改进型增量调制系统

1、改进型增量调制系统数字通信技术 改进型增量调制系统 在前面讨论的M系统中，量阶都是固定不变的，称为简单增量调制。简单增量调制由于量阶保持不变，故存在以下几点主要缺点：第一、简单增量调制输入信号频率每提高一倍，量化信噪比下降6dB。所以简单增量调制时高频段的量化信噪比下降；第二、编码的动态范围（即不过载最大编码信号电平与最小编码信号电平之比）与输入信号的频率成反比。例如，在32kHz的抽样频率下，若S0/Nq最低限值为15dB，信号的动态范围只有11dB左右，远远不能满足通信质量的要求（35dB50dB），除非抽样频率大于100kHz才有实用意义。因此，人们提出了各种改进简单增量调制的方法。1.

2、1 增量总和调制（-） 增量总和调制（-）主要是针对简单增量调制易出现过载失真而采取的改进措施。改进的办法是对输入模拟信号m(t)先积分，然后进行简单增量调制。为什么先积分再进行增量调制就能改进简单增量调制的过载特性呢？ 从前面的分析我们知道，对于高频成分丰富的输入信号m(t)，由于其在波形上急剧变化的时刻比较多，直接进行简单增量调制往往造成ma(t)跟不上m(t)的变化，出现比较严重的斜率过载失真；而对低频成分丰富的输入信号m(t)，由于其在波形上缓慢变化的时刻比较多，当幅度的变化在/2以内，又会出现连续的“1”、“0”交替码，导致信号平稳期间幅度信息的丢失。 但如果对输入的模拟信号m(t)

3、先进行积分，则积分以后信号波形将使m(t)波形中原来变化急剧的部分变得缓慢，而原来变化平直的部分变得比较陡峭，这样就可以解决原输入信号急剧变化时易出现斜率过载失真和缓慢变化时易出现颗粒噪声的问题。由于对m(t)先积分再进行增量调制，因此，在接收端解调以后要对解调信号微分，以便恢复原来的信号。这种先积分后增量调制的方法称为增量总和调制，用-表示。 由此可见，增量总和调制与M的区别仅在于在发端先对m(t)积分，即m(t)经过积分器后再送到增量调制器，而收端译码器后面要加一个微分电路以抵消积分器对信号的影响（积分使信号的高频分量幅度减小），由此可以构成图4-4所示的-调制系统。图中接收端有一个积分器

4、和一个微分器，微分和积分的作用互相抵消，因此，接收端一般只要一个低通滤波器即可。图4-4 调制系统原理框图 M调制的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，因此增量调制也可称为微分调制。其二进制代码携带输入信号增量的信息，或者说携带输入信号微分的信息。正因为M的二进制代码携带的是微分信息，因此接收端只对代码积分就可以获得传输的信号了。-调制的代码就不同了，因为信号是经过积分后再进行增量调制。这样-携带的是信号积分后的微分信息。由于微分和积分互相抵消，因此-的代码实际上代表输入信号振幅信息。此时收端只要加一个滤除带外噪声的低通滤波器即可恢复

5、传输的信号。 从过载特性来看，设输入模拟信号为m(t)=Asint，在-调制系统中，是先对m(t)积分再进行简单增量调制，只要满足不过载条件Afs，其与输入信号频率f无关，这样信号功率P和信噪比S/Nq也都与输入信号频率f无关，只要信号的最大幅度不超过fs，系统就能正常工作。 另外，由于调制系统信噪比与输入信号频率f无关，这种系统对于需要预加重的话音信号比较合适，而预加重话音信号在接收端还要加上去加重的电路，这样还可以提高信噪比2dB以上。 与简单增量调制相似，-调制系统也存在动态范围小的缺点。要想解决这个问题只有使量阶的大小自动跟随信号幅度大小变化。1.2 自适应增量调制 通过上面对简单增量

6、调制性能的讨论，我们知道，依照信号斜率的大小来改变量阶，使之自动适应信号斜率的变化，是在适当的抽样频率下减小量化失真（过载失真和一般量化失真）的有效方法，自适应增量调制（ADM），就是一种可以自动调节量阶的增量调制方式。在ADM中，因量阶不再固定，这就相当于非均匀量化，故也叫压扩式自适应增量调制。为了使M的量化级能自适应，人们研究了各种各样的方法。所有方法的共同点，都是在检测到斜率过载时开始增大量阶；斜率降低时减小量阶。有的方法是直接测量输入信号斜率或直接发送量阶信息，有的则是从传输数码中获取量阶信息。 根据自适应的速度（改变量阶所需时间的长短）的不同，ADM又分为瞬时压扩和音节压扩两种。所谓

7、瞬时压扩，是指量阶随输入信号的瞬时值而自适应变化，其特点是量阶的变化速度与抽样速度相同，即每一个TS，量阶调整一次以跟踪输入信号斜率的变化。音节压扩是指量阶随输入信号一个音节时间的平均斜率而改变。音节是指输入信号包络变化的一个周期。这个周期一般是随机的，但大量统计证明，这个周期趋于某一固定值，确切地说，音节就是指这个固定值。对于话音信号而言，一个音节一般约为10ms。因此，值按音节改变，就意味着在某一音节内量阶值是保持不变的。但在不同音节内的值将改变。对话音信号采用音节压扩比采用瞬时压扩具有更大的优越性。1.3 数字压扩自适应增量调制 数字压扩自适应增量调制是数字检测、音节压缩与扩张自适应增量

8、调制的简称。在数字压扩自适应增量调制中，其量阶是随输入信号一个音节时间内的平均斜率而变的。为了实现这一目的，首先要解决怎样提取一个音节时间内输入信号平均斜率的信息，并用该信息去控制量阶，使之作相应变化。为此，我们先来观察图4-5中所输出信码与输入信号斜率之间的关系。图4-5 信码中连“1”或连“0”码与输入信号斜率的关系 信源信号斜率的绝对值愈大，则信码流c(t)中连“1”码（对应正斜率）或连“0”码（对应负斜率）的数目也愈多。由于输出数码流中，连码情况与信源信号的斜率有关，因此，一个音节时间内平均斜率的信息可以从c(t)中提取。为实现上述原理，可用数字电路来检测和提取用于控制变化的电压。即用

9、数字电路检测一个音节时间内c(t)连“1”码或连“0”码的数目，如该数目大，说明信号平均斜率的绝对值大，从而使量阶增大，这就实现了使量阶电压随输入信号一个音节时间内的平均斜率而变化的设想。因为改变量阶的控制电压是用数字检测的方法得到的，故也称为数字检测音节压扩增量调制，其实现原理框图如图4-6所示。图4-6 数字检测音节压扩自适应增量调制系统原理框图 从图4-6中可以看出，在发送端数字检测音节压扩增量调制是在简单M的基础上加上数字检测、平滑电路和脉冲幅度调制器三部分组成，这三部分共同起着音节压缩作用。其工作原理如下。 当数字检测器检测到一定长度的连“1”或连“0”码时，便输出一定宽度的脉冲，且连“1”或连“0”码越多（即信号斜率越大），输出的脉冲就越宽。这个输出脉冲加到平滑电路，实际上就是一个积分器，它起按照音节平均的作用，将带有平均斜率信息的输出电平就作为脉冲幅度调制器的控制电平。由于控制电平在音节内已被平滑，故可看成基本不变，但在不同音节上将可能有不同的控制电平。 控制电平太大时，脉冲幅度调制器的输出脉冲幅度就高；反之，其输出脉冲幅度就低。这样，本地译码器输出的量阶将随脉冲幅度调制器输出脉冲幅度的变化而变化，从而达到了音节压缩的目的。由于量阶的大小直接反映了重建模拟信号所需的斜率/TS，且随脉冲幅度调制器输出连续可变，故这种数字检测、音节压扩