增量调制仿真设计

增量调制仿真设计

1.课程设计目的

（1）加深理解增量调制编译码的基本原理。

（2）培养独立开展科研的能力和编程能力。

（3）了解系统的过载特性,动态范围以及最大量化信噪比等三大指标的测试方法。

2.课程设计要求

（1）掌握课程设计的相关知识、概念清晰。

（2）程序设计合理、能够正确运行。

3.相关知识

3.1增量调制简介

增量调制简称ΔM或增量脉码调制方式（DM），它是继PCM后出现的又一种模拟信号数字化的方法。1946年由法国工程师De Loraine提出，目的在于简化模拟信号的数字化方法。主要在军事通信和卫星通信中广泛使用，有时也作为高速大规模集成电路中的A/D转换器使用。

对模拟信号采样，并用每个样值与它的预测值的差值对周期脉冲序列进行调制，简称墹M或DM。已调脉冲序列以脉冲的有、无来表征差值的正负号，也就是差值只编成一位二进制码。

增量调制的基本原理是于1946年提出的，它是一种最简单的差值脉冲编码。早期的语言增量调制编码器是由分立元件组成的。随着模拟集成电路技术的发展，70年代末出现了音节压扩增量调制集成单片，80年代出现了瞬时压扩集成单片，单片内包括了开关电容滤波器与开关电容积分器，集成度不断提高，使增量调制的编码器的体积减小，功耗降低。

3.2 基本概念

在PCM系统中，为了得到二进制数字序列，要对量化后的数字信号进行编码，每个抽样量化值用一个码组（码字）表示其大小。码长一般为7位或8位，码长越大，可表示的量化级数越多，但编、解码设备就越复杂。那么能否找到其它更为简单的方法完成信号的模/数转换呢？

我们看一下图1。图中在模拟信号f(t)的曲线附近，有一条阶梯状的变化曲线f′(t),f′(t)与f(t)的形状相似。显然，只要阶梯“台阶”σ和时间间隔Δt足够小，则f′(t)与f(t)的相似程度就会提高。对f′(t)进行滤波处理，去掉高频波动，所得到的曲线将会很好地与原曲线重合，这意味着f′(t)可以携带f(t)的全部信息（这一点很重要）。因此，f′(t)可以看成是用一个给定的“台阶”σ对f(t)进行抽样与量化后的曲线。我们把“台阶”的高度σ称为增量，用“1”表示正增量，代表向上增加一个σ；用“0”表示负增量，代表向下减少一个σ。

则这种阶梯状曲线就可用一个“0”、“1”数字序列来表示（如图（1）所示），也就是说，对f′(t)的编码只用一位二进制码即可。此时的二进制码序列不是代表某一时刻的抽样值，每一位码值反映的是曲线向上或向下的变化趋势。这种只用一位二进制编码将模拟信号变为数字序列的方法（过程）就称为增量调制（Del t a Modula t ion），缩写为DM或ΔM调制。

增量调制最早由法国人De Loraine于1946年提出，目的是简化模拟信号的数字化方法。其主要特点是：

(1)在比特率较低的场合，量化信噪比高于PCM。

(2)抗误码性能好。能工作在误比特率为102～103的信道中，而PCM则要

求信道的误比特率为104～106。

(3)设备简单、制造容易。

它与PCM的本质区别是只用一位二进制码进行编码，但这一位码不表示信号抽样值的大小，而是表示抽样时刻信号曲线的变化趋向。

图1 增量调制波形示意示

4 课程设计分析

4.1 ΔM 的调制原理

如何在发送端形成f ′(t )信号并编制成相应的二元码序列呢？仔细分析一上图（1），比较在每个抽样时刻Δt 处的f (t )和f ′(t )的值可以发现,

当f (i Δt )>f ′(i Δt_)时，上升一个σ，发“1”码；

当f (i Δt )

f ′(i Δt_)是第i 个抽样时刻前一瞬间的量化值。

根据上述分析，我们给出增量调制器框图如图2所示。

t 1

1111111100000t 二进制码序列编码后的数字信号

4.2 ΔM的解调原理

为了完成整个通信过程，发送端调制出的信号必须在接收端通过解调恢复出原始模拟信号。ΔM信号的解调比较简单，用一个和本地解码器一样的积分器即可。在接收端和发送端的积分器一般都是一个RC积分器。解调过程就是图4―3中的积分过程。当积分器输入“1”码时，积分器输出产生一个正斜变的电压并上升一个量化台阶σ；而当输入“0”码时，积分器输出电压就下降一个量化台

阶σ。

为了保证解调质量，对解码器有两个要求：

（1） 每次上升或下降的大小要一致，即正负斜率大小一样。

（2） （2）解码器应具有“记忆”功能，即输入为连续“1”或“0”码时，

输出能连续上升或下降。

对积分器的输出信号进行低通滤波，滤除波形中的高频成分，即可得到与原始模拟信号十分近似的解调信号，如图4所示

图4 增量调制译码(解调)示意示

5 增量调制MATLAB 的仿真

5.1 程序代码:

Ts=1e-3;

t=0:Ts:20*Ts;

x=sin(2*pi*50*t)+0.5*sin(2*pi*150*t);

delta=0.4;

D(1+length(t))=0;

for k=1:length(t)

(a) 增量解调器(译码器)框图(b) 各点波形

e(k)=x(k)-D(k);

e_q(k)=delta*(2*(e(k)>=0)-1);

D(k+1)=e_q(k)+D(k);

codeout(k)=(e_q(k)>0);

end

subplot(3,1,1);plot(t,x,'-o');axis([0 20*Ts,-2 2]);hold on;

subplot(3,1,2);stairs(t,codeout);axis([0 20*Ts,-2 2]);

Dr(1+length(t))=0;

for k=1:length(t)

eq(k)=delta*(2*codeout(k)-1);

xr(k)=eq(k)+Dr(k);

Dr(k+1)=xr(k);

end

subplot(3,1,3);stairs(t,xr);hold on;

subplot(3,1,3);plot(t,x);

5.2 增量调制Simulink仿真实现

采用Simulink基本模块实现和采用DPCM编解码模块实现。仿真测试模型如图（6）所示。仿真步进设置为0.001s，模型中所有需要设置采样时间的地方均设置采样时间为0.001s。在增量调制部分，Relay模块作为量化器适应，其门限设置为0，输出值分别设置为0.4和-0.4；Relay作为编码器使用，其门限设置为0，输出值设置为1和0；解码端Relay2模块作为解码器使用，其门限设置为0.5，输出值分别为0.4和-0.4；使用单位延时器Unit Delay作为预测滤波