增量调制(△M)

7.7 增量调制(△M)增量调制是脉冲编码调制的一种特殊形式，即1比特量化的差值脉码。

在PCM系统中，将信号抽样值编为多位二进制码。

为提高编码质量，要增加码长，导致设备复杂。

而增量调制每次抽样只用一位二进制码表示，它表示了相邻样值的增减变化，这样，编码设备十分简单。

本节将介绍:7.7.1 增量调制的工作原理7.7.2 增量调制系统的量化噪声7.7.3 增量调制系统的抗噪声性能7.7.1 增量调制的工作原理增量调制的编码增量调制信号的译码增量调制编译码器增量调制的编码增量调制的基本思想是用一个阶梯波去逼近一个模拟信号，如图7-7-1所示。

图7-7-1 增量调制波形示意图首先，根据信号的幅度大小和和抽样频率确定阶梯信号的台阶。

在抽样时刻，比较信号和前一时刻的阶梯波形取值，其中:1 如果，则用上升一个台阶表示，此时编码器输出"1"码;2 如果，则用下降一个台阶表示，此时编码器输出"0"码。

下次编码按上述方法将与比较，使之上升或下降一个台阶电压去逼近模拟信号。

如果抽样频率足够高，台阶电压足够小，则阶梯波形近似为m(t)，而上升台阶和下降台阶的二进制代码分别用"1"和"0"表示。

这个过程就是增量编码。

如图7-7-1所示的模拟信号m(t)采用增量调制编码编出的二进制代码为:01010111111100011。

增量调制信号的译码1 接收端收到"1"码，就使输出上升一个台阶电压;2 接收端收到"0"码，就使输出下降一个台阶电压;这些上升和下降的电压的累积就可以近似地恢复出阶梯波形。

增量调制信号的译码器可由一个积分器来实现，如图7-7-2(a)所示,当积分器的输入为"1"码时(即输入为脉冲电压),就以固定斜率上升一个(等于), 当积分器的输入为"0"码时(即输入为脉冲电压),就以固定斜率下降一个。

增量调制工作原理增量调制简称ΔM或增量脉码调制方式（DM），它是继PCM后出现的又一种模拟信号数字化的方法。

1946年由法国工程师De Loraine提出，目的在于简化模拟信号的数字化方法。

主要在军事通信和卫星通信中广泛使用，有时也作为高速大规模集成电路中的A/D转换器使用。

它是一种把信号上一采样的样值作为预测值的单纯预测编码方式。

增量调制是预测编码中最简单的一种。

它将信号瞬时值与前一个抽样时刻的量化值之差进行量化，而且只对这个差值的符号进行编码，而不对差值的大小编码。

因此量化只限于正和负两个电平，只用一比特传输一个样值。

如果差值是正的，就发“1”码，若差值为负就发“0”码。

因此数码“1”和“0”只是表示信号相对于前一时刻的增减，不代表信号的绝对值。

同样，在接收端，每收到一个“1”码，译码器的输出相对于前一个时刻的值上升一个量阶。

每收到一个“0”码就下降一个量阶。

当收到连“1”码时，表示信号连续增长，当收到连“0”码时，表示信号连续下降。

译码器的输出再经过低通滤波器滤去高频量化噪声，从而恢复原信号，只要抽样频率足够高，量化阶距大小适当，收端恢复的信号与原信号非常接近，量化噪声可以很小。

增量调制与PCM比较有如下特点:在比特率较低时，增量调制的量化信噪比高于PCM；增量调制抗误码性能好，可用于比特误码率为10－2—10－3的信道，而PCM则要求10－4—10－6；增量调制通常采用单纯的比较器和积分器作编译码器（预测器），结构比PCM简单。

在ΔM中量化过程中存在斜率过载（量化）失真，主要是因为输入信号的斜率较大，调制器跟踪不上而产生的。

因为在ΔM中每个抽样间隔内只容许有一个量化电平的变化，所以当输入信号的斜率比抽样周期决定的固定斜率大时，量化阶的大小便跟不上输入信号的变化，因而产生斜率过载失真（或称为斜率过载噪声）。

ΔM的工作原理图与图9.14基本一致，只不过在调制端使用的量化器只有1比特输出，即Δ输出1或－1两个值。

增量总和调制的MATLAB仿真摘要增量调制简称ΔM或增量脉码调制方式（DM）它是继PCM后出现的又一种模拟信号数字化的方法。

本文在增量调制的基础上，设计并仿真了增量调制的改进方案：增量总和调制也叫Δ-ΣM（delta-sigma modulation，DSM），通过对输入和输出信号差值用一个积分器进行积分的方式，实现了AD变换，恢复了原始信号。

关键词：增量总和，增量调制，matlab仿真引言增量脉码调制（DM），是一种以带宽换取速率的AD变换方式，其中，调制信号是差值信号.由于DM调制中存在严重的弊端，如输入信号含有较高的高频成分，或是信号幅度较大，都会使得信号变化特性较快，从而预测信号X’(t)无法正确跟踪输入信号，最终导致信号失真。

本文考虑从信号本身出发来解决问题，首先对信号进行一次积分，改变信号特性，使信号高频分量的幅度降低，之后再进行DM调制。

一．技术参数和设计目标设计一个增量总和调制系统对输入信号X(t)=Sin(1600*pi*t);编码输出并解调，抽样频率为8khz。

二．增量总和调制的原理增量总和调制是建立在增量调制的基础上，对输入信号进行积分,增量调制的实质是对增量进行积分，从而降低了输入的高频分量，从而防止了过载问题。

e(t)误差信号：通过一位量化器得到的输出信号Y(n)。

原理图为下在上图中，输入输出信号的积分用一个积分器就能解决，所以改进后的原理图如下：在输出端，由于对y(t)进行积分以后，得到的是dttx)(，再对其进行微分，得到x(t),因此可以省去积分器和微分器，经过低通滤波器（截止频率1600HZ）以后还原出原信号。

方案一：Simulink仿真1．增量总和调制的仿真模型及其框图在simulink 中的仿真图形如下：对差值e(t)进行采样以后送入量化器，最终通入一个阶数为2截止频率为1600Hz的低通butterworth滤波器中。

2．仿真的结果及其分析第一行为输入的正弦信号，第二行为调制后的输出波形，第三行为解调以后的波形，可以看到，解调后的输出略有延迟，基本上还原了原信号，而调制后的信号在正弦信号0处变得密集，在1，-1处而稀疏。

实验四增量调制（ΔM）编译码实验一、实验目的1.了解语音信号的ΔM编码过程；2.验证ΔM的编译码原理；3.粗略了解ΔM编译码专用集成电路的基本工作原理、外部电路设计原则和一般使用方法.二、实验仪器1.音频信号发生器XDF—7A2.杂音计ND53.失真度测试仪BS14.毫伏计GB95.直流稳压电源JWY-30—46.双踪同步示波器SR87.数字频率计8110A三、实验原理1.增量调制（ΔM）增量调制简称ΔM或DM，它是继PCM后出现的又一种模拟信号数字传输的方法,可以看成是DPCM的一个重要特例. 其目的在于简化语音编码方法.ΔM与PCM虽然都是用二进制代码去表示模拟信号的编码方式.但是，在PCM中,代码表示样值本身的大小，所需码位数较多，从而导致编译码设备复杂;而在ΔM中，它只用一位编码表示相邻样值的相对大小，从而反映出抽样时刻波形的变化趋势，与样值本身的大小无关.ΔM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。

在军事和工业部门的专用通信网和卫星通信中得到了广泛应用，近年来在高速超大规模集成电路中用作A/D转换器。

不难想到,一个语音信号，如果抽样速率很高(远大于奈奎斯特速率），抽样间隔很小,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. 若将这些差值编码传输，同样可传输模拟信号所含的信息。

此差值又称“增量”,其值可正可负。

这种用差值编码进行通信的方式，就称为“增量调制”(Delta Modulation)，缩写为DM或ΔM。

为了说明这个概念,我们来看图8 -1.图中，m(t）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Δt，相邻幅度差为+σ或-σ的阶梯波形m’(t)来逼近它。

只要Δt足够小，即抽样速率fs=1/Δt 足够高，且σ足够小，则阶梯波m’(t）可近似代替m（t）。

其中，σ为量化台阶，Δt=Ts为抽样间隔.图4-1 增量编码波形示意图阶梯波m'(t）有两个特点:第一,在每个Δt间隔内, m'(t)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）。

增量调制仿真设计1.课程设计目的（1）加深理解增量调制编译码的基本原理。

（2）培养独立开展科研的能力和编程能力。

（3）了解系统的过载特性,动态范围以及最大量化信噪比等三大指标的测试方法。

2.课程设计要求（1）掌握课程设计的相关知识、概念清晰。

（2）程序设计合理、能够正确运行。

3.相关知识3.1增量调制简介增量调制简称ΔM或增量脉码调制方式（DM），它是继PCM后出现的又一种模拟信号数字化的方法。

1946年由法国工程师De Loraine提出，目的在于简化模拟信号的数字化方法。

主要在军事通信和卫星通信中广泛使用，有时也作为高速大规模集成电路中的A/D转换器使用。

对模拟信号采样，并用每个样值与它的预测值的差值对周期脉冲序列进行调制，简称墹M或DM。

已调脉冲序列以脉冲的有、无来表征差值的正负号，也就是差值只编成一位二进制码。

增量调制的基本原理是于1946年提出的，它是一种最简单的差值脉冲编码。

早期的语言增量调制编码器是由分立元件组成的。

随着模拟集成电路技术的发展，70年代末出现了音节压扩增量调制集成单片，80年代出现了瞬时压扩集成单片，单片内包括了开关电容滤波器与开关电容积分器，集成度不断提高，使增量调制的编码器的体积减小，功耗降低。

3.2 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？我们看一下图1。

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）。

实验七 增量调制系统译码实验实验内容1.连续可变斜率增量调制（△M）译码实验2.增量调制（△M）系统特性、指标测试实验3.同等条件下的PCM与增量调制（△M）系统性能比较实验一. 实验目的1.加深理解连续可变斜率增量调制系统的电路组成与基本工作原理。

2.熟悉对增量调制编译码电路工作过程的检测和测试方法。

3.熟悉该系统在不同工作频率，不同信号频率和不同信号幅度下跟踪输入信号的情况。

4.掌握测量系统的过载特性、编码动态范围以及最大化信噪比等三大指标的测试方法。

二. 实验电路工作原理图7-1是增量调制译码电路结构方框图。

图7-2是电原理框图。

图7-4是电原理图。

1.实验电路基本工作过程由发端送来的编码数据信号加至信号开关K802的引脚，通过该开关的作用，把信号送到U801（MC34115）芯片的第13引脚，即接收数据输入端。

本系统因为是译码电路，故CPU送出低电平至U801（MC34115）的15引脚，使模拟输入运算放大器与移位寄存器断开，而数字输入运算放大器与移位寄存器接通，这样，接收数据信码经过数字输入运算放大器整形后送到移位寄存器，后面的工作过程与编码时相同，只是解调信号不再送回第2引脚（ANF 端），而是直接送入后面的积分网络中，再通过接收通道低通滤波电路滤去高频量化噪声，然后送出话音信号，推动喇叭。

图7-2 增量调制系统译码器电路原理方框图。

虽然增量调制系统的话音质量不如脉冲编码调制PCM数字系统的音质，但是由于增量调制电路比较简单，能从较低的数码率进行编码，通常为16～32kbit/s,在用于单路数字电话通信时，不需要收发端同步，故增量调制系统仍然广泛应用于数字话音通信系统中，如应用在传输数码率的军事，野外及保密数字电话等方面，在军队系统中的数字卫星通信地面站设备中，其终端部分的话音编码就是应用的这种大规模集成电路MC3417，MC3418的连续可变斜率增量调制方式。

2.增量调制系统的基本特性（1）过载特性定义：是指编码器不产生过载所能承受的最大输入信号电压的特性。