增量调制系统

增量调制系统

一、实验目的

1. 掌握利用systemview进行仿真的方法；

2. 理解增量调制编译码的原理；

3. 理解自适应增量调制的原理。

二、实验仪器

电脑，systemview5.0软件

三、实验原理

增量调制简称ΔM或DM，它是继PCM后出现的有一种模拟信号数字传输的方法，可以看成是DPCM的一个重要特例。其目的在于简化语音编码方法。

ΔM与PCM虽然都是用二进制代码去表示模拟信号的编码方式。但是，在PCM中，代码表示样值本身的大小，所需码位数较多，从而导致编、译码设备复杂；而在ΔM中，它只用一位编码表示相邻样值的相对大小，从而反映出抽样时刻波形的变化趋势，与样值本身的大小无关。

1. 简单增量调制编译码的基本思想

为了说明这个概念，我们来看图1。图中，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Δt，相邻幅度差为+σ或-σ的阶梯波形m’(t)来逼近它。只要Δt足够小，即抽样速率fs=1/Δt足够高，且σ足够小，则阶梯波m’(t)可近似代替m(t)。其中，σ为量化台阶，Δt=Ts为抽样间隔。

阶梯波m’(t)有两个特点：第一，在每个Δt间隔内，m’(t)的幅值不

变；第二，相邻间隔的幅值差不是+σ（上升一个量化阶），就是-σ（下降一个量化阶）。利用这两个特点，用“1”码和“0”码分别代表m’(t)上升或下降一个量化阶σ，则m’(t)就被一个二进制序列表征（见图8 -1横轴下面的序列）。于是，该序列也相当表征了模拟信号m(t)，实现了模/数转换。除了用阶梯波m’(t)近似m(t)外，还可用另一种形式——图中虚线所示的斜变波m1(t)来近似m(t)。斜变波m1(t)也只有两种变化：按斜率σ/Δt 上升一个量阶和按斜率-σ/Δt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。由于斜变波m1(t)在电路上更容易实现，实际中常采用它来近似m(t)。

图1 增量编码波形示意图

与编码相对应，译码也有两种形式。一种是收到“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。另一种是收到“1”码后产生一个正斜率电压，在Δt时间内上升一个量阶σ，收到“0”码后产生一个负斜率电压，在Δt时间内下降一个量阶σ，这样把二进制代码经过译码后变为如m1(t)这样的斜变波。考虑到电路上实现的简易程度，一般都采用后一种方法。

2.预测编码的工作原理

预测编码方式，是目前应用比较广泛的声码器技术之一。常见的DPCM、ADPCM、DM调制等都属于预测编码方式的声码器技术。所谓预

测编码，就是根据过去的信号样值预测下一个样值，并仅把预测值与现实的样值之差（预测误差）加以量化、编码以后进行传输的方式，如图2所示。在接收端，经过和发送端的预测完全相同的操作，可以得到量化的原信号，然后再通过低通滤波器便可恢复与原信号近似的波形。在这种情况下，如果能进行适当的预测，便可期望预测误差的幅度变化范围比信号自身的振幅变化范围小。因此，如果解调后的量化噪声相同，则传输预测误差的方式所需的量化比特数将比传输信号瞬时振幅值的一般PCM方式所需的量化比特数少；或者在比特数与PCM方式相同情况下，可获得更高的传输质量。

图2 预测编码原理图

3. 增量调制的过载特性

增量调制和PCM相似，在模拟信号的数字化过程中也会带来误差而形成量化噪声。如图3 所示，误差表现为两种形式：一种称为过载量化误差，另一种称为一般量化误差。

当输入模拟信号m(t)斜率陡变时，本地译码器输出信号mʹ(t)跟不上信号m(t)的变化，如图3(b)所示。这时，mʹ(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，产生的失真称为过载失真，或称过载噪声。这是在正常工作时必须而且可以避免的噪声。

图 3 量化噪声

(a) 一般量化误差； (b) 过载量化误差

设抽样间隔为Δt（抽样速率为），则一个量阶σ上的最大斜率K为

它被称为译码器的最大跟踪斜率。显然，当译码器的最大跟踪斜率大于或等于模拟信号m(t)的最大变化斜率时，即

译码器输出mʹ(t)能够跟上输入信号m(t)的变化，不会发生过载现象，因而不会形成很大的失真。当然，这时mʹ(t)与m(t)之间仍存在一定的误差，它局限在［-σ,σ］区间内变化，如图3(a)所示，这种误差称为一般量化误差。

四、实验步骤

图4所示为一简单增量调制的仿真实验原理图。

图4 简单增量调制的仿真原理图

1. 图中的话音信号源采用了一高斯噪声源经过3kHz低通滤波器

后的输出来模拟。

2. 图符0为一个比较器（作为判决器），图符1、3、5构成了一

个预测器，判决器输入信号A与预测器的预测值B进行比较，

当A≥B时判决器输出+1，否则输出-1。

3. 预测器预测值实际就是上一时刻的抽样值与差值（Δ）的叠

加，图符5改变增益就可以改变Δ大小，而图符3（加法器）

正是完成了上一时刻的抽样值与差值（Δ）的叠加。

4. 解调器部分直接使用积分器（图符6）和巴特沃斯低通滤波

器（图符13）组成，低通滤波器主要用来滤除输出信号中的

高频成分，使输出波形更加平滑。

五、实验报告要求

1．用systemview软件画出图4所示的简单增量调制系统的仿真图。

2．图符12、2、4分别输出显示输入波形、经过判决器抽样后的波形、输出波形。记录其波形。

3．改变图4中简单增量调制的Δ值，观察输出信号的失真情况。