2001 Copyright SCUT DT&P Labs 1
数字通信原理
（ 5）
2001 Copyright SCUT DT&P Labs 2
第七章 增量调制
2001 Copyright SCUT DT&P Labs 3
7.0 概述
1,增量调制（?M）,一种信源编码方式；
2,?M 调制的特点：每次抽样只输出 1bit反映输入信号波形变换的编码信号，简单可靠；
3,?M 调制编码的基本思想：用一阶梯波逼近一个连续信号；
4,?M 调制的主要应用：军用通信系统。
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7.1 简单增量调制 (?M)原理
1,编码器与解码器定义符号,S(t):输入模拟信号； S(n),S(t)信号的抽样值；
Sl(t):重建 (本地译码 )信号； Sl(n):重建信号的样值；
e(t):差值信号； e(n):差值信号样值；
C(n):判决信号输出。
编码器实现方法 原理电路
－ ＋判决器积分器 脉冲发生器
S(t) e(t)
Sl(t)
C(n)
抽样定时
Q[ ]
Z-1 ＋
数码形成
S(n) e(n)
Sl(n) C(n)
eq(n)
S(n)
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7.1 简单增量调制 (?M)原理
2.增量调制 (?M)实现过程判决输出,量化输出,编码输出,
e(t)=S(t)-Sl(t) >= 0 ; e(n) >= 0,eq(n)=+? ; C(n) = 1 ;
e(t)=S(t)-Sl(t) < 0 ; e(n) < 0,eq(n)= -?; C(n) = 0.
S(t)
S
l
(t)
抽样脉冲
Q[e(n)]
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1C(n)
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7.1 简单增量调制 (?M)原理解码器实现方法原理电路积分器脉冲发生器 低通滤波器C(n)
Sl(t) S’(t)
＋
Z-1
解码 S’(n)C(n)
eq(n)
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7.1 简单增量调制 (?M)原理
3.量化噪声与过载噪声
(1)过载噪声：本地译码信号 Sl(t)跟不上输入信号 S(t)变换产生的失真称之。
S(t)信号变化率,dS(t)/dt;
Sl(t)信号最大变化率,?/Ts = fs?;
当 | dS(t)/dt | < = fs?,不会产生过载失真；
| dS(t)/dt | > fs?,会产生过载失真,
S(t)
S
l
(t)
S(t)
抽样脉冲
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7.1 简单增量调制 (?M)原理
3.量化噪声与过载噪声 (续前 )
（临界）无过载失真的最大跟踪斜率,?/Ts = fs?
例：对正弦信号,S(t)=AmaxCos?t
|dS(t)/dt|=Amax?,不产生过载失真要求：
fs? > = Amax? 。
(2) 量化噪声由,e(t)=S(t)-Sl(t)，
在无过载的情况下，可认为 e(t)在 (－?，＋?)内均匀分布，量化噪声：
32
1)( 2222
q
dXedXepe?
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7.1 简单增量调制 (?M)原理
3.量化噪声与过载噪声 (续前 )
若将 e(t)近似看作一个功率均匀分布在 0～ fS频带内的信号，
则功率密度谱为,
设接收端低通滤波器的带宽为,fB,则接收端收到的总的噪声功率为：
SS
q
ff 3
22?
B
S
q ff3'
2
2
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7.1 简单增量调制 (?M)原理
4.正弦信号临界过载时的 SNRmax
由临界过载条件,fs? > = Amax?,正弦信号功率,S＝ A2max/2
信噪比：
因为 30lg2＝ 9,所以 fS每提高一倍,SNRmax提高 9dB；
20lg2＝ 6,所以 f每提高一倍,SNRmax减少 6dB。
对语音信号,fS通常要比 PCM情况下的采用频率高几倍。
22
22
2
222
m a x
822S f
ffA SS
B
S
SB
S
ff
f
ff
ff
2
3
2
2222
ma x 038.03
8S NR?
14lg10lg20lg30S N R m a x BS fff
2001 Copyright SCUT DT&P Labs 11
7.2 数字压扩自适应增量调制
1,简单增量调制的缺陷
取值太小，容易产生过载失真；
取值太大，量化噪声增大。
2,数字自适应压扩式?M 基本原理自动跟踪输入信号的变化，当连,0” 或连,1” 数目变化时，动态调节?的大小；
编码器 － 判决器积分器 脉冲调幅器
S(t) e(t)
Sl(t)
C(n)抽样定时极性控制平滑电路 连码检测
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7.2 数字压扩自适应增量调制
2,数字自适应压扩式?M 基本原理（续前）
连码检测电路,检测连,0” 或连,1” 数目，获取自适应改变?的信息。
平滑 (积分 )电路,将检测输出的数字信号平滑后控制?调幅器；
极性控制,决定脉冲的极性
,0” 对应负脉冲；
,1” 对应正脉冲。
调幅器,动态确定?的幅度大小。
判决器与积分器,作用与普通的?M中的相应部件功能相同。
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极性控制 积分器脉冲调幅器
C(n) S’(n)
平滑电路连码检测
7.2 数字压扩自适应增量调制
2,数字自适应压扩式?M 基本原理（续前）
解码器：
低通滤波器
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7.2 数字压扩自适应增量调制
3,数字自适应压扩式?M 信噪比改善信号幅度的下降对信噪比的影响远较简单增量调制时小。
0 -10 -20 -30 -40 -50 -60
-30
-20
-10
0
SNR/SNR
m a x
(dB)
A/A
m a x
(dB)
数字压扩增量调制简单增量调制
数字通信原理
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第七章 增量调制
2001 Copyright SCUT DT&P Labs 3
7.0 概述
1,增量调制（?M）,一种信源编码方式；
2,?M 调制的特点：每次抽样只输出 1bit反映输入信号波形变换的编码信号，简单可靠；
3,?M 调制编码的基本思想：用一阶梯波逼近一个连续信号；
4,?M 调制的主要应用：军用通信系统。
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7.1 简单增量调制 (?M)原理
1,编码器与解码器定义符号,S(t):输入模拟信号； S(n),S(t)信号的抽样值；
Sl(t):重建 (本地译码 )信号； Sl(n):重建信号的样值；
e(t):差值信号； e(n):差值信号样值；
C(n):判决信号输出。
编码器实现方法 原理电路
－ ＋判决器积分器 脉冲发生器
S(t) e(t)
Sl(t)
C(n)
抽样定时
Q[ ]
Z-1 ＋
数码形成
S(n) e(n)
Sl(n) C(n)
eq(n)
S(n)
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7.1 简单增量调制 (?M)原理
2.增量调制 (?M)实现过程判决输出,量化输出,编码输出,
e(t)=S(t)-Sl(t) >= 0 ; e(n) >= 0,eq(n)=+? ; C(n) = 1 ;
e(t)=S(t)-Sl(t) < 0 ; e(n) < 0,eq(n)= -?; C(n) = 0.
S(t)
S
l
(t)
抽样脉冲
Q[e(n)]
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1C(n)
2001 Copyright SCUT DT&P Labs 6
7.1 简单增量调制 (?M)原理解码器实现方法原理电路积分器脉冲发生器 低通滤波器C(n)
Sl(t) S’(t)
＋
Z-1
解码 S’(n)C(n)
eq(n)
2001 Copyright SCUT DT&P Labs 7
7.1 简单增量调制 (?M)原理
3.量化噪声与过载噪声
(1)过载噪声：本地译码信号 Sl(t)跟不上输入信号 S(t)变换产生的失真称之。
S(t)信号变化率,dS(t)/dt;
Sl(t)信号最大变化率,?/Ts = fs?;
当 | dS(t)/dt | < = fs?,不会产生过载失真；
| dS(t)/dt | > fs?,会产生过载失真,
S(t)
S
l
(t)
S(t)
抽样脉冲
2001 Copyright SCUT DT&P Labs 8
7.1 简单增量调制 (?M)原理
3.量化噪声与过载噪声 (续前 )
（临界）无过载失真的最大跟踪斜率,?/Ts = fs?
例：对正弦信号,S(t)=AmaxCos?t
|dS(t)/dt|=Amax?,不产生过载失真要求：
fs? > = Amax? 。
(2) 量化噪声由,e(t)=S(t)-Sl(t)，
在无过载的情况下，可认为 e(t)在 (－?，＋?)内均匀分布，量化噪声：
32
1)( 2222
q
dXedXepe?
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7.1 简单增量调制 (?M)原理
3.量化噪声与过载噪声 (续前 )
若将 e(t)近似看作一个功率均匀分布在 0～ fS频带内的信号，
则功率密度谱为,
设接收端低通滤波器的带宽为,fB,则接收端收到的总的噪声功率为：
SS
q
ff 3
22?
B
S
q ff3'
2
2
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7.1 简单增量调制 (?M)原理
4.正弦信号临界过载时的 SNRmax
由临界过载条件,fs? > = Amax?,正弦信号功率,S＝ A2max/2
信噪比：
因为 30lg2＝ 9,所以 fS每提高一倍,SNRmax提高 9dB；
20lg2＝ 6,所以 f每提高一倍,SNRmax减少 6dB。
对语音信号,fS通常要比 PCM情况下的采用频率高几倍。
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22
2
222
m a x
822S f
ffA SS
B
S
SB
S
ff
f
ff
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ma x 038.03
8S NR?
14lg10lg20lg30S N R m a x BS fff
2001 Copyright SCUT DT&P Labs 11
7.2 数字压扩自适应增量调制
1,简单增量调制的缺陷
取值太小，容易产生过载失真；
取值太大，量化噪声增大。
2,数字自适应压扩式?M 基本原理自动跟踪输入信号的变化，当连,0” 或连,1” 数目变化时，动态调节?的大小；
编码器 － 判决器积分器 脉冲调幅器
S(t) e(t)
Sl(t)
C(n)抽样定时极性控制平滑电路 连码检测
2001 Copyright SCUT DT&P Labs 12
7.2 数字压扩自适应增量调制
2,数字自适应压扩式?M 基本原理（续前）
连码检测电路,检测连,0” 或连,1” 数目，获取自适应改变?的信息。
平滑 (积分 )电路,将检测输出的数字信号平滑后控制?调幅器；
极性控制,决定脉冲的极性
,0” 对应负脉冲；
,1” 对应正脉冲。
调幅器,动态确定?的幅度大小。
判决器与积分器,作用与普通的?M中的相应部件功能相同。
2001 Copyright SCUT DT&P Labs 13
极性控制 积分器脉冲调幅器
C(n) S’(n)
平滑电路连码检测
7.2 数字压扩自适应增量调制
2,数字自适应压扩式?M 基本原理（续前）
解码器：
低通滤波器
2001 Copyright SCUT DT&P Labs 14
7.2 数字压扩自适应增量调制
3,数字自适应压扩式?M 信噪比改善信号幅度的下降对信噪比的影响远较简单增量调制时小。
0 -10 -20 -30 -40 -50 -60
-30
-20
-10
0
SNR/SNR
m a x
(dB)
A/A
m a x
(dB)
数字压扩增量调制简单增量调制
