改進(jìn)型增量調(diào)制系統(tǒng)

1、改進(jìn)型增量調(diào)制系統(tǒng)數(shù)字通信技術(shù) 改進(jìn)型增量調(diào)制系統(tǒng) 在前面討論的M系統(tǒng)中，量階都是固定不變的，稱為簡單增量調(diào)制。簡單增量調(diào)制由于量階保持不變，故存在以下幾點(diǎn)主要缺點(diǎn)：第一、簡單增量調(diào)制輸入信號頻率每提高一倍，量化信噪比下降6dB。所以簡單增量調(diào)制時高頻段的量化信噪比下降；第二、編碼的動態(tài)范圍（即不過載最大編碼信號電平與最小編碼信號電平之比）與輸入信號的頻率成反比。例如，在32kHz的抽樣頻率下，若S0/Nq最低限值為15dB，信號的動態(tài)范圍只有11dB左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足通信質(zhì)量的要求（35dB50dB），除非抽樣頻率大于100kHz才有實(shí)用意義。因此，人們提出了各種改進(jìn)簡單增量調(diào)制的方法。1.

2、1 增量總和調(diào)制（-） 增量總和調(diào)制（-）主要是針對簡單增量調(diào)制易出現(xiàn)過載失真而采取的改進(jìn)措施。改進(jìn)的辦法是對輸入模擬信號m(t)先積分，然后進(jìn)行簡單增量調(diào)制。為什么先積分再進(jìn)行增量調(diào)制就能改進(jìn)簡單增量調(diào)制的過載特性呢？ 從前面的分析我們知道，對于高頻成分豐富的輸入信號m(t)，由于其在波形上急劇變化的時刻比較多，直接進(jìn)行簡單增量調(diào)制往往造成ma(t)跟不上m(t)的變化，出現(xiàn)比較嚴(yán)重的斜率過載失真；而對低頻成分豐富的輸入信號m(t)，由于其在波形上緩慢變化的時刻比較多，當(dāng)幅度的變化在/2以內(nèi)，又會出現(xiàn)連續(xù)的“1”、“0”交替碼，導(dǎo)致信號平穩(wěn)期間幅度信息的丟失。 但如果對輸入的模擬信號m(t)

3、先進(jìn)行積分，則積分以后信號波形將使m(t)波形中原來變化急劇的部分變得緩慢，而原來變化平直的部分變得比較陡峭，這樣就可以解決原輸入信號急劇變化時易出現(xiàn)斜率過載失真和緩慢變化時易出現(xiàn)顆粒噪聲的問題。由于對m(t)先積分再進(jìn)行增量調(diào)制，因此，在接收端解調(diào)以后要對解調(diào)信號微分，以便恢復(fù)原來的信號。這種先積分后增量調(diào)制的方法稱為增量總和調(diào)制，用-表示。 由此可見，增量總和調(diào)制與M的區(qū)別僅在于在發(fā)端先對m(t)積分，即m(t)經(jīng)過積分器后再送到增量調(diào)制器，而收端譯碼器后面要加一個微分電路以抵消積分器對信號的影響（積分使信號的高頻分量幅度減?。?，由此可以構(gòu)成圖4-4所示的-調(diào)制系統(tǒng)。圖中接收端有一個積分器

4、和一個微分器，微分和積分的作用互相抵消，因此，接收端一般只要一個低通濾波器即可。圖4-4 調(diào)制系統(tǒng)原理框圖 M調(diào)制的代碼反映著相鄰兩個抽樣值變化量的正負(fù)，這個變化量就是增量，因此稱為增量調(diào)制。增量又有微分的含義，因此增量調(diào)制也可稱為微分調(diào)制。其二進(jìn)制代碼攜帶輸入信號增量的信息，或者說攜帶輸入信號微分的信息。正因?yàn)镸的二進(jìn)制代碼攜帶的是微分信息，因此接收端只對代碼積分就可以獲得傳輸?shù)男盘柫恕?調(diào)制的代碼就不同了，因?yàn)樾盘柺墙?jīng)過積分后再進(jìn)行增量調(diào)制。這樣-攜帶的是信號積分后的微分信息。由于微分和積分互相抵消，因此-的代碼實(shí)際上代表輸入信號振幅信息。此時收端只要加一個濾除帶外噪聲的低通濾波器即可恢復(fù)

5、傳輸?shù)男盘枴?從過載特性來看，設(shè)輸入模擬信號為m(t)=Asint，在-調(diào)制系統(tǒng)中，是先對m(t)積分再進(jìn)行簡單增量調(diào)制，只要滿足不過載條件Afs，其與輸入信號頻率f無關(guān)，這樣信號功率P和信噪比S/Nq也都與輸入信號頻率f無關(guān)，只要信號的最大幅度不超過fs，系統(tǒng)就能正常工作。 另外，由于調(diào)制系統(tǒng)信噪比與輸入信號頻率f無關(guān)，這種系統(tǒng)對于需要預(yù)加重的話音信號比較合適，而預(yù)加重話音信號在接收端還要加上去加重的電路，這樣還可以提高信噪比2dB以上。 與簡單增量調(diào)制相似，-調(diào)制系統(tǒng)也存在動態(tài)范圍小的缺點(diǎn)。要想解決這個問題只有使量階的大小自動跟隨信號幅度大小變化。1.2 自適應(yīng)增量調(diào)制 通過上面對簡單增量

6、調(diào)制性能的討論，我們知道，依照信號斜率的大小來改變量階，使之自動適應(yīng)信號斜率的變化，是在適當(dāng)?shù)某闃宇l率下減小量化失真（過載失真和一般量化失真）的有效方法，自適應(yīng)增量調(diào)制（ADM），就是一種可以自動調(diào)節(jié)量階的增量調(diào)制方式。在ADM中，因量階不再固定，這就相當(dāng)于非均勻量化，故也叫壓擴(kuò)式自適應(yīng)增量調(diào)制。為了使M的量化級能自適應(yīng)，人們研究了各種各樣的方法。所有方法的共同點(diǎn)，都是在檢測到斜率過載時開始增大量階；斜率降低時減小量階。有的方法是直接測量輸入信號斜率或直接發(fā)送量階信息，有的則是從傳輸數(shù)碼中獲取量階信息。 根據(jù)自適應(yīng)的速度（改變量階所需時間的長短）的不同，ADM又分為瞬時壓擴(kuò)和音節(jié)壓擴(kuò)兩種。所謂

7、瞬時壓擴(kuò)，是指量階隨輸入信號的瞬時值而自適應(yīng)變化，其特點(diǎn)是量階的變化速度與抽樣速度相同，即每一個TS，量階調(diào)整一次以跟蹤輸入信號斜率的變化。音節(jié)壓擴(kuò)是指量階隨輸入信號一個音節(jié)時間的平均斜率而改變。音節(jié)是指輸入信號包絡(luò)變化的一個周期。這個周期一般是隨機(jī)的，但大量統(tǒng)計(jì)證明，這個周期趨于某一固定值，確切地說，音節(jié)就是指這個固定值。對于話音信號而言，一個音節(jié)一般約為10ms。因此，值按音節(jié)改變，就意味著在某一音節(jié)內(nèi)量階值是保持不變的。但在不同音節(jié)內(nèi)的值將改變。對話音信號采用音節(jié)壓擴(kuò)比采用瞬時壓擴(kuò)具有更大的優(yōu)越性。1.3 數(shù)字壓擴(kuò)自適應(yīng)增量調(diào)制 數(shù)字壓擴(kuò)自適應(yīng)增量調(diào)制是數(shù)字檢測、音節(jié)壓縮與擴(kuò)張自適應(yīng)增量

8、調(diào)制的簡稱。在數(shù)字壓擴(kuò)自適應(yīng)增量調(diào)制中，其量階是隨輸入信號一個音節(jié)時間內(nèi)的平均斜率而變的。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，首先要解決怎樣提取一個音節(jié)時間內(nèi)輸入信號平均斜率的信息，并用該信息去控制量階，使之作相應(yīng)變化。為此，我們先來觀察圖4-5中所輸出信碼與輸入信號斜率之間的關(guān)系。圖4-5 信碼中連“1”或連“0”碼與輸入信號斜率的關(guān)系 信源信號斜率的絕對值愈大，則信碼流c(t)中連“1”碼（對應(yīng)正斜率）或連“0”碼（對應(yīng)負(fù)斜率）的數(shù)目也愈多。由于輸出數(shù)碼流中，連碼情況與信源信號的斜率有關(guān)，因此，一個音節(jié)時間內(nèi)平均斜率的信息可以從c(t)中提取。為實(shí)現(xiàn)上述原理，可用數(shù)字電路來檢測和提取用于控制變化的電壓。即用

9、數(shù)字電路檢測一個音節(jié)時間內(nèi)c(t)連“1”碼或連“0”碼的數(shù)目，如該數(shù)目大，說明信號平均斜率的絕對值大，從而使量階增大，這就實(shí)現(xiàn)了使量階電壓隨輸入信號一個音節(jié)時間內(nèi)的平均斜率而變化的設(shè)想。因?yàn)楦淖兞侩A的控制電壓是用數(shù)字檢測的方法得到的，故也稱為數(shù)字檢測音節(jié)壓擴(kuò)增量調(diào)制，其實(shí)現(xiàn)原理框圖如圖4-6所示。圖4-6 數(shù)字檢測音節(jié)壓擴(kuò)自適應(yīng)增量調(diào)制系統(tǒng)原理框圖 從圖4-6中可以看出，在發(fā)送端數(shù)字檢測音節(jié)壓擴(kuò)增量調(diào)制是在簡單M的基礎(chǔ)上加上數(shù)字檢測、平滑電路和脈沖幅度調(diào)制器三部分組成，這三部分共同起著音節(jié)壓縮作用。其工作原理如下。 當(dāng)數(shù)字檢測器檢測到一定長度的連“1”或連“0”碼時，便輸出一定寬度的脈沖，且連“1”或連“0”碼越多（即信號斜率越大），輸出的脈沖就越寬。這個輸出脈沖加到平滑電路，實(shí)際上就是一個積分器，它起按照音節(jié)平均的作用，將帶有平均斜率信息的輸出電平就作為脈沖幅度調(diào)制器的控制電平。由于控制電平在音節(jié)內(nèi)已被平滑，故可看成基本不變，但在不同音節(jié)上將可能有不同的控制電平。 控制電平太大時，脈沖幅度調(diào)制器的輸出脈沖幅度就高；反之，其輸出脈沖幅度就低。這樣，本地譯碼器輸出的量階將隨脈沖幅度調(diào)制器輸出脈沖幅度的變化而變化，從而達(dá)到了音節(jié)壓縮的目的。由于量階的大小直接反映了重建模擬信號所需的斜率/TS，且隨脈沖幅度調(diào)制器輸出連續(xù)可變，故這種數(shù)字檢測、音節(jié)壓擴(kuò)