实验一 增量调制与解调实验

现代通信原理实验指导书 实验一 增量调制与解调实验

一、实验目的

1、掌握增量调制编码的基本原理，并理解实验电路的工作过程。 2、了解用不同速率时钟编码时的输出波形。

3、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。

4、熟悉增量调制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。

二、实验内容

1、观察增量调制编码各点处的波形并记录下来。 2、观察增量调制译码各点处的波形并记录下来。 3、观察增量调制信号的频谱。

三、实验仪器

1、信号源模块

2、模拟信号数字化模块 3、频谱分析模块（可选） 4、终端模块（可选）

5、20M双踪示波器 一台 6、音频信号发生器（可选） 一台 7、立体声单放机（可选） 一台 8、立体声耳机（可选） 一副 9、连接线 若干

四、实验原理

增量调制简称为?M，它是继PCM后出现的又一种模拟信号数字化方法。近年来在高速超大规模集成电路中用作A/D转换器。增量调制获得应用的主要原因是：

（1） 在比特率较低时，增量调制的量化信噪比高于PCM；

-2-3

（2） 增量调制的抗误码性能好，能工作于误比特率为10～10的信道，而PCM则要求

-4-6

误比特率为10～10；

（3） 增量调制的编译码器比PCM简单。

我们知道，一位二进制码只能代表两种状态，当然就不可能去表示抽样值的大小。可是，用一位码却可以表示相邻抽样值的相对大小，而相邻抽样值的相对变化将能同样反馈模拟信号的变化规律。为了证明这一点，我们通过下面的例子来说明。设一个频带受限的模拟信号如图9-1中的m(t)所示，此模拟信号用一个阶梯波形m?(t)来逼近。在图中，若用二进制码的“1”代表m?(t)在给定时刻上升一个台阶?，用“0”表示m?(t)下降一个台阶?，则m?(t)就被一个二进制的序列所表征。 m?(t)9－1 m(t) 现代通信原理实验指导书

?

图9-1 增量调制波形示意图

一个简单的?M系统组成如图9-2所示。它由相减器、判决器、本地译码器、积分器、抽样脉冲产生器及低通滤波器组成。本地译码器实际为一脉冲发生器和积分器，它与接收端的译码器完全相同。

脉冲源 m(t)相减器 e(t) ?M信号输出 判决器 m?(t) 积分器 本地译码器 脉冲发生器 脉冲发生器

积分器 低通滤波器 m(t)图9-2 ?M系统组成框图

其工作过程如下：消息信号m(t)与来自积分器的信号m?(t)相减后得到量化误差信号

；反之e(t)?0时则为“0”。e(t)。如果在抽样时刻e(t)?0，判决器（比较器）输出则为“1”

判决器输出一方面作为编码信号经信道送往接收端，另一方面又送往编码器内部的脉冲发生

器：“1”产生一个正脉冲，“0”产生一个负脉冲，积分后得到m?(t)。由于m?(t)与接收端译码器中积分输出信号是一致的，因此m?(t)常称为本地译码信号。接收端译码器与发送端编码器中本地译码部分完全相同，只是积分器输出再经过一个低通滤波器，以滤除高频分量。

下面，进一步举例阐述简单增量调制的工作过程。

9－2

现代通信原理实验指导书 设m(t)为单一的正弦波信号，频率为1000Hz的模拟话音信号加入到发端编码器的输入端，如图9-3所示。

图9-3 增量调制编码输出波形

由图9-3可知，根据上述编码规则，当t0~t7时刻，输入信号的正斜率增大，并且是连续上升的，即e(t)?0时，编码器连续输出“1”码；当t7~t11时刻，输入信号相对平稳，e(t)一会儿大于0，又一会儿小于0，则编码器输出码型也是一会儿输出“1”码，一会儿输出“0”码。从t19~t37时刻，可根据编码规则，输出其相应的二进制数字信号。

在接收端，译码器的电路与工作过程同发送端编码器中的本地译码器完全相同。 从理论上，简单增量调制的最大信号量化噪声比(S/Nq)max为：

32(SNq)max?20lg[0.2lg(0.2fa?fc在(9－1)式中，fs是频率，

fa是低通滤波器的截止频率，

12fs)](dB)

(9－1)

fc 是信号频率。

9－3

现代通信原理实验指导书 当fs=32KHz，fa=3.4KHz，fc＝1KHz时：

(SNq)max?20lg[0.2lg(0.2)]?25.8(dB) 3.4s2?113232s由于语音信号幅度的变化范围较宽，为了获得满意的通话质量，语音信号的动态范围至少要达到30dB才能满足通话的要求，然而，信号的幅度与信号量化噪声比的变化有关，所以，还必须分析在不同语音信号幅度时的信号量化噪声比。

当信号幅度的最大值为Amax，信号的幅度为A时，求出对应的信噪比如下： SNq?A2Amax2AA ???(SNq)max?NqNqAmaxAmax(9－2)

由（9－2）式可知，任意幅值信号的信噪比与最大信噪比减小的分贝数，等于信号幅度

值较Amax减小的分贝数。

如果，(S/Nq)max?25.8dB而信号在其所要求的动态范围内幅度下降20dB，信号量化噪声比为25.8dB?20dB?5.8dB，当信号量化噪声比为5.8dB时，已不能满足保证话音质量的基本要求。

从上述讨论可以看出，?M信号是按台阶?来量化的，因而同样存在量化噪声问题。?M系统中的量化噪声有两种形式：一种称为过载量化噪声，另一种称为一般量化噪声，如图9-4所示。过载量化噪声发生在模拟信号斜率陡变时，由于阶梯电压波形跟不上信号的变化，形成了很大失真的阶梯电压波形，这样的失真称为过载现象，也称过载噪声；如果无过载噪声发生，则模拟信号与阶梯波形之间的误差就是一般的量化噪声。

m?(t) m(t)m(t)m?(t) n(t) n(t) t

图9-4 两种形式的量化噪声

(b)过载量化噪声

t (a)一般量化噪声

综上所述，简单增量调制电路在实际通信中没有得到应用是因为它的信号量化噪声比小，主要是量化阶距（量阶）?固定不变，即为均匀量化。对均匀量化而言，如果量阶?取值较大，则信号斜率变化较小的信号量化噪声（又称颗粒噪声）就大；如果量阶?取值较小，则信号斜率较大的量化噪声（又称过载噪声）就大。均匀量化无法使两种噪声同时减小，这样，

9－4

现代通信原理实验指导书 以致于信号的动态范围变窄，但是它为增量调制技术提供了理论基础。

在语音通信中应用较为广泛的是音节压扩自适应增量调制，它是在数字码流中提取脉冲控制电压，经过音节平滑，按音节速率（也就是语音音量的平均周期）去控制量化阶距?的。在各种音节压扩自适应增量调制中，连续可变斜率增量调制（CVSD）系统用得较多。在实验箱中，也以连续可变斜率增量调制作为实验内容进行。

连续可变斜率增量调制（Continuously Variable Slope Delta Modulation），其英文缩写为CVSD，有专用集成芯片，其型号有：MC34115，MC3417，MC3418，MC3517，MC3518，MC35115等等。它是美国摩托罗拉（Motorola）公司生产，只需要一个时钟信号，在该集成芯片的外围适当接上一些分立元器件作为辅助电路，即可实现音节压扩自适应增量调制。若在该芯片管脚的第15端接上不同的电平（高电平或低电平）即可作发送端的编码器，也可作接收端的译码器。图9-5为CVSD编码器，解码器的方框图。

e(t) p(t) m(t) 相减器 话音信号 判决器 发送数字信号 m?(t) 时钟 斜率过载检测电路 本地译码器 斜率极性控制电路 斜率量值控制电路 音节压扩控制电路（压缩）

（a）发送端的编码器

时钟 p(t) 音节压扩控制电路（扩张） m(t) 量化电路 斜率极性控制电路 译码器 低通滤波器 语音信号 斜率过载检测电路 斜率量值控制电路

（b）接收端的解码器

9－5

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/yxgd.html