与前一量化值进行比较
若抽样值大于前一量化值 就让量化信号上升一个量化阶σ
同时增量调制器输出二进制“1”
反之 就让其下降一个量化阶
同时增量调制器输出二进制“0”
当量化阶选择合适 且抽样间隔足够小时
量化信号就能较好地逼近原模拟信号 并同时完成编码
按上述步骤持续对信号进行抽样 比较 编码
就可以得到一个二进制代码序列
实现对该模拟信号的数字化
所以 增量调制器产生的每一位二进制代码
表示模拟信号当前抽样值相对于前一时刻是增大还是减小
描述的是模拟信号的变化趋势
而不是代表抽样值本身的绝对大小
除了用阶梯波去近似模拟信号以外 也可以用锯齿波
其斜率只有正 负两种固定情况
在一个码元周期内均匀地上升或下降一个量化阶
因此可用“1”码表示正斜率 “0”码表示负斜率
以获得二进制代码序列
既然编码是将量化信号用二进制码表示的过程
那么与其相对应的
译码就是从二进制序列中恢复量化信号的过程
所以在接收端
收到“1”码时就应让信号上升一个量化阶
收到“0”码则下降一个量化阶
现实中的译码电路非常简单
只需要一个积分器
对接收的双极性码进行积分运算即可
收到“1”码时产生一个正斜变电压 在Δt时间内上升一个量化阶
收到“0”码时产生一个负的斜变电压 在Δt时间内下降一个量化阶
从而产生如图所示的锯齿波
再经过低通滤波等处理 即可使信号变得平滑
从而近似地恢复出原模拟信号
简单增量调制系统的结构如图所示
在发送端 模拟信号x(t)与量化信号x0(t)相减
然后进行抽样判决
若抽样值大于0 则输出“1” 否则输出“0”
产生的编码序列通过脉冲发生器变为双极性信号
然后经过积分器 实现本地译码
从而重生量化信号x0(t)
用于模拟信号的量化编码
而接收端主要由译码器和低通滤波器组成
实现模拟信号的恢复
从增量调制的基本思想可以知道
每抽样一次 即传输一个二进制码元
因此其码元传输速率等于抽样速率
从而可得相应理想低通系统和升余弦系统无码间串扰传输所需的最小带宽
在模拟信号的数字化过程中 量化噪声是不可避免的
当译码器输出的阶梯波或锯齿波能够较好地跟踪模拟信号的变化时
从图中可以看到
其量化噪声的绝对值应该小于一个量化阶
这种噪声称为一般量化噪声
但是当模拟信号出现快速变化时 由于量化阶是固定的
在抽样速率确定的情况下 每秒钟内的台阶数也是确定的
那么阶梯波就有可能跟不上信号的变化
如图所示
此时量化噪声急剧增大
量化信号失真严重 称之为过载现象
该量化噪声称为过载量化噪声
显然 实际中必须避免出现过载现象
从刚刚的分析可知
过载现象是由于译码器输出的波形跟不上信号的变化而产生的
而信号的变化速度通常可由其波形的斜率来衡量
对于译码器
其波形在一个抽样周期内只能上升或下降一个量化阶
所以可以得到其最大跟踪斜率
那么只要保证译码器的最大跟踪斜率大于等于模拟信号的最大斜率时
即可避免过载现象
可见 增大量化阶和抽样速率都可以减小过载噪声
但采用大的量化阶会增大一般量化噪声
所以通常会选择较高的抽样速率
一般来说 增量调制系统的抽样速率要比PCM系统的抽样速率高得多
通过上述讨论也可以看到
增量调制系统能否正常工作
取决于信号和系统参数的相对关系
当量化阶和抽样速率确定后
在保证系统正常工作的前提下
信号幅度的上限和下限构成的范围称为增量调制系统的动态范围
首先 要保证系统不能出现过载现象
为简化分析
设输入信号为一正弦信号 幅度为A
对其求导可得信号的斜率
由不发生过载的条件可得信号幅度的上限
那么信号的幅度过小又会有什么问题呢
以下图为例
若信号是一个直流信号
那么量化器的输出波形将是一个周期性方波
编码输出为“0”“1”交替码
若信号是一个幅度变化在一个量化阶内的三角波
显然 量化信号及编码输出与前者无异
再把信号变成正弦波 其结果仍然不变
从图中可以看出
当输入信号的幅度过小时
系统将无法“察觉”信号的实际变化
只有当信号的幅度变化超过一个量化阶时
系统输出才会受其影响
使编码序列真正反映信号的实际变化
显然 对上述正弦信号 其最小幅度为量化阶的一半
增量调制系统的动态范围通常可表示为信号幅度上限与下限比值的分贝形式
所以 系统的动态范围由抽样速率与信号最高频率的相对关系决定
若正弦信号的频率为800Hz
可计算出不同采样频率所对应的信号动态范围
具体情况如表中所示
通常 话音信号的动态范围要求为35~50dB
所以简单增量调制的动态范围较小
在抽样速率较低的情况下将不符合话音信号传输要求
因此 实际通常采用增量调制的改进型
本讲的内容就是这些 谢谢大家
-1.1 通信系统的基本概念
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-1.2 通信系统的组成
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-1.3 信息及其度量
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-1.4 通信系统的主要性能指标
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-讨论题：分析比较模拟通信和数字通信的各自有缺点和应用场景。
-课程思政
-课程使用教材
--教材介绍
-2.1 信道的基本概念
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-2.2 恒参信道分析
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-2.3 随参信道及其对所传信号的影响
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-2.4 随机过程基础
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-2.5 平稳随机过程
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-2.6 白噪声
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-2.7 高斯噪声
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-2.8 信号系统与噪声的关系
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-2.9 信道容量的概念
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-2.10 m序列的产生
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-2.11 m序列的性质
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-讨论题：结合实际生活或者工程实践，谈一下香农定理的意义所在。
-课程思政
-3.1 常规双边带调幅
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-3.2 抑制载波的双边带调制
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-3.3 单边带调制
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-3.4 残留边带调制
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-3.5 线性系统的抗噪声性能
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-3.6 角度调制的基本概念
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-3.7 频率调制FM
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-4.1 数字基带信号的常用码型
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-4.2 数字基带信号的频谱特性
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-4.3 数字基带传输系统
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-4.4 无码间串扰的基本思想
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-4.5 无码间串扰的基带传输系统
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-4.6 数字基带传输系统的性能分析
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-4.7 眼图
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-5.1 2ASK的基本原理
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-5.2 2ASK的抗噪声性能分析
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-5.3 2FSK的基本原理
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-5.4 2FSK的抗噪声性能分析
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-5.5 2PSK的基本原理和抗噪声性能
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-5.6 2DPSK的基本原理和抗噪声性能
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-5.7 二进制数字调制系统的性能比较
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-讨论题：2FSK信号的频谱的波峰有什么特点，与什么因素有关？
-6.1 假设检验模型
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-6.2 错误概率最小准则
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-6.3 二元确知信号的最佳接收机结构
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-6.4 匹配滤波器原理
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-6.5 匹配滤波器性质及应用
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-7.1 低通抽样定理
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-7.2 量化的基本概念和均匀量化
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-7.3 非均匀量化
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-7.4 13折线法的码位安排
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-7.5 简单增量调制
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-7.6 改进型增量调制
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-7.7 时分复用和多路数字电话系统
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-7.8 哈夫曼编码
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-8.1 信道编码基础
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-8.2 分类和工作方式
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-8.3 常用简单分组码
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-8.4 线性分组码的基本概念
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-8.5 线性分组码的矩阵描述
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-8.6 循环码的基本概念
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-8.7 循环码的矩阵描述
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-8.8 循环码代数形式的编译码
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-9.1 同步的定义与分类
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-9.2 载波同步
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-9.3 载波同步的性能分析
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-9.4 位同步
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-9.5 位同步的性能分析
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-9.6 群同步
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-9.7 群同步的性能分析
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