第3章 模拟信号的数字传输-第2讲.ppt

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1、第2章模拟信号的数字传输3.1概述3.2脉冲编码调制系统（PCM）3.3增量调制(△M)3.4自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)3.5PCM和△M系统性能比较本章学习目标第1讲掌握抽样定理；熟悉脉冲振幅调制（PAM）；熟悉模拟信号均匀量化和非均匀量化的方法；掌握脉冲编码调制（PCM）原理；第2讲熟悉简单增量调制(△M)原理；熟悉差分脉冲编码调制（DPCM）和自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）系统工作原理；了解PCM系统和△M系统的抗噪声性能。3.3增量调制（ΔM）3.3.1简单增量调制（ΔM或DM）3.3.2改进型增量调制系统3.3.1增量调制（DM或

2、△M）1、增量编码的基本原理增量调制（ΔM）将模拟信号变换成每个抽样值仅与1位二进制编码对应的数字信号序列，在接收端只需要一个线性网络便可复制出原模拟信号。假设一个模拟信号m(t)，我们用一时间间隔为Δt，幅度差为±Δu的阶梯波形m’(t)去逼近它，如图所示。只要Δt足够小，即抽样频率fs=1/Δt足够高，且Δu足够小，则x'(t)可以相当近似于x(t)。我们把Δu称作量阶，Δt=Ts称为抽样间隔。图3.15增量调制过程的波形000111110000假设一个模拟信号m(t)，我们用一时间间隔为Δt，幅度差为±Δu的阶梯波形m’(t)去逼近它，如图所示。只要

3、Δt足够小，即抽样频率fs=1/Δt足够高，且Δu足够小，则m'(t)可以相当近似于m(t)。我们把Δu称作量阶，Δt=TS称为抽样间隔。2、ΔM信号译码的基本思想接收端每收到“1”码上升一个量化阶；收到“0”码下降一个量化阶；连续收到“1”码（或“0”码）就使输出一直上升（或下降），这样就可以近似地复制出阶梯波；这样就可以把二进制代码经过译码变成阶梯波。ΔM信号译码可由一个积分器来完成。译码器输出平滑低通滤波器输出接收二进制码图3.16单路ΔM系统简化框图将信号瞬时值与前一个抽样时刻的量化值之差进行量化，且只对这个差值的符号进行编码。（本地译码器）（减法

4、器）（判决器）（译码器）3、简单增量调制系统框图4、增量调制的量化噪声过载量化噪声1）过载量化噪声发生在模拟信号斜率陡变时，由于台阶△是固定的，而且单位时间内台阶数也是确定的，阶梯电压波形就跟不上信号的变化，形成了很大失真的阶梯电压波形。2）最大跟踪斜率设抽样间隔为Δt（抽样速率为fs=1/Δt），则一个量阶△上的最大斜率K为——称为译码器的最大跟踪斜率图3.17ΔM中的量化噪声△△t最大跟踪斜率：一般量化噪声1）如果没有发生上述过载的情况，则模拟信号与阶梯波形之间的误差引起的就是一般量化噪声。2）fs小或△大则一般量化噪声就大，反之，fs大或△小则一

5、般量化噪声也小。3）为了不发生过载现象，必须使fs和△的乘积达到一定的数值，以使信号的实际斜率不超过这个数值，通常可用增大fs或△来达到。一般量化误差：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m′(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m′(t)与m(t)之间仍存在一定的误差eq(t)，它局限在［-△，△］区间内变化，这种误差称为一般量化误差。由前式可见，为了不发生过载，必须增大△或fs。1）增大△，一般量化误差也大，由于简单增量调制的量阶△是固定的，因此很难同时满足两

6、方面的要求。图3–17A量化噪声(a)一般量化误差；(b)过载量化误差2）提高fs对减小一般量化误差和减小过载噪声都有利。因此，ΔM系统中的抽样速率要比PCM系统中的抽样速率高得多。ΔM系统抽样速率的典型值为16kHz或32kHz，相应单话路编码比特率为16kb/s或32kb/s。在正常通信中，不希望发生过载现象，这实际上是对输入信号的一个限制。现以正弦信号为例来说明。设输入模拟信号为m(t)=Asinωkt，其斜率为=Aωkcosωkt可见，斜率的最大值为Aωk。为了不发生过载，应要求临界过载振幅（允许的信号幅度）定义为：式中，fK——

7、信号的频率。当信号斜率一定时，允许的信号幅度随信号频率的增加而减小，这将导致语音高频段的量化信噪比下降。这是简单增量调制不能实用的原因之一。上面分析表明，要想正常编码，信号的幅度将受到限制，我们称Amax为最大允许编码电平。同样，对能正常开始编码的最小信号振幅也有要求。最小编码电平（起始编码电平）Amin为：编码的动态范围定义为：最大允许编码电平Amax与最小编码电平Amin之比，即［Dc］dB=20lg(3)这是编码器能够正常工作的输入信号振幅范围。将式(1)和(2)代入得通常采用fk=800Hz为测试标准，所以动态范围与抽样速率关系

8、抽样速率为fs(kHz)1020324080100编码的动态范围D