《通信原理》课程设计说明书.doc

1 增量调制的基本概念 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？ 如图1.1所示： 图1.1 增量调制波形示意图 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1.1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（Delta Modulation），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～的信道中，而PCM则要求信道的误比特率为～。 (3) 设备简单，制造容易。 增量调制与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。2 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？仔细分析一下图1.1，比较在每个抽样时刻Δt处的f(t)和f′(t)的值可以发现： （1）当f(iΔt)f′(iΔt_)时，上升一个σ，发“1”码 （2）当f(iΔt)f′(iΔt_)时，下降一个σ，发“0”码 f′(iΔt)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2.1所示： 图2.1 增量调制原理框图 f′(iΔt)可以由编码输出的二进制序列反馈到一个理想的积分器以后得到。由于该积分器又具有解码功能，因此又称为本地解码器（译码器）。f(iΔt)和f′(iΔt)的差值，可以用一个比较电路（减法器）来完成。量化编码可以用一个双稳判决器来执行，并生成双极性二进制码序列。具体调制过程描述如下： 设f′(0-)=0（即t=0时刻前一瞬间的量化值为零），因此有： t=0时，e(0)=f(0)-f′(0-)0，则Po(0)=1 t=Δt时， e(Δt)=f(Δt)-f′(Δt_)0，则Po(Δt)=1； t=2Δt时，e(2Δt)=f(2Δt)-f′(2Δt_)0，则Po(2Δt)=0； t=3Δt时，e(3Δt)=f(3Δt)-f′(3Δt_)0，则Po(3Δt)=1； t=4Δt时，e(4Δt)=f(4Δt)-f′(4Δt_)0，则Po(4Δt)=0； t=5Δt时，e(5Δt)=f(5Δt)-f′(5Δt_)0，则Po(5Δt)=1； t=6Δt时，e(6Δt)=f(6Δt)-f′(6Δt_)0，则Po(6Δt)=1。 以此类推，即可得到如图2.2所示的波形： 图2.2 增量调制过程示意图 发现图2.2中的f′(t)和图1.1的波形不一样。其实，图1.1的阶梯波只是为了形象地说明增量调制原理，而实际积分器的输出波形如图2.3所示： 图2.3 积分器输出信号 3 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2.2和图2.3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）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3.1所示： 图3.1 增量调制译码(解调)示意图 4 增量调制存在的问题 增量调制尽管有前面所述的不少优点，但它