11. Кодирование. Дм.

При рассмотрении принципов ИКМ и ДИКМ предполагалось, что период дискретизации выбран в соответствии с теоремой Котельникова: Т_Д=1/2F_в.Было выяснено, что некоторые преимущест­ва, которые дает применение ДИКМ, основаны на том, что сосед­ние отсчеты дискретизированного сигнала с большой вероятно­стью мало отличаются друг от друга. Последнее и дает возмож­ность уменьшить разрядность кодовых групп, отображающих пе­редаваемые разности отсчетов. Следовательно, если взять период дискретизации Т_Д<1/2F_В, то различие между соседними отсчета­ми аналогового сигнала будет еще меньше, а применительно к ДИКМ меньше и разрядность кода. Поэтому при достаточно ма­лом периоде дискретизации разность между соседними отсчетами может быть сделана достаточно малой, а именно такой, когда за каждый период дискретизации в тракт передачи можно будет пе­редавать либо —1, если разность двух отсчетов ∆U<∆, где ∆ — вы­бранный шаг квантования, либо +1, если ∆U>∆. Таким образом, при выбранном приращении передаются сведения только о его знаке и для этого достаточно передавать один двоичный символ в каждый момент отсчета. Такой способ формирования цифрового сигнала называется классической дельта-модуляцией (ДМ) в отличие от других, более поздних ее разновидностей.

Рассмотрим подробнее процесс преобразования аналогового сигнала в импульсную последовательность, а также процесс об­ратного преобразования при дельта-модуляции. Для этого воспользуемся

структурной схемой модема дельта-модуляции — модуля­тора и демодулятора, изображенной на рис. 2.12.

В схему входит ФНЧ, ограничивающий спектр частот входного сигнала, дифференциальный (разностный) усилитель ДУ, усили­вающий разность двух поступающих на его входы сигналов U(t) – U¹(t), генератор тактовой частоты ГТЧ, импульсы с которого поступают на пороговое устройство ПУ. На выходе ПУ возникают импульсы положительной полярности, если на выходе ДУ U(t) – U¹(t)>0, и импульсы отрицательной полярности, если U(t) – U¹(t)<0 .В цепь обратной связи включается идеальный интегратор (рис. 2.13, а). Если длительность управляющих импульсов много меньше тактового периода и схема интегратора содержит запоми­нающий элемент с бесконечной памятью, формируется аппрокси­мирующее напряжение с прямоугольной формой ступенек (рис. 2.13, б).

Кодер работает следующим образом (рис. 2.14). В тактовый момент 1 напряжение сигнала U₁(t)>0, так как тактовый импульс еще не появлялся на входе интегратора и, следовательно, U*(t) =0. На выходе ПУ появляется положительный импульс, который на выходе интегратора дает ступенчатое напряжение, постоянное до следующего тактового момента. В тактовый момент 2 напряжение U₂(t)>U₂*(t) на выходе ПУ опять появляется положительный импульс, который на выходе интегратора дает ступенчатое напря­жение, сохраняющееся до следующего тактового импульса. Возрастание ступенчатого напряжения будет происходить до тех пор, пока U(t)>U*(t) . В тактовый момент 3 напряжение входного сиг­нала U(t)<U*(t) . Следовательно, разность на выходе ДУ стано­вится отрицательной и ПУ дает отрицательный импульс. В резуль­тате на выходе интегратора появляется отрицательный скачок на­пряжения. В тактовый момент 4U(t)>U*(t) и, следовательно, на выходе интегратора опять возникает положительный скачок напряжения. Таким образом, на выходе интегратора формируется аппроксимирующее ступенчатое напряжение U*(t), а на выходе ПУ формируется дельта-код, который можно посылать в линию передачи.

Дельта-декодер состоит из формирующего устройства ФУ, си­стемы синхронизации (СС), интегратора и ФНЧ. Формирующее устройство восстанавливает искаженную форму импульсного сиг­нала, который затем поступает на интегратор декодера. Послед­ний работает точно так же, как и интегратор, включенный в цепь обратной связи кодера. На выходе интегратора получается сту­пенчатое аппроксимирующее напряжение U(t)б которое после ФНЧ преобразуется в непрерывный сигнал U(t) .

Различие форм передаваемого сигнала и аппроксимирующего напряжения, формируемого на приеме, определяет сигнал ошибки U(t)-U*(t) (рис. 2.14). Составляющие спектра сигнала ошибки, попадающие в полосу частот передаваемого сигнала так же, как и при ИКМ, приводят к появлению шума квантования. Квантова­ние сигналов при ИКМ сопровождается еще и ошибкой ограниче­ния, возникающей в том случае, когда максимальные значения входных сигналов превышают пределы максимальных значений квантующих устройств.

Как видно из рис. 2.14, в дельта-модуляции при рассмотрен­ной аппроксимации сигнала на участках резкого изменения кру­тизны сигнала ступенчатое напряжение с одинаковым шагом приращения не «успевает следить» за изменением сигнала. На этих участках возникают специфические, свойственные способу ДМ искажения передаваемых сигналов — перегрузка по крутизне.

Для уменьшения шумов перегрузки при ДМ можно увеличить шаг квантования, но при этом возрастает ошибка квантования, или при том же шаге квантования увеличить тактовую частоту, что приведет к увеличению скорости цифрового потока. Поэтому в рассмотренной здесь классической схеме дельта-модулятора при одинаковых с ИКМ шумах квантования тактовая частота или ско­рость цифрового потока будет существенно больше. По этой причине классическая ДМ практически не ис­пользуется, а применяются ее разновидности.