6-1
《通信原理,第三十五讲
§ 6.5 增量调制（ M? ）
增量调制简称 M? 或 DM，它是继PCM后出现的又一种模拟信号数字传输的方法。
PCM 中，代码表示样值本身的大小，所需码位数较多，导致编译码设备复杂；而在 M? 中，它只用一位编码表示相邻样值的相对大小，从而反映抽样时刻波形的变化趋势，而与样值本身的大小无关。
M? 与 PCM 编码方式相比具有编译码 设备简单，低比特率时的量化信噪比高，抗误码特性好等优点。
一,简单增量调制
a) 编译码的基本思想
语音信号，如果抽样速率很高，那么相邻样点之间的幅度变化不会很大，相邻抽样值的相对大小（差值）同样能反映模拟信号的变化规律。
为了说明这个概念，我们来看图 6-31。图中,)(tm 代表时间连续变化的模拟信号，我们可以用一个时间间隔为 t?,相邻幅度差为 +σ 或 -σ 的阶梯波形
)(tm′ 来逼近它。只要 t? 足够小，即抽样速率 tf
s
= /1 足够高，且 σ 足够小，则阶梯波 )(tm′ 可近似代替 )(tm 。
阶梯波 )(tm′ 有两个特点：第一，在每个 t? 间隔内,)(tm′ 的幅值不变。第二，
相邻间隔的幅值差不是 +σ （上升一个量化阶）就是 -σ （下降一个量化阶） 。
利用这两个特点，用,1”码和,0”码分别代表 )(tm′ 上升或下降一个量化阶 σ,
则 )(tm′ 就被一个二进制序列表征。还可用斜变波 )(
1
tm 来近似 )(tm 。斜变波也只有两种变化：按斜率 σ / t? 上升一个量阶和按斜率 -σ / t? 下降一个量阶。用, 1”
码表示正斜率，用,0”码表示负斜率，同样可以获得二进制序列。
6-2
图 6-31 增量编码波形示意图
与编码相对应，译码也有两种形式。一种是收到,1”码上升一个量阶（跳变）,收到,0”码下降一个量阶（跳变）,这样把二进制代码经过译码后变为 )(tm′
这样的阶梯波。另一种是收到,1”码后产生一个正斜率电压，在 t? 时间内上升一个量阶 σ,收到,0”码后产生一个负斜率电压，在 t? 时间内下降一个量阶 σ,
这样把二进制代码经过译码后变为如 )(
1
tm 这样的斜变波。考虑到电路上实现的简易程度，一般都采用后一种方法。这种方法可用一个简单的 RC 积分电路，即可把二进制代码变为 )(
1
tm 这样的波形，如图 6-32 所示。
图 6-32 积分器译码原理
b) 简单 M? 系统方框图
6-3
发送端编码器是相减器,判决器,本地译码器及脉冲产生器 （极性变换电路）
组成的一个闭环反馈电路。其中，相减器的作用是取出差值 )(te,使
)()()(
1
tmtmte?= ；判决器也称比较器或数码形成器，它的作用是对差值 )(te 的极性进行识别和判决，以便在抽样时刻输出数码（增量码） )(tc,即如果在给定抽样时刻
i
t 上，有
0)()()(
1
>?=
iii
tmtmte
则判决器输出,1”码；如有
0)()()(
1
<?=
iii
tmtmte
则输出,0”码；积分器和脉冲产生器组成本地译码器，它的作用是根据 )(tc,
形成预测信号 )(
1
tm,即 )(tc 为,1”码时,)(
1
tm 上升一个量阶 σ, )(tc 为,0”
码时,)(
1
tm 下降一个量阶 σ,并送到相减器与 )(tm 进行幅度比较。
6-33 简单 M? 系统框图
接收端解码电路由译码器和低通滤波器组成。 译码器与发送端的本地译码器相同，用来由 )(tc 恢复 )(
1
tm,低通滤波器的作用是滤除 )(
1
tm 中的高次谐波，使输出波形平滑。
二,增量调制的过载特性与动态编码范围
6-4
增量调制也会带来误差而形成量化噪声。
图 6-35 量化噪声
当输入模拟信号 )(tm 斜率徒变时，本地译码器输出信号 )(tm′ 跟不上信号
)(tm 的变化,)(tm′ 与 )(tm 之间的误差明显增大，引起译码后信号的严重失真，
这种现象叫过载现象，产生的失真称为过载失真，或称过载噪声。
设抽样间隔为 t? （抽样速率为 tf
s
= /1 ）,则一个量阶 σ 上的最大斜率 K
为
s
f
t
K?=
= σ
σ
(6.5-1)
它被称为译码器的最大跟踪斜率。当
s
f
dt
tdm
≤σ
max
)(
(6.5-2)
译码器输出 )(tm′ 能够跟上输入信号 )(tm 的变化,)(te
q
局限在[- σ, σ ]区间内变化，这种误差称为一般量化误差。
为了不发生过载，必须增大 σ 和
s
f 。但 σ 增大，一般量化误差也大，由于简单增量调制的量阶 σ 是固定的，很难同时满足两方面的要求。不过，提高
s
f 对减小一般量化误差和减小过载噪声都有利。 因此,M? 系统中的抽样速率要比
PCM 系统中的抽样速率高的多。
6-5
设输入模拟信号为 tAtm
k
ωsin)( =,其斜率为
tA
dt
tdm
kk
ωω cos
)(
=
为了不发生过载，应要求
sk
fA?≤σω (6.5-3)
所以，临界过载振幅（允许的信号幅度）为
k
s
k
s
f
ff
A
π
σ
ω
σ
2
max
=
= (6.5-4)
式中,
k
f 为信号的频率。可见，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。
max
A 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。不难分析，最小编码电平
min
A 为
2
min
σ
=A (6.5-5)
因此，编码的动态范围定义为：最大允许编码电平
max
A 与最小编码电平
min
A
之比，即
min
max
lg20][
A
A
D
dBc
= (6.5-6)
这是编码器能够正常工作的输入信号振幅范围。
[]
=
=
k
s
k
s
dBc
f
f
f
f
D
π
σ
π
σ
lg20
2
/
2
lg20 (6.5-7)
通常采用
k
f =800Hz 为测试标准，所以
[]?
=
π800
lg20
s
dBc
f
D (6.5-8)
简单增量调制的编码动态范围较小，在低传码率时，不符合话音信号要求。
因此，实用中的 M? 常用它的改进型。
《通信原理,第三十五讲
§ 6.5 增量调制（ M? ）
增量调制简称 M? 或 DM，它是继PCM后出现的又一种模拟信号数字传输的方法。
PCM 中，代码表示样值本身的大小，所需码位数较多，导致编译码设备复杂；而在 M? 中，它只用一位编码表示相邻样值的相对大小，从而反映抽样时刻波形的变化趋势，而与样值本身的大小无关。
M? 与 PCM 编码方式相比具有编译码 设备简单，低比特率时的量化信噪比高，抗误码特性好等优点。
一,简单增量调制
a) 编译码的基本思想
语音信号，如果抽样速率很高，那么相邻样点之间的幅度变化不会很大，相邻抽样值的相对大小（差值）同样能反映模拟信号的变化规律。
为了说明这个概念，我们来看图 6-31。图中,)(tm 代表时间连续变化的模拟信号，我们可以用一个时间间隔为 t?,相邻幅度差为 +σ 或 -σ 的阶梯波形
)(tm′ 来逼近它。只要 t? 足够小，即抽样速率 tf
s
= /1 足够高，且 σ 足够小，则阶梯波 )(tm′ 可近似代替 )(tm 。
阶梯波 )(tm′ 有两个特点：第一，在每个 t? 间隔内,)(tm′ 的幅值不变。第二，
相邻间隔的幅值差不是 +σ （上升一个量化阶）就是 -σ （下降一个量化阶） 。
利用这两个特点，用,1”码和,0”码分别代表 )(tm′ 上升或下降一个量化阶 σ,
则 )(tm′ 就被一个二进制序列表征。还可用斜变波 )(
1
tm 来近似 )(tm 。斜变波也只有两种变化：按斜率 σ / t? 上升一个量阶和按斜率 -σ / t? 下降一个量阶。用, 1”
码表示正斜率，用,0”码表示负斜率，同样可以获得二进制序列。
6-2
图 6-31 增量编码波形示意图
与编码相对应，译码也有两种形式。一种是收到,1”码上升一个量阶（跳变）,收到,0”码下降一个量阶（跳变）,这样把二进制代码经过译码后变为 )(tm′
这样的阶梯波。另一种是收到,1”码后产生一个正斜率电压，在 t? 时间内上升一个量阶 σ,收到,0”码后产生一个负斜率电压，在 t? 时间内下降一个量阶 σ,
这样把二进制代码经过译码后变为如 )(
1
tm 这样的斜变波。考虑到电路上实现的简易程度，一般都采用后一种方法。这种方法可用一个简单的 RC 积分电路，即可把二进制代码变为 )(
1
tm 这样的波形，如图 6-32 所示。
图 6-32 积分器译码原理
b) 简单 M? 系统方框图
6-3
发送端编码器是相减器,判决器,本地译码器及脉冲产生器 （极性变换电路）
组成的一个闭环反馈电路。其中，相减器的作用是取出差值 )(te,使
)()()(
1
tmtmte?= ；判决器也称比较器或数码形成器，它的作用是对差值 )(te 的极性进行识别和判决，以便在抽样时刻输出数码（增量码） )(tc,即如果在给定抽样时刻
i
t 上，有
0)()()(
1
>?=
iii
tmtmte
则判决器输出,1”码；如有
0)()()(
1
<?=
iii
tmtmte
则输出,0”码；积分器和脉冲产生器组成本地译码器，它的作用是根据 )(tc,
形成预测信号 )(
1
tm,即 )(tc 为,1”码时,)(
1
tm 上升一个量阶 σ, )(tc 为,0”
码时,)(
1
tm 下降一个量阶 σ,并送到相减器与 )(tm 进行幅度比较。
6-33 简单 M? 系统框图
接收端解码电路由译码器和低通滤波器组成。 译码器与发送端的本地译码器相同，用来由 )(tc 恢复 )(
1
tm,低通滤波器的作用是滤除 )(
1
tm 中的高次谐波，使输出波形平滑。
二,增量调制的过载特性与动态编码范围
6-4
增量调制也会带来误差而形成量化噪声。
图 6-35 量化噪声
当输入模拟信号 )(tm 斜率徒变时，本地译码器输出信号 )(tm′ 跟不上信号
)(tm 的变化,)(tm′ 与 )(tm 之间的误差明显增大，引起译码后信号的严重失真，
这种现象叫过载现象，产生的失真称为过载失真，或称过载噪声。
设抽样间隔为 t? （抽样速率为 tf
s
= /1 ）,则一个量阶 σ 上的最大斜率 K
为
s
f
t
K?=
= σ
σ
(6.5-1)
它被称为译码器的最大跟踪斜率。当
s
f
dt
tdm
≤σ
max
)(
(6.5-2)
译码器输出 )(tm′ 能够跟上输入信号 )(tm 的变化,)(te
q
局限在[- σ, σ ]区间内变化，这种误差称为一般量化误差。
为了不发生过载，必须增大 σ 和
s
f 。但 σ 增大，一般量化误差也大，由于简单增量调制的量阶 σ 是固定的，很难同时满足两方面的要求。不过，提高
s
f 对减小一般量化误差和减小过载噪声都有利。 因此,M? 系统中的抽样速率要比
PCM 系统中的抽样速率高的多。
6-5
设输入模拟信号为 tAtm
k
ωsin)( =,其斜率为
tA
dt
tdm
kk
ωω cos
)(
=
为了不发生过载，应要求
sk
fA?≤σω (6.5-3)
所以，临界过载振幅（允许的信号幅度）为
k
s
k
s
f
ff
A
π
σ
ω
σ
2
max
=
= (6.5-4)
式中,
k
f 为信号的频率。可见，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。
max
A 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。不难分析，最小编码电平
min
A 为
2
min
σ
=A (6.5-5)
因此，编码的动态范围定义为：最大允许编码电平
max
A 与最小编码电平
min
A
之比，即
min
max
lg20][
A
A
D
dBc
= (6.5-6)
这是编码器能够正常工作的输入信号振幅范围。
[]
=
=
k
s
k
s
dBc
f
f
f
f
D
π
σ
π
σ
lg20
2
/
2
lg20 (6.5-7)
通常采用
k
f =800Hz 为测试标准，所以
[]?
=
π800
lg20
s
dBc
f
D (6.5-8)
简单增量调制的编码动态范围较小，在低传码率时，不符合话音信号要求。
因此，实用中的 M? 常用它的改进型。
