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增量调制

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。

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。

简单增量调制(DM)的原理如图所示。图中:x(n)表示模拟信号的第n个采样值;(n)表示x(n)的预测值;悯(n)表示第n个样值的近似值,(n)=悯(n-1);d(n)表示样值x(n)与它的预测值(n)的差值,d(n)=x(n)-(n);(n)表示量化器输出值,若差值d(n)为正,则(n)=,称为量阶;若d(n)为负,则(n)=-。

增量调制增量调制系统发信端数码形成规则是:若量化器输出(n)=,则数码c(n)=1,亦称为“1”码;反之(n)=-,则数码c(n)=0,亦称为“0”码。在收信端,从数码解出量阶' (n),其解码规则是:接收到“1“码,c′(n)=1,给出量阶' (n)=;接收到“0”码,c′(n)=0,给出量阶' (n)=-。输出信号样值 (n)=' (n)+' (n-1)。若传输信道无误码即c(n)=c′(n),则收信端 (n)和发信端悯(n)相同,经采样保持电路和低通滤波器后即恢复原模拟信号。实际电路中,可用积分器来实现相加器和延迟单元的功能;可用量阶发生器和极性开关来组成量化器;而采样、数码形成部分可由移位寄存器来组成。

早期的简单增量调制的缺点是动态范围很窄,不能满足实用电话系统的要求,因此,出现了许多不同种类的增量调制的改进形式。其中应用较广泛的一类是自适应增量调制,它的特点是量化器的量阶能自动跟随信号幅度的变化,从而扩大了动态范围。如果量阶大小是由直接检测输出数码中的平均斜率信息(在音节10毫秒内的平均值)来控制的,就称为数字检测音节压扩增量调制;如果量阶的控制取决于相邻二个数码,则称为瞬时压扩增量调制;如果在大信号段采用音节压扩,而在小信号段采用瞬时压扩,则称为混合压扩增量调制;如果量阶控制信息直接由输入模拟信号中提取,则称为连续增量调制;如果把模拟信号经过积分后再进行增量调制,则称为总和增量调制,简称-∑调制;如果积分电路是由二节积分器串联组成的,则称为双积分增量调制。

增量调制与脉码调制(PCM)相比,具有以下三个特点:①电路简单,而脉码调制编码器需要较多逻辑电路;②数据率低于40千比特/秒时,话音质量比脉码调制的好,增量调制一般采用的数据率为32千比特/秒或16千比特/秒;③抗信道误码性能好,能工作于误码率为10-3的信道,而脉码调制要求信道误码率低于10-5~10-6。因此,增量调制适用于军事通信、散射通信和农村电话网等中等质量的通信系统。增量调制技术还可应用于图像信号的数字化处理。


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