现代通信原理课件,曹志刚钱亚生,清华大学出版社
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通信原理(1).
信道解码是信道编码反过程。
④调制和解调:数字调制的任务是把各种数 字基带信号转换成适应于信道传输的数字频带 信号。经变换后的已调信号有两个基本特征: 一
是携带信息,二是适应在信道中传输。数字解
调
是数字调制的逆变换。
⑤信道:信道是信号传输的通道(媒质)。信道 分为有线和无线信道.在某些有线信道中,若传输 距离不远,通信容量不大时,数字基带信号可以直 接传送,称为基带传输;而在无线信道和光缆信道 中,数字基带信号必须经过调制,即把信号频谱搬 移到高处才能传输,这种传输称为频带传输。
模拟通信中的两种变换: (1)发送端的连续消息要变换成原始电信号(非 电/电转换),接收端收到的信号要反变换成连续消 息(电/非电转换)。即非电/电转换和电/非电转换。 (2)将原始电信号变换成其频带适合信道传输 的信号,称为调制,接收端进行反变换,称为解调。
(3)经过调制后的信号称为已调信号,有两个基
(3)信道:是指信号传输的通道,即传输媒质,分 为有线和无线两类。 (4)噪声源:是信道中的噪声以及分散在通信 系统其它各处的噪声的集中表示。 (5)接收设备:接收设备的功能与发送设备的 相反的,它能从接收信号中恢复出相应的原始信
号,而受信者(信宿)是将复原的原始信号转换成
相应的消息。
信息源和发送设备统称为发送端;接收设备和
受信者统称为接收端。
1.2.2模拟通信与数字通信系统模型 因为消息有离散消息与连续消息,与它对应的 信号有模拟信号和数字信号,所以就有模拟通信与 数字通信系统之分。
1.模拟通信系统模型
信息源 调制器 信道 噪声 解调器 受信者
该模型与简化模型比较的话发端多个调制器 (或发送设备用调制器换了),接收端的接收设备用 解调器换的。
现代通信原理课件_曹志刚钱亚生_清华大学出版社_第九章
34
9.1.3 三元码
三元码的特点 传号交替反转码
HDBn HDB3码 编码效率
HDB3码介绍:在HDBn码中运用最
为广泛的是3阶高密度双极性码，即 HDB3码。在CCITT建议中PCM一 次群，二次群，三次群都采用 HDB3码。
35
9.1.3 三元码
三元码的特点 传号交替反转码
HDBn HDB3码 编码效率
根据码型所包含的电平幅度取值 区分：
二元码：
NRZ RZ 差分码 数字分相码 CMI码 5B6B码
三元码
信号交替反转码 HDBn码 HDB3码
多元码
M进制码 2B1Q码 ISDN所应用的144kbps
10
9.1.2二元码(1)
单极性非归零码 双极性非归零码 单极性归零码 三者的特点
— Not Return Zero code在整个码元期 间电平保持不变. — 零电平和正电平分别对应着二进制 代码0和1.
第 9章
数字信号的基带传输
1
内容
前言 9.1 数字基带信号的码型 9.2 数字基带信号的功率谱 9.3 波形传输的无失真条件 — —奈奎斯特准则
2
前言
数字信号传输的基本方式
基带传输 频带传输
基带传输系统的组成
–
– –
信道信号形成器 信道接收滤波器 抽样判决器
基带传输的研究意义
3
数字信号传输的基本方式
B3ZS码
3连0以00V或者B0V代替，因此可以认为是 HDB2码
41
9.1.3 三元码
三元码的特点 传号交替反转码
HDBn HDB3码 编码效率
定义：输入二进制信码的信息量与理想
三元码信息容量之比值。即 ＝CB/CC， 其中：
9.1.3 三元码
三元码的特点 传号交替反转码
HDBn HDB3码 编码效率
HDB3码介绍:在HDBn码中运用最
为广泛的是3阶高密度双极性码，即 HDB3码。在CCITT建议中PCM一 次群，二次群，三次群都采用 HDB3码。
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9.1.3 三元码
三元码的特点 传号交替反转码
HDBn HDB3码 编码效率
根据码型所包含的电平幅度取值 区分：
二元码：
NRZ RZ 差分码 数字分相码 CMI码 5B6B码
三元码
信号交替反转码 HDBn码 HDB3码
多元码
M进制码 2B1Q码 ISDN所应用的144kbps
10
9.1.2二元码(1)
单极性非归零码 双极性非归零码 单极性归零码 三者的特点
— Not Return Zero code在整个码元期 间电平保持不变. — 零电平和正电平分别对应着二进制 代码0和1.
第 9章
数字信号的基带传输
1
内容
前言 9.1 数字基带信号的码型 9.2 数字基带信号的功率谱 9.3 波形传输的无失真条件 — —奈奎斯特准则
2
前言
数字信号传输的基本方式
基带传输 频带传输
基带传输系统的组成
–
– –
信道信号形成器 信道接收滤波器 抽样判决器
基带传输的研究意义
3
数字信号传输的基本方式
B3ZS码
3连0以00V或者B0V代替，因此可以认为是 HDB2码
41
9.1.3 三元码
三元码的特点 传号交替反转码
HDBn HDB3码 编码效率
定义：输入二进制信码的信息量与理想
三元码信息容量之比值。即 ＝CB/CC， 其中：
通信原理第1章绪论17848 ppt课件
制
差分脉码调制DPCM
中间调制方式、 遥测 中间调制方式 遥测、 光纤传输 市话、 卫星、 空间通信 军用、 民用电话 电视电话、 图像编码
其他语言编码方式
中低速数字电话
ADPCM、 APC、 LPC
1.2.1通信系统的分类
3． 按信号特征分类 按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统
▪当信息源给出的是模拟语音信号时，信源编码器将 其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输。 ▪第6章中将讨论模拟信号数字化传输的两种方式：脉冲编 码调制(PCM)和增量调制(ΔM)。
▪信源译码是信源编码的逆过程。
1.1.2模拟通信系统模型和数字通信系统模型
2． 数字通信系统模型 数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统， 如图 1 - 5 所示。数字通信涉及的技术问题很多，其中 主要有信源编码/译码、信道编码/译码、数字调制/解 调、数字复接、 同步以及加密等。
信信 信 源源 息 编编 源 码码
器器
信数
数信
道字信字道
编调
解译
码制道调码
器器
器器
噪声源
图 1 – 5 数字通信系统模型
信信 源源 受 译译 信 码码 者 器器
数字通信系统模型之信源编码与译码
▪ 信源编码的作用 ▪设法减少码元数目和降低码元速率，即通常所说的
数据压缩。码元速率将直接影响传输所占的带宽， 而传输带宽又直接反映了通信的有效性。
• 数字复接就是依据时分复用基本原理把若干个低速数字信 号合并成一个高速的数字信号，以扩大传输容量和提高传 输效率。
数字通信系统模型
需要说明的是， 图 1 - 5 是数字通信系统的一 般化模型， 实际的数字通信系统不一定包括图 1 - 1中的所有环节。 如在某些有线信道中，若 传输距离不太远且通信容量不太大时， 数字基 带信号无需调制，可以直接传送，称之为数字 信号的基带传输，其模型中就不包括调制与解 调环节，详见第5章。
通信原理课件第一章
1.3 通信系统分类与通信方式 1.4 信息其度量 1.5 通信系统主要性能指标
10
1.1 通信的基本概念
通信的目的 ——传递消息中所包含的信息 消息 ——物质或精神状态的一种反映（形式） 信息 ——消息中包含的有效内容（本质） 通信方式和手段
手势
语言 电报 旌旗 遥控遥测 消息树 电话
其中：f x 为连续消息出现的概率密度
42
1.5 通信系统主要性能指标
通信系统的主要性能指标
信息传输角度
矛盾 统一
有效性：频带宽度和时间间隔，速度问题
可靠性：准确程度，质量问题
模拟通信系统度量标准
有效性： 有效传输频带
可靠性： 接收端最终输出信噪比
43
1.5 通信系统主要性能指标
在数据通信中，按照数字信号码元排列方法
分类
•
串行传输 将数字信号码元序列以串行方式一个码元接 一个码元地在一条信道上传输。
0 1 1 0 0 1 0 0 并行/串行 转换器
8比特依次发送
COM RS232
发 送 方
01100100
0 1 1 0 0 1 0 0 串行/并行 转换器
接 收 方
优点：节省线路 铺设费用 缺点：速度慢， 需要外加码组或 字符同步措施
通
信
原
理
主讲： 刘晨晨
1
本课程的地位
《通信原理》是一门专业基础理论课。主 要学习现代通信的基本理论，是学习通信 系统和技术的必备基础和先行课程。 核心内容
以现代通信系统为背 景，介绍通信系统的 工作原理。
通信系统的组成
通信系统的工作原理 通信系统的性能指标
10
1.1 通信的基本概念
通信的目的 ——传递消息中所包含的信息 消息 ——物质或精神状态的一种反映（形式） 信息 ——消息中包含的有效内容（本质） 通信方式和手段
手势
语言 电报 旌旗 遥控遥测 消息树 电话
其中：f x 为连续消息出现的概率密度
42
1.5 通信系统主要性能指标
通信系统的主要性能指标
信息传输角度
矛盾 统一
有效性：频带宽度和时间间隔，速度问题
可靠性：准确程度，质量问题
模拟通信系统度量标准
有效性： 有效传输频带
可靠性： 接收端最终输出信噪比
43
1.5 通信系统主要性能指标
在数据通信中，按照数字信号码元排列方法
分类
•
串行传输 将数字信号码元序列以串行方式一个码元接 一个码元地在一条信道上传输。
0 1 1 0 0 1 0 0 并行/串行 转换器
8比特依次发送
COM RS232
发 送 方
01100100
0 1 1 0 0 1 0 0 串行/并行 转换器
接 收 方
优点：节省线路 铺设费用 缺点：速度慢， 需要外加码组或 字符同步措施
通
信
原
理
主讲： 刘晨晨
1
本课程的地位
《通信原理》是一门专业基础理论课。主 要学习现代通信的基本理论，是学习通信 系统和技术的必备基础和先行课程。 核心内容
以现代通信系统为背 景，介绍通信系统的 工作原理。
通信系统的组成
通信系统的工作原理 通信系统的性能指标
通信原理第一章PPT课件
2010年12月17日 19
2.6 通信系统的性能 续） 通信系统的性能(续
数字系统 传输速率（传码率）：每秒钟传送码元的数目。 传输速率（传码率）：每秒钟传送码元的数目。 ）：每秒钟传送码元的数目 单位---波特 单位 波特(B) 波特 传输速率（传信率）：每秒钟传送的信息量。 传输速率（传信率）：每秒钟传送的信息量。 ）：每秒钟传送的信息量 单位---比特 秒 单位 比特/秒(bit/s) 比特 误比特率： 误比特率：Pe =
2010年12月17日
9
2.2.2 通信系统
1. 信源：连续信源->模拟信号 信源：连续信源 模拟信号 离散信源->符号序列， 离散信源 符号序列，数字信号 符号序列 2. 信号处理：预处理，数字化， 信号处理：预处理，数字化，转换
3. 发送与接收 4. 传输媒质：声波，电磁波，光波 传输媒质：声波，电磁波， 电缆，光缆， 电缆，光缆，无线电波等 5. 通信网络与信令
1.3 学好通信的经验
选修几门基础课程
信号与系统 随机过程 通信系统原理 通信电路原理 卫星通信 移动通信 信源编码 信道编码 应用信息论
自学
2010年12月17日
5
1.4 教学内容和重点
《现代通信原理》将以通信系统为背景，主要 现代通信原理》将以通信系统为背景， 讲述通信系统和通信技术的基本原理。内容包括： 讲述通信系统和通信技术的基本原理。内容包括： 通信系统基本概念、随机信号分析、信道、 通信系统基本概念、随机信号分析、信道、数字 信号的基带传输、频带传输、 信号的基带传输、频带传输、模拟信号的数字传 数字信号的最佳接收、 输、数字信号的最佳接收、差错控制编码及同步 原理等 原理等。 重点以数字通信为主，以上内容作为电信类学 重点以数字通信为主， 生必须掌握的知识， 生必须掌握的知识，以作为进一步深入该领域学 生的先修知识。 生的先修知识。
2.6 通信系统的性能 续） 通信系统的性能(续
数字系统 传输速率（传码率）：每秒钟传送码元的数目。 传输速率（传码率）：每秒钟传送码元的数目。 ）：每秒钟传送码元的数目 单位---波特 单位 波特(B) 波特 传输速率（传信率）：每秒钟传送的信息量。 传输速率（传信率）：每秒钟传送的信息量。 ）：每秒钟传送的信息量 单位---比特 秒 单位 比特/秒(bit/s) 比特 误比特率： 误比特率：Pe =
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2.2.2 通信系统
1. 信源：连续信源->模拟信号 信源：连续信源 模拟信号 离散信源->符号序列， 离散信源 符号序列，数字信号 符号序列 2. 信号处理：预处理，数字化， 信号处理：预处理，数字化，转换
3. 发送与接收 4. 传输媒质：声波，电磁波，光波 传输媒质：声波，电磁波， 电缆，光缆， 电缆，光缆，无线电波等 5. 通信网络与信令
1.3 学好通信的经验
选修几门基础课程
信号与系统 随机过程 通信系统原理 通信电路原理 卫星通信 移动通信 信源编码 信道编码 应用信息论
自学
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5
1.4 教学内容和重点
《现代通信原理》将以通信系统为背景，主要 现代通信原理》将以通信系统为背景， 讲述通信系统和通信技术的基本原理。内容包括： 讲述通信系统和通信技术的基本原理。内容包括： 通信系统基本概念、随机信号分析、信道、 通信系统基本概念、随机信号分析、信道、数字 信号的基带传输、频带传输、 信号的基带传输、频带传输、模拟信号的数字传 数字信号的最佳接收、 输、数字信号的最佳接收、差错控制编码及同步 原理等 原理等。 重点以数字通信为主，以上内容作为电信类学 重点以数字通信为主， 生必须掌握的知识， 生必须掌握的知识，以作为进一步深入该领域学 生的先修知识。 生的先修知识。
现代通信原理课件_曹志刚钱亚生_清华大学出版社_第九章资料
基带传输 频带传输
不经过调制直接进行数字信号 的传输的传输方式称为数字信号的 基带传输。
数字基带信号含有大量的低频 分量以及直流分量。
4
数字信号传输的基本方式
基带传输 频带传输
经过调制，利用载波传输调制 后的频带信号的传输方式称为数字 信号的频带传输。
5
基带传输系统的组成
用来产生适合 于信道传输的 基带信号
三元码
信号交替反转码 HDBn码 HDB3码
多元码
M进制码 2B1Q码 ISDN所应用的144kbps
10
9.1.2二元码(1)
单极性非归零码 双极性非归零码
单极性归零码 三者的特点
Hale Waihona Puke — Not Return Zero code在整个码元期 间电平保持不变. — 零电平和正电平分别对应着二进制 代码0和1.
13
9.1.2二元码(1)
单极性非归零码 双极性非归零码
单极性归零码 三者的特点
1. 具有丰富的低频分量和直流分量。 不能用于采用交流耦合的信道传 输。
2. 如果出现长“1”或“0”序列， 没有跳变，不利于接收端时钟信 号的提取。
3. 不具有检测错误的能力，相邻码 之间不存在相关制约的关系
14
9.1.2二元码(2)
20
9.1.2二元码(2)
差分码 数字双相码
传号反转码
密勒码 5B6B码
特点：
“1”码元中点处跳变 “0”单个0不跳变 “0”连0，“0”码之间跳变
21
9.1.2二元码(2)
差分码 数字双相码
传号反转码
5B6B码
编码规则：
将5位二元输入码编成6位 二元 输出码。
22
不经过调制直接进行数字信号 的传输的传输方式称为数字信号的 基带传输。
数字基带信号含有大量的低频 分量以及直流分量。
4
数字信号传输的基本方式
基带传输 频带传输
经过调制，利用载波传输调制 后的频带信号的传输方式称为数字 信号的频带传输。
5
基带传输系统的组成
用来产生适合 于信道传输的 基带信号
三元码
信号交替反转码 HDBn码 HDB3码
多元码
M进制码 2B1Q码 ISDN所应用的144kbps
10
9.1.2二元码(1)
单极性非归零码 双极性非归零码
单极性归零码 三者的特点
Hale Waihona Puke — Not Return Zero code在整个码元期 间电平保持不变. — 零电平和正电平分别对应着二进制 代码0和1.
13
9.1.2二元码(1)
单极性非归零码 双极性非归零码
单极性归零码 三者的特点
1. 具有丰富的低频分量和直流分量。 不能用于采用交流耦合的信道传 输。
2. 如果出现长“1”或“0”序列， 没有跳变，不利于接收端时钟信 号的提取。
3. 不具有检测错误的能力，相邻码 之间不存在相关制约的关系
14
9.1.2二元码(2)
20
9.1.2二元码(2)
差分码 数字双相码
传号反转码
密勒码 5B6B码
特点：
“1”码元中点处跳变 “0”单个0不跳变 “0”连0，“0”码之间跳变
21
9.1.2二元码(2)
差分码 数字双相码
传号反转码
5B6B码
编码规则：
将5位二元输入码编成6位 二元 输出码。
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现代通信原理,曹志刚钱亚生,清华大学出版社,第三章
得
S P ( )
1 H VSB ( C )[ F ( C ) F ( )] 4
1 H VSB ( C )[ F ( ) F ( 2C )] 4 1 F ( )[ HVSB ( C ) H VSB ( C )] 4 1 [ H VSB ( C ) F ( 2C ) H VSB ( C ) F ( 2C )] 4
载波信号： t) Acos(wct θ c ) c(
幅度调制 频率调制
线性调制 非线性调制
相位调制
调幅：
c(t) f (t) cos(wct θ c )
主要内容：原理，频域分析和性能分 析
5
内容
模拟线性调制
1. 常规调幅 (AM) 2. 抑制载波双边带调幅 (DSB-SC) 3. 单边带调制(SSB) 4. 残留边带调制(VSB)
1
FLASH演示
20
21
DSB小结
优点：
功率利用率较高（与AM相比）。
缺点：
解调复杂。DSB信号不能采用简单的包络检 波来恢复调制信号，需采用相干解调。 节省了载波功率，但频带与AM信号同，是 调制信号带宽的2倍。 应用： FM立体声中的差信号调制，彩色TV系统中 的色差信号调制，以及正交调制等。
功率谱密度函数
2 A0 1 AM ( w) [πδ ( w wc ) πδ ( w wc )] [ f ( w wc ) f ( w wc )] 2 4
13
功率分配
功率组成
PAM
载波功率 边带功率
2 A0 f 2 (t ) Pc Pf 2 2
Sy(w)
Sy(w)
频率搬移
wc
通信原理ppt课件
1887 赫兹通过实验加以证实
20世纪初，电子管等器件出现，电报和电 话通信获得迅速发展，相继有了较高水平 的有线通信及长波，中波和短波一类的无 线电通信。
4
20世纪30年代开始，在通信理论上，先 后形成：过滤和预测理论，香农信息论， 纠错编码理论，信源统计特性理论，信 号与噪声，调制理论，信号检测理论等。
Hmax=
n
1
log
n log
n
n i1
2
2
（bit/符号）
15
模拟通信系统：
1.5
消息传送速度，均方误差
主 （加性干扰产生的误差，信噪比）
要
性 数字通信系统：
能
传输速率，差错率
指
传输速率可用传码率（RB B）或
标
传信率（Rb bit/s）表示
16
Rb=RB·H
1.5
主 要
二进制下：
RB=Rb
题
(2) 每秒钟内这四个相位出现的次数 都为250，求此通信系统的码速率 和信息速率。
18
解 (1) 每秒钟传输1000个相位，即每秒钟
=
传输1000个符号，故 RB=1000 Bd，每个符号
出现的概率分别为P(0)= 1
2
P
P(π)=
1 8
P
3 = 1 2 4
2=
1 8
，每个符号所含的平均=RB·㏒2N
指 标
差错率也相应分为误码率和误信率。
17
某数字通信系统用正弦载波的四个 相位0、 、π、 3来传输信息， 这四个相2 位是互相2独立的。
3
例 (1) 每秒钟内0、 2 、π、 2 出现的次
数分别为500、125、125、250，求
20世纪初，电子管等器件出现，电报和电 话通信获得迅速发展，相继有了较高水平 的有线通信及长波，中波和短波一类的无 线电通信。
4
20世纪30年代开始，在通信理论上，先 后形成：过滤和预测理论，香农信息论， 纠错编码理论，信源统计特性理论，信 号与噪声，调制理论，信号检测理论等。
Hmax=
n
1
log
n log
n
n i1
2
2
（bit/符号）
15
模拟通信系统：
1.5
消息传送速度，均方误差
主 （加性干扰产生的误差，信噪比）
要
性 数字通信系统：
能
传输速率，差错率
指
传输速率可用传码率（RB B）或
标
传信率（Rb bit/s）表示
16
Rb=RB·H
1.5
主 要
二进制下：
RB=Rb
题
(2) 每秒钟内这四个相位出现的次数 都为250，求此通信系统的码速率 和信息速率。
18
解 (1) 每秒钟传输1000个相位，即每秒钟
=
传输1000个符号，故 RB=1000 Bd，每个符号
出现的概率分别为P(0)= 1
2
P
P(π)=
1 8
P
3 = 1 2 4
2=
1 8
，每个符号所含的平均=RB·㏒2N
指 标
差错率也相应分为误码率和误信率。
17
某数字通信系统用正弦载波的四个 相位0、 、π、 3来传输信息， 这四个相2 位是互相2独立的。
3
例 (1) 每秒钟内0、 2 、π、 2 出现的次
数分别为500、125、125、250，求
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26
7.4 信道误码对增量调制的影响
ΔM传输中任一误码都会引起±Δ的误差, 从而使接收端信号附加失真,总的倍噪比 下降。 在分析误码影响时,我们把接收到的 ˆ 序列 e '( n ) 分解成无误码信号序列与码序 列之和,即
ˆ ˆ ˆ e(n) en (n) ep (n)
27
经推导在有误码存在的情况下,ΔM接收端总 失真功率：
假定量化噪声功率谱在(0,)内为均匀分布。 若收端滤波器的带宽为,则接收端经低通滤 波器后输出的量化噪声
临界过载时信号功率
fB 3 fs
2 2 q
2 max
Smax
信号频率
A f 2 8 f
2
2 s 2 2
f 2
19
最大量化信噪比（续2）
ΔM的最大量化信噪比为
SNRmax Smax
21
7.2 数字压扩自适应增量调制
简单增量调制的缺点：
简单增量调制量化噪声功率是不变的, 因而在 信号功率S下降时,量化信噪比也随之下降,如式 S Smax S . 2 2 q Smax q 数字压扩自适应增量调制就是为了克服简单增 量调制上述缺点的一种方案。
与简单ΔM比较：
S 2 n max
S 2 q max 2 6P fs 1 2 b fL fB
(7-32)
说明：当
P f L f B (6 f ) b
2 2 s
ΔM接收端量化信噪比下降3dB。
PCM与△M的性能比较
1. PCM系统（N>4）的量化信噪比高于ΔM系统
为抽样 频率。
SNRmax
为低通滤波 器的截止频 率。
f 0.12 f
3 s 3 H
25
பைடு நூலகம்
与简单ΔM的主要区别
对比简单ΔM调制
SNRmax Smax
2 q
3 8
2
f
f fB
3 s 2
0.038
f
f fB
3 s 2
最大量化信噪比与信号频率无关。
l
应用：由于实际语音的高频分量较小,一
般电话机内都有项加重网络,加强高频分量以 提高清晰度,因此电话机输出语音频谱具有较 平坦的特性,而Δ-∑调制的频率响应能较好 地与电话机输出频谱相匹配。
2 q
f s3 f s3 3 2 2 0.038 2 8 f f B f fB
max dB
用dB表示
SNRmax S 2 q
30log10 fs 20log10 f 10log10 f B 14
20
表明
简单ΔM的信噪比与成三次方关系。即抽样 频率每提高一倍,量化信噪比提高9dB。通 常记作9dB／倍频程。因此,一般ΔM的抽样 频率至少在16kHz以上才能使量化信噪比达 到15dB以上。32kHz时,量化信噪比约为 26dB,只能满足一般通信质量的要求。 量化信噪比与信号频率的平方成反比。即 信号每提高一倍频率,量化信噪比下降6dB。 记作-6dB／倍频程。因此简单ΔM时语音高 频段的量化信噪比下降。
7
实际ΔM系统的方框图
抽样定时 消息信号 ＋ e(t) 判决器 m(t) ∑ (比较器) － p(t) m1 (t) 发送端编码器 脉冲 E 发生器 －E 积分器 脉冲 发生器 增量调制 信号输出 c(t)
c(t)
积分器
低 通 消息信号 m(t) 滤波器
接收端译码器
8
发送端编码器
组成:
相减器 判决器 本地译码器
注意：若用阶梯波m′(t)作为预测信号，
则抽样时刻ti应改为ti-，表示ti时刻的 前一瞬间，即相当于阶梯波形跃变点的 前一瞬间。在ti-时刻，斜变波形与阶梯 波形有完全相同的值。
12
接收端解码电路
组成：
由译码器 低通滤波器
电路结构和作用与发送端的本地译码 器相同，用来由c(t)恢复m1(t)，为了区 别收、发两端完成同样作用的部件， 我 们称发端的译码器为本地译码器。
第7章
增量调制
内容
7.1 7.2 7.3 7.4
前言 单增量调制原理 数字压扩自适应增量调制 增量总和调制 信道误码对增量调制的影响
2
前言
增量调制简称ΔM,它是继PCM后出现的 又一种模拟信号数字化方法。
l 增量调制获得应用的主要原因:
1. 在比待率较低时,增量调制的量化信噪比高 于PCM; 2. 增量调制的抗误码性能好。能工作于误比待 率为的信道,而PCM则要求误比特率为； 3. 增量调制的编译码器比PCM简单。
m(t) m(t) m ′(t) eq (t) t (a) (b) m ′(t) eq (t) t
16
最大跟踪斜率
l 在给定量化间隔(也称量阶)Δ的情况 下, Ts为抽样周期，Δ／Ts称为临界过载 情况下最大跟踪斜率。 l 当输入信号为正弦波S(t)＝Acosωt,其 最大斜率为Aω,则临界过载时:
m(ti ) mq (ti t ) ，则 mq (ti ) (1) 如果 用mq (ti t ) 上升一个台阶 表示，此时编码 器输出“1”码;
(2 ) 如果 m(ti ) mq (ti t ) ，则 mq (ti ) 用 mq (ti t ) 下降一个台阶 表示，此时编 码器输出"0"码。
2. ΔM系统的误码信噪比(即抗信道噪声能力) 高于PCM系统；
3. 当Pe<10－6时，可忽略PCM系统的误码噪声； 4. 当Pe>10－6时，可忽略ΔM系统的误码噪声； 5. 应用：PCM常用在光纤通信、微波通信等信 道噪声较小的通信系统中，ΔM则用于卫星 通信、军对专用通信网等信道噪声比较大 的通信系统中。
30
3
7.1 简单增量调制原理
定义:
用相邻样值的相对大小（增量）同样 能反映信号的变化规律,将增量编码传输 的方式称为ΔM。
基本思想:
用一个阶梯波去逼近一个模拟信号
FLASH演示
4
FLASH演示
5
说明
首先，根据信号的幅度大小和和抽样频率 确定阶梯信号的台阶 。在抽样时刻 t i ，比较信 号 m(ti ) 和前一时刻的阶梯波形取值 mq (ti t ) 其中: t 1 f s
6
说明(续)
下次编码按上述方法将 mq (ti t ) 与 m(ti ) 比较，使之上升或下降一个台阶 电压去逼近 模拟信号。如果抽样频率足够高，台阶电压足 够小 ， 则阶梯波形 mq (t ) 近似为 m(t ) ， 而 上升台阶和下降台阶的二进制代码分别用“1” 和“0”表示。这个过程就是增量编码。如上图 所示的模拟信号m(t ) 采用增量调制编码编出的 二进制代码为:01010111111100011。
Amax Ts
17
最大量化信噪比
不过载情况下，ΔM的量化噪声：
1 2 e P(e)de e de 2 3
2 q 2
2
e(t)=S(t)-Sl(t),且假定e(t)值在(+Δ,-Δ) 之间为 均匀分布, 即 p(e)＝1／(2Δ )。
18
最大量化信噪比（续1）
2 n 2 t
2 q
由式(7—3)及(7—29),上式可写成
2P 2 2 f B 2 n 2b flTs 3 fs
临界过载时,由式(7—5)可知最大量化信噪 比：
S 2 q f s3 3 8 2 f 2 f B max
利用式(7-4)求得Smax,则有误码存在时ΔM系 统的最大量化信噪比
13
接收端解码电路
组成：
由译码器 低通滤波器
作用：滤除m1(t)中的高次谐波，使输 出波形平滑，更加逼近原来的模拟信 号m(t)。
14
与DPCM的关系
由于ΔM前后两个样值的差值的量化编码, 所以 ΔM实际上是最简单的一种DPCM方案，预测值仅用前 一个样值来代替， 即当DPCM系统的预测器是一个延 迟单元。量化电平取为2时，该DPCM系统就是一个简 单ΔM系统， 如下图所示：
∫
I(f) I(f) 发送端 +
_
∑
判决
增量调制信号
∫
A
g(t)
脉冲发生
脉冲发生 接收端
∫
I(f)
d dt
B 低通滤波 Sˊ(t)
D(f)
△―∑调制基本原理
24
与简单ΔM的主要区别
将输入信号先进行积分,使信号高频分量幅度下 降,然后再进行ΔM调制。在接收端必然要进行一次 微分,以补偿发端积分后引起的频率失真。若积分 器与微分器是互补的,则接收端积分器与微分器均 可省去,使电路得到简化。 Δ-∑调制
10
发送端编码器
组成:
相减器 判决器 本地译码器
由积分器和脉冲产生器组成。 作用：根据c(t)，形成预测信号m1(t)，即 c(t)为“1”码时， m1(t)上一个量阶σ， c(t)为“0”码时，m1(t)下降一个量阶σ， 并送到相减器与m(t)进行幅度比较。
11
发送端编码器
组成:
相减器 判决器 本地译码器
作用:取出差值e(t)， 使e(t)=m(t)-m1(t)。
9
发送端编码器
组成:
相减器 判决器 本地译码器
作用:对差值e(t)的极性进行识别和判决，以便
在抽样时刻输出数码（增量码）c(t)，即如果在 给定抽样时刻ti上有 e(ti)=m(ti)-m1(ti)<0 则判决器输出“1”码； 如有 e(ti)=m(ti)-m1(ti)>0 则输出“0”码。
m(t) 抽样 m(n) ＋ m(n－1) 时延Ts (a) ＋ e(n) － ＋ m(n) 量化 eq(n) ＋ ＋ 编码 c(n) c(n) 解码 eq(n) ＋ ＋ ＋ 时延Ts (b) m(n) 低通 滤波 m(t)
7.4 信道误码对增量调制的影响
ΔM传输中任一误码都会引起±Δ的误差, 从而使接收端信号附加失真,总的倍噪比 下降。 在分析误码影响时,我们把接收到的 ˆ 序列 e '( n ) 分解成无误码信号序列与码序 列之和,即
ˆ ˆ ˆ e(n) en (n) ep (n)
27
经推导在有误码存在的情况下,ΔM接收端总 失真功率：
假定量化噪声功率谱在(0,)内为均匀分布。 若收端滤波器的带宽为,则接收端经低通滤 波器后输出的量化噪声
临界过载时信号功率
fB 3 fs
2 2 q
2 max
Smax
信号频率
A f 2 8 f
2
2 s 2 2
f 2
19
最大量化信噪比（续2）
ΔM的最大量化信噪比为
SNRmax Smax
21
7.2 数字压扩自适应增量调制
简单增量调制的缺点：
简单增量调制量化噪声功率是不变的, 因而在 信号功率S下降时,量化信噪比也随之下降,如式 S Smax S . 2 2 q Smax q 数字压扩自适应增量调制就是为了克服简单增 量调制上述缺点的一种方案。
与简单ΔM比较：
S 2 n max
S 2 q max 2 6P fs 1 2 b fL fB
(7-32)
说明：当
P f L f B (6 f ) b
2 2 s
ΔM接收端量化信噪比下降3dB。
PCM与△M的性能比较
1. PCM系统（N>4）的量化信噪比高于ΔM系统
为抽样 频率。
SNRmax
为低通滤波 器的截止频 率。
f 0.12 f
3 s 3 H
25
பைடு நூலகம்
与简单ΔM的主要区别
对比简单ΔM调制
SNRmax Smax
2 q
3 8
2
f
f fB
3 s 2
0.038
f
f fB
3 s 2
最大量化信噪比与信号频率无关。
l
应用：由于实际语音的高频分量较小,一
般电话机内都有项加重网络,加强高频分量以 提高清晰度,因此电话机输出语音频谱具有较 平坦的特性,而Δ-∑调制的频率响应能较好 地与电话机输出频谱相匹配。
2 q
f s3 f s3 3 2 2 0.038 2 8 f f B f fB
max dB
用dB表示
SNRmax S 2 q
30log10 fs 20log10 f 10log10 f B 14
20
表明
简单ΔM的信噪比与成三次方关系。即抽样 频率每提高一倍,量化信噪比提高9dB。通 常记作9dB／倍频程。因此,一般ΔM的抽样 频率至少在16kHz以上才能使量化信噪比达 到15dB以上。32kHz时,量化信噪比约为 26dB,只能满足一般通信质量的要求。 量化信噪比与信号频率的平方成反比。即 信号每提高一倍频率,量化信噪比下降6dB。 记作-6dB／倍频程。因此简单ΔM时语音高 频段的量化信噪比下降。
7
实际ΔM系统的方框图
抽样定时 消息信号 ＋ e(t) 判决器 m(t) ∑ (比较器) － p(t) m1 (t) 发送端编码器 脉冲 E 发生器 －E 积分器 脉冲 发生器 增量调制 信号输出 c(t)
c(t)
积分器
低 通 消息信号 m(t) 滤波器
接收端译码器
8
发送端编码器
组成:
相减器 判决器 本地译码器
注意：若用阶梯波m′(t)作为预测信号，
则抽样时刻ti应改为ti-，表示ti时刻的 前一瞬间，即相当于阶梯波形跃变点的 前一瞬间。在ti-时刻，斜变波形与阶梯 波形有完全相同的值。
12
接收端解码电路
组成：
由译码器 低通滤波器
电路结构和作用与发送端的本地译码 器相同，用来由c(t)恢复m1(t)，为了区 别收、发两端完成同样作用的部件， 我 们称发端的译码器为本地译码器。
第7章
增量调制
内容
7.1 7.2 7.3 7.4
前言 单增量调制原理 数字压扩自适应增量调制 增量总和调制 信道误码对增量调制的影响
2
前言
增量调制简称ΔM,它是继PCM后出现的 又一种模拟信号数字化方法。
l 增量调制获得应用的主要原因:
1. 在比待率较低时,增量调制的量化信噪比高 于PCM; 2. 增量调制的抗误码性能好。能工作于误比待 率为的信道,而PCM则要求误比特率为； 3. 增量调制的编译码器比PCM简单。
m(t) m(t) m ′(t) eq (t) t (a) (b) m ′(t) eq (t) t
16
最大跟踪斜率
l 在给定量化间隔(也称量阶)Δ的情况 下, Ts为抽样周期，Δ／Ts称为临界过载 情况下最大跟踪斜率。 l 当输入信号为正弦波S(t)＝Acosωt,其 最大斜率为Aω,则临界过载时:
m(ti ) mq (ti t ) ，则 mq (ti ) (1) 如果 用mq (ti t ) 上升一个台阶 表示，此时编码 器输出“1”码;
(2 ) 如果 m(ti ) mq (ti t ) ，则 mq (ti ) 用 mq (ti t ) 下降一个台阶 表示，此时编 码器输出"0"码。
2. ΔM系统的误码信噪比(即抗信道噪声能力) 高于PCM系统；
3. 当Pe<10－6时，可忽略PCM系统的误码噪声； 4. 当Pe>10－6时，可忽略ΔM系统的误码噪声； 5. 应用：PCM常用在光纤通信、微波通信等信 道噪声较小的通信系统中，ΔM则用于卫星 通信、军对专用通信网等信道噪声比较大 的通信系统中。
30
3
7.1 简单增量调制原理
定义:
用相邻样值的相对大小（增量）同样 能反映信号的变化规律,将增量编码传输 的方式称为ΔM。
基本思想:
用一个阶梯波去逼近一个模拟信号
FLASH演示
4
FLASH演示
5
说明
首先，根据信号的幅度大小和和抽样频率 确定阶梯信号的台阶 。在抽样时刻 t i ，比较信 号 m(ti ) 和前一时刻的阶梯波形取值 mq (ti t ) 其中: t 1 f s
6
说明(续)
下次编码按上述方法将 mq (ti t ) 与 m(ti ) 比较，使之上升或下降一个台阶 电压去逼近 模拟信号。如果抽样频率足够高，台阶电压足 够小 ， 则阶梯波形 mq (t ) 近似为 m(t ) ， 而 上升台阶和下降台阶的二进制代码分别用“1” 和“0”表示。这个过程就是增量编码。如上图 所示的模拟信号m(t ) 采用增量调制编码编出的 二进制代码为:01010111111100011。
Amax Ts
17
最大量化信噪比
不过载情况下，ΔM的量化噪声：
1 2 e P(e)de e de 2 3
2 q 2
2
e(t)=S(t)-Sl(t),且假定e(t)值在(+Δ,-Δ) 之间为 均匀分布, 即 p(e)＝1／(2Δ )。
18
最大量化信噪比（续1）
2 n 2 t
2 q
由式(7—3)及(7—29),上式可写成
2P 2 2 f B 2 n 2b flTs 3 fs
临界过载时,由式(7—5)可知最大量化信噪 比：
S 2 q f s3 3 8 2 f 2 f B max
利用式(7-4)求得Smax,则有误码存在时ΔM系 统的最大量化信噪比
13
接收端解码电路
组成：
由译码器 低通滤波器
作用：滤除m1(t)中的高次谐波，使输 出波形平滑，更加逼近原来的模拟信 号m(t)。
14
与DPCM的关系
由于ΔM前后两个样值的差值的量化编码, 所以 ΔM实际上是最简单的一种DPCM方案，预测值仅用前 一个样值来代替， 即当DPCM系统的预测器是一个延 迟单元。量化电平取为2时，该DPCM系统就是一个简 单ΔM系统， 如下图所示：
∫
I(f) I(f) 发送端 +
_
∑
判决
增量调制信号
∫
A
g(t)
脉冲发生
脉冲发生 接收端
∫
I(f)
d dt
B 低通滤波 Sˊ(t)
D(f)
△―∑调制基本原理
24
与简单ΔM的主要区别
将输入信号先进行积分,使信号高频分量幅度下 降,然后再进行ΔM调制。在接收端必然要进行一次 微分,以补偿发端积分后引起的频率失真。若积分 器与微分器是互补的,则接收端积分器与微分器均 可省去,使电路得到简化。 Δ-∑调制
10
发送端编码器
组成:
相减器 判决器 本地译码器
由积分器和脉冲产生器组成。 作用：根据c(t)，形成预测信号m1(t)，即 c(t)为“1”码时， m1(t)上一个量阶σ， c(t)为“0”码时，m1(t)下降一个量阶σ， 并送到相减器与m(t)进行幅度比较。
11
发送端编码器
组成:
相减器 判决器 本地译码器
作用:取出差值e(t)， 使e(t)=m(t)-m1(t)。
9
发送端编码器
组成:
相减器 判决器 本地译码器
作用:对差值e(t)的极性进行识别和判决，以便
在抽样时刻输出数码（增量码）c(t)，即如果在 给定抽样时刻ti上有 e(ti)=m(ti)-m1(ti)<0 则判决器输出“1”码； 如有 e(ti)=m(ti)-m1(ti)>0 则输出“0”码。
m(t) 抽样 m(n) ＋ m(n－1) 时延Ts (a) ＋ e(n) － ＋ m(n) 量化 eq(n) ＋ ＋ 编码 c(n) c(n) 解码 eq(n) ＋ ＋ ＋ 时延Ts (b) m(n) 低通 滤波 m(t)