А- исходный сигнал; б- последовательность импульсов ДМ сигнала; в- сигналы в различных точках ЦАП.

 

дискретизации Т_д. Правило формирования ДМ сигнала показано на рис. 16.7. На участке t₁ ...t₂ и t₃...t₄ аналоговый сигнал u(t) возрастает (производная положительная), поэтому кодовые символы ДМ сигнала принимают значения +1 и на рис. 16.7,6 изображены как импульсы положительной полярности. На участке t₂... t₃ сигнал u(t) убывает (производная отрицательная), кодовые символы ДМ сигнала принимают значения — 1 и изображены в виде импульсов отрицательной полярности. Формирование из ДМ сигнала аналогового сигнала также относительно простое. Поскольку ДМ сигнал получается как знак производной аналогового сигнала, для преобразования последовательности импульсов в аналоговый сигнал необходимо выполнить операцию, обратную дифференцированию — интегрирование.

В схеме ЦАП ДМ сигналов (рис. 16.8) используется идеальный интегратор, имеющий импульсный отклик в виде ступеньки напряжения. Если на вход идеального интегратора подать последовательность импульсов ДМ сигнала, то отклики на каждый из них суммируются и выходное напряжение будет иметь вид ступенчатой функции времени с постоянным шагом Л (рис. 16.7,8). Эта ступенчатая функция и является аппроксимацией аналогового сигнала.

Она образовалась в результате дискретизации и квантования, поэтому обозначается как u_кв(kТ_д). Восстановление аналогового сигнала u_пр (t) из квантованного u_кв(kТ_д). как и в ЦАП ИКМ, осуществляется ФНЧ.

В аналого-цифровом преобразователе ДМ, схема которого показана на рис. 16.8 и временные диаграммы работы на рис. 16.9 своеобразно решается задача получения производной аналогового сигнала u(t). Напомним, что производная вычисляется как отношение приращения функции к приращению аргумента. Для получения приращения аналогового сигнала используется вычитающее устройство, на один вход которого подается непрерывный сигнал u(t), на второй — восстановленный интегратором из выходного ДМ сигнала квантованный сигнал u_кв(kТ_д). Разностный сигнал e(t) =u(t) — u_кв(kТ_д). и является аппроксимированной производной сигнала u(t). Функцию квантователя выполняет пороговое устройство (ПУ), напряжение на выходе которого соответствует

 

Рис. 16.8. Структурная схема АЦП и ЦАП линейной дельта- модуляции

 

Рис. 16.9. Временные диаграммы сигналов в линейной ДМ в режиме слежения за исходным сигналом:

и — сигналы на входах вычитающего устройства; б — сигнал линейной ДМ

знаку разностного сигнала е(/). Электронный ключ Кл, который замыкается на короткое время т через интервал дискретизации Тд, является одновременно дискретизатором и кодером. На выходе его формируется двуполярная последовательность им- пульсов ДМ сигнала (рис. 16.9,6).

Такое техническое решение построения АЦП позволило, во- первых, получить более точную ступенчатую аппроксимацию, непрерывного сигнала на участках с малыми приращениями, во вторых, устранило неопределенность (как изображать ДМ сигнал при отсутствии приращения) при преобразовании постоянного напряжения в ДМ сигнал за счет чередующихся импульсов положительной +1 и отрицательной — 1 полярностей.

Рассмотренный выше способ получения ДМ сигнала является наиболее простой, так называемой линейной (классической) ДМ, предложенной в 1946 — 1948 гг. Делорейном, Ван Миеро, Дерьявичем (Франция) и Л. А. Коробковым (СССР). В настоящее время существуют десятки разновидностей ДМ, отличающихся, в основном, предсказателем (местным декодером). Поскольку в ДМ разностный сигнал формируется из входного и предсказанного тем или иным способом, ее часто называют системой с предсказанием.

0 с о б е н н о с т и Д М. Восстановленный непрерывный сигнал 'при ДМ, конечно, лишь с некоторым приближением воспроизводит исходный сигнал. Точность воспроизведения зависит от частоты дискретизации, шага квантования, а также от крутизны сигнала. Совершенно очевидно, что для уменьшения шума квантования, как и в ИКМ, необходимо уменьшить шаг квантования 6. Но уменьшение шага ступенчатой кривой (см. рис. 16.9,а) требует такого же увеличения частоты дискретизации, иначе ступенчатая кривая не будет совпадать с непрерывной. В ДМ частота дискретизации f_д определяется не по теореме Котельникова, а исходя из заданной точности воспроизведения непрерывного сигнала.

Расчеты показывают, что при одинаковом с ИКМ шуме квантования частота дискретизации для ДМ примерно на порядок выше (f_ддм=20Fm). Однако скорость модуляции В цифрового сиг-

нала в ИКМ и ДМ примерно одинакова, так как при ДМ используется одноразрядный код, а в ИКМ — n-разрядный.

Уменьшение шага квантования в ДМ приводит к специфическим искажениям, так называемой перегрузке по крутизне. Перегрузка возникает из-за того, что восстановленный ступенчатый сигнал после интегратора за один такт Т~ увеличивается (уменьшается) только на один шаг Δ . А сигнал u(t) за это время может увеличиваться (уменьшиться) на несколько шагов Δ . Возникает дополнительная погрешность восстановления. Такой случай показан на рис. 16.9,а на падающем участке непрерывного сигнала. Одним из способов борьбы с перегрузкой по крутизне является применение переменного шага квантования (адаптивная ДМ): с увеличением крутизны увеличивается и шаг.

Шумы ложных импульсов в ДМ оказывают меньшее влияние, чем в ИКМ, поскольку код одноразрядный и ошибка приводит к изменению восстановленного сигнала на шаг Δ . Однако использование в схеме ДМ идеального интегратора, обладающего бесконечной памятью, приводит к накоплению ошибок. Для борьбы с этим явлением на практике либо периодически разряжают интегратор до нуля, либо используют интегратор, имеющий ограниченную постоянную времени.

Сравнение ИКМ и ДМ. На вопрос: «Какая из модуляций, ИКМ или ДМ, лучше?», — однозначного ответа дать нельзя. Все зависит от вида непрерывного сигнала, назначения системы связи, показателя, по которому производится сравнение. Можно

указать следующие основные особенности ИКМ и ДМ.

1. Классическая (линейная) ДМ по зависимости сигнал-шум

квантования от скорости цифрового сигнала уступает ИКМ. Однако разновидности ДМ (например, адаптивная с мгновенным компандированием и двойным интегратором в цепи обратной связи) обеспечивает одинаковое с ИКМ соотношение сигнал-шум при

меньшей тактовой частоте.

2. Дельта-модуляция более устойчива к помехам в линии, поэтому требования по помехоустойчивости при передаче ДМ сигнала на несколько порядков ниже, чем,. при ИКМ.

3. При ИКМ требуется синхронизация по тактам и по кодовым комбинациям, при ДМ — только по тактам.

4. Аппаратура формирования ДМ сигнала намного проще, чем

в ИКМ. Но в составе многоканальной системы связи, где оборудование ИКМ является групповым, а ДМ — индивидуальным,

суммарная сложность оборудования ДМ может оказаться и большей.

 

16.4. ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕДАЧИ

ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ ПО ЛИНИЯМ

СВЯЗИ

 

Двоичный цифровой сигнал на выходе АЦП ИКМ и ДИКМ

представляет собой последовательность однополярных импульсов

длительностью Т„соответствующих передаче 1 (двуполярные короткие импульсы ДМ для уменьшения ширины их спектра также преобразовываются в однополярные). Спектральная плотность мощности этой случайной последовательности импульсов теоретически бесконечна, но ее основная часть расположена в пределах от нуля до /д. Если сопоставить этот спектр с АЧХ реальных радио- и кабельных линий связи, то можно заметить их значительное несоответствие. Линии радиосвязи имеют примерно постоянную АЧХ в некоторой полосе, симметричной около несущей частоты. Кабельные линии (см. гл. 8, 9) с включенными в них

усилителями, регенераторами дают значительное ослабление в области низких и высоких частот. Поэтому во избежание искажений цифрового сигнала из-за несоответствия его спектра и АЧХ линии связи применяют дополнительное преобразование цифрового сигнала. В линиях радиосвязи (радиорелейных, спутниковых и др.) применяют те или иные виды вторичной частотной или фазовой манипуляции. При некогерентном приеме манипулированного сигнала предпочтительно использование ЧМН, при когерентном-ОФМн.

В кабельных линиях широко распространена передача сигналов двухуровневыми импульсами постоянного тока. Длительность импульсов уменьшается до половины интервала дискретизации и применяется специальное линейное кодирование. Полученный в

результате кодирования сигнал называют кодом линии. Простейшим из кодов линии является квазитроичный код с чередованием полярности импульсов (ЧПИ).

Рис. 16.10. Временное диаграммы

полярности импульсов (ЧПИ):