Контрольные вопросы:

1. Поясните сущность импульсно-кодовой модуляции.

2. Назовите три операции необходимые для осуществления ИКМ.

3. Дайте характеристику равномерному и неравномерному квантованию.

4. Поясните зависимость скорости нарастания амплитуды аналогового сигнала и изменения шага квантования.

5. Что такое ошибка квантования?

6. Покажите на графике принцип компандирования при неравномерном квантовании.

7. Дайте характеристику и покажите различие натурального и симметричного двоичных кодов.

3.2 Дифференциальные методы цифровой модуляции

При дифференциальных методах цифровой модуляции - дифференциальной ИКМ и дельта-модуляции как и при ИКМ, производятся временная дискретизация, квантование и кодирование передаваемого сигнала. Однако если в системах с ИКМ в цифровом виде передается информация о величине отсчетов сигнала, то при дифференциальных методах модуляции передается информация об изменении данного отсчета по отношению к предшествующему, переданному ранее отсчету. При этом определяются знак и величина приращения, для чего из данного отсчета вычитается сигнал, соответствующий уровню предыдущего отсчета, формируемый путем суммирования декодированных сигналов о предшествовавших приращениях.

В простейшем случае можно передавать информацию лишь о знаке приращения; на приемной стороне величина приращения определяется заданным шагом квантования. Для этого достаточно передавать один двоичный символ на каждый дискретный отсчет. Такой вид модуляции называется дельта-модуляцией (ДМ). Можно передавать информацию как о знаке приращения, так и о его квантованном значении кодовой группой из нескольких символов. Такой метод передачи называется дифференциальной импульсно-кодовой модуляцией (ДИКМ). В дифференциальных модуляторах и демодуляторах непрерывно суммируются величины передаваемых приращений, соответствующих каждому входному сигналу. Поэтому такие устройства являются одноканальными и не позволяют осуществлять групповое преобразование на основе временного разделения каналов.

Принципиальным отличием дифференциальных методов цифровой модуляции от ИКМ является ограничение предельно допустимой скорости изменения передаваемого сигнала, а не его амплитуды, как при ИКМ. Действительно, если величина приращения передаваемого сигнала существенно превышает амплитудный диапазон дифференциального АЦП, то передача такого приращения не может быть осуществлена с помощью одного (при ДМ) или 2 (при ДИКМ) шагов квантования. При этом сигнал, формируемый в цепи обратной связи АЦП, не успевает измениться соответственно изменениям входного сигнала, что приводит к искажениям отсчетов передаваемого сигнала – искажениям «перегрузки по крутизне». Увеличивая величину шага квантования, можно снизить искажения перегрузки, при этом, однако, возрастают искажения квантования.

Амплитуда сигнала, который может быть передан с малыми искажениями, уменьшается с увеличением частоты. Многие сигналы (например, телефонные, телевизионные, видеотелефонные) имеют спектральную плотность, уменьшающуюся с увеличением частоты.

В зависимости от вида передаваемых сигналов применяются различные методы дифференциальной цифровой модуляции. При передаче телефонных сигналов, у которых отсутствуют резкие изменения мгновенных значений, можно, увеличивая частоту дискретизации, снизить разность значений двух соседних отсчетов так, чтобы она не превышала величины одного шага квантования (величина шага квантования выбирается исходя из допустимой мощности искажений квантования, попадающих в полосу исходного аналогового сигнала). Поэтому передача таких сигналов может осуществляться с помощью дельта-модуляции (ДМ).

При передаче телевизионных и видеотелефонных сигналов возможны резкие изменения значения сигнала, например, при передаче границы между темными и яркими деталями на изображении, Значение разности между соседними отсчетами в таких сигналах может соответствовать нескольким шагам квантования даже при значительном увеличении частоты дискретизации. Поэтому при передаче сигналов изображения целесообразно использовать не дельта-модуляцию, а дифференциальную импульсно-кодовую модуляцию (ДИКМ).