Дел ьта - модул яция

Дельта-модуляция (ДМ) представляет один из методов кодиро­вания разностного сигнала, при котором в линию передается ин­формация лишь о знаке приращения разности соседних отсчетов (предельный случай ДИКМ).

При ДМ так же, как и при обычной ИКМ, непрерывный сигнал подвергается дискретизации и квантованию, в результате чего непрерывная функция c(t) заменяется ступенчатой (кусочно-постоянной) функцией G (Т) (см. рис. 4, а).

Однако при ДМ, в отличие от классической ИКМ, при каждом ша­ге дискретизации допускается приращение ступенчатой функции G (t), равное величине только одного шага квантования S. В линию передаются сведения о знаке приращения непрерывного сигнала c(t) в дискретные моменты времени kT. Алгоритм формирования линейного сигнала имеет вид

(11)

здесь sign означает знак разности.

Таким образом, сигнал при ДМ оказывается кодированным по двоичной системе и представляет собой последовательность двухполярных импульсов (рис. 4, б). Из формулы (11) и рис. 4 ясно, что ступенчатый сигнал можно получить интегрированием линейного сигнала т.е.

(12)

Упрощенная структурная схема цифрового канала на основе ДМ приведена на рис. 5.

Следовательно, операция декодирования в приемнике системы передачи сводится к интегрированию линейного сигнала f (t).

Первичный сигнал C(t) ограничивается с помощью фильтра ниж­них частот (ФНЧ) по частоте и формируется сигнал c(t) с граничной частотой Сигнал c(t) поступает на один из входов вычитающего устройства (ВУ), на другой вход которого поступает ступенчатый сигнал G(t), формируемый интегратором. На выходе ВУ получается разностный сигнал или сигнал ошибки Сигнал ошибки поступает на кодер, на другой вход которого поступает периодическая после­довательность тактовых импульсов с частотой дискретизации Кодер формирует положительный импульс, если в момент поступления тактового импульса и отрицательный – при Последовательность двухполярных импульсов f(t) направ­ляется в линию и одновременно подается на интегратор, форми­рующий ступенчатый сигнал G(t). С выхода интегратора сигнал подводится к ВУ, на другой вход которого поступает сигнал c(t) и которое осуществляет операцию (13).

Функции декодирующего устройства в приемнике выполняет ин­тегратор (аналогичный интегратору в схеме передатчика), на выхо­де которого получается ступенчатый сигнал G(t). После его сглаживания фильтром нижних частот (ФНЧ) формируется сигнал c(t), достаточно близкий к сигналу c(t). Совокупность устройств, формирующих сигнал f(t), называется дельта-кодером, совокуп­ность устройств, выполняющих преобразование сигнала f(t) в сигнал c'(t), называется дельта-декодером, а в целом эти устройства образуют дельта-кодек.

Расчеты показывают, что для передачи телефонных сообщений с достаточно высоким качеством при ДМ требуется в 2...3 раза более широкая полоса частот, чем при ИКМ. Это существенный недостаток ДМ.

Основное достоинство ДМ - простота аппаратуры кодирования и декодирования.

При мгновенном компандировании шаг квантования изменяется в каждом такте. Существует несколько разновидностей дельта-модуляции с мгновенным компандированием (ДММК), но все они основаны на изменении шага квантования при появлении перегруз­ки по крутизне (см. рис. 4, в). Информацией о появлении перегрузки может служить появление в выходном сигнале подряд нескольких одинаковых символов. В структуру дельта-кодека ДММК (рис. 6), вводят анализатор вида импульсной последовательности и амплитудно-импульсный модулятор (АИМ). При появлении посы­лок одинаковой полярности анализатор управляет АИМ таким образом, что амплитуда импульсов, подаваемых на интегратор (Интегр), возрастает и соответственно возрастает шаг квантования копии сигнала. При обнаружении последовательных импульсов разной полярности анализатор подает на АИМ напряжение, умень­шающее амплитуду выходных импульсов, и шаг изменения копии уменьшается.

Так же, как и в случае ДММК, схема ДМИК содержит в цепи обратной связи АИМ (ШИМ) модулятор, изменяющий амплитуду или длитель­ность импульсов, формирующих копию сигнала на выходе интеграто­ра. Отличие этой схемы от предыдущей состоит в том, что управление амплитудой импульсов осуществляется не безынерцион­но, а сравнительно медленно, в соответствии с изменением огибаю­щей кодируемого сигнала. Сигнал управления может выделяться из выходного сигнала или его копии. Структурная схема, приведенная на рис. 7, соответствует первому способу. В этом случае цепь управле­ния содержит интегратор, детектор, выделяющий низкочастотную огибающую сигнала, и ФНЧ.

Инерционность адаптации кодека ДМИК близка к периоду основ­ного тона речевого сигнала и равна примерно 10 мс, в то время как средний интервал следования слогов превышает 100 мс.

При ДМИК шаг квантования зависит от уровня входного сигнала, возрастая с его увеличением. Если при этом в некотором диапазоне изменения сигнала обеспечивается прямая пропорциональность между его напряжением и шагом квантования, отношение сигнал-шум квантования на выходе ФНЧ в данном диапазоне будет оста­ваться постоянным. Тем самым устраняется зависимость отношения сигнал-шум от уровня входного сигнала, свойственная ДМ с постоян­ным шагом. Эксперименты показали, что при использовании ДМИК и тактовой частоты 48 кГц отношение сигнал-шум квантования превы­шает 25 дБ при изменении уровня входного сигнала на 40 дБ. Следовательно, ДМИК обеспечивает такое же качество передачи, как и ИКМ при восьмиразрядном кодировании, но при требуемой скоро­сти передачи в 1,5...2 раза более низкой, чем ИКМ.

В 'заключение отметим, что влияние ошибок в линейном тракте при передаче ДМ сигнала вызывает ошибку, равную двум шагам квантования, а при ИКМ ошибка зависит от того, в каком разряде кодовой комбинации произошел сбой под воздействием помехи. Следовательно, требования к линейному тракту по достоверности передачи при ДМ на несколько порядков ниже, чем при ИКМ.

Литература: Осн. 3 [ 109-117]

Доп. 4 [ 90-101 ]

Контрольные вопросы:

1.Нелинейное кодирование. Характеристика компандирования типа
А=87,6/13. Схема нелинейного кодера.

2.Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция

3.Дельта-модуляция