. Дельта модуляция
Рис. 9.6. Графики, поясняющие принцип формирования сигналов ДМ: а - исходный сигнал u(t); 
Дельта-модуляция (ДМ) была предложена с целью упрощения АЦП и ЦАП. При преобразовании аналогового сигнала в цифровой в АЦП дельта - модулятора используется одноразрядный код, символ которого определяет только полярность (знак) производной аналогового сигнала через интервал дискретизации Тд. Принцип формирования сигнала ДМ показан на рис. 9.6
На участках 0…t1, t2…t3 аналоговый сигнал u(t) возрастает (производная du(t)/dt положительная), поэтому кодовые символы ДМ сигнала принимают значения +1 и на рис. 9.6,б они изображены как импульсы положительной полярности. На участке t1…t2 сигнал u(t) убывает (производная отрицательна), кодовые символы ДМ сигнала принимают значения -1 и изображены в виде импульсов отрицательной полярности. Поскольку ДМ сигнал получается как знак производной аналогового сигнала, то для преобразования последовательности импульсов в аналоговый сигнал необходимо выполнить операцию, обратную дифференцированию, т.е. интегрирование. Если на вход идеального интегратора ЦАП подавать последовательность импульсов ДМ сигнала, то выходное напряжение будет иметь вид ступенчатой функции uкв(kTд) с постоянным шагом ∆ (рис. 9.6,в). Эта ступенчатая функция и является аппроксимацией аналогового сигнала. Восстановление аналогового сигнала uпр(t) из квантового uкв(kТд) осуществляется, как и в ЦАП ИКМ, фильтром нижних частот (рис. 9.7).
Для получения приращения (производной) аналогового сигнала применяются вычитающее устройство ВУ, на один вход которого подается непрерывный сигнал u(t), на второй вход - восстановленный интегратором и квантованный сигнал - uкв(kТд). Разностный сигнал е(t) = u(t) -uкв(kТд) и является аппроксимированной производной сигнала u(t). Функцию квантователя выполняет пороговое устройство ПУ, напряжение на входе которого соответствуют знаку разностного сигнала e(t). Электронный ключ Кл замыкается через интервал дискретизации Тд, на выходе его формируется двуполярная последовательность импульсов ДМ сигнала.
Такой способ получения ДМ сигнала называется линейной (классической) дельта-модуляцией. В настоящее время существуют десятки разновидностей ДМ, отличающихся, в основном, способом передачи с предсказанием (предсказателем). Так как в ДМ разностный сигнал формируется из входного и предсказанного тем или иным способом, ее часто называют системой с предсказанием [1,2].
Особенности ДМ. Непрерывный сигнал uпр(t) при ДМ лишь с некоторым приближении воспроизводит исходный сигнал u(t). Точность воспроизведения зависит от частоты дискретизации, шага квантования, а также от крутизны сигнала. Очевидно, что для уменьшения шума квантования необходимо, как и в ИКМ, уменьшать шаг квантования ∆. Но уменьшение шага ступенчатой кривой (см. рис.9.6,в) требует такого же увеличения частоты дискретизации, иначе ступенчатая кривая не будет совпадать с непрерывной. Однако шаг квантования ∆ нельзя брать слишком малым, так как в противном случае возникают дополнительные специфические искажения, называемые перегрузкой по крутизне [2, 3], вызванные тем, что ступенчатая функция не успевает следить за быстрыми изменениями непрерывного сигнала. Одним из способов борьбы с перегрузкой по крутизне является применение переменного шага квантования: с увеличением крутизны увеличивается шаг квантования (адаптивная ДМ).
По сравнению с ИКМ сигналы ДМ имеют значительно более высокую частоту дискретизации. В ДМ частота дискретизации определяется не по теореме Котельникова, а исходя из заданной точности воспроизведения непрерывного сигнала. Расчёты показывают [2], что при одинаковом с ИКМ шуме квантования частота дискретизации при ДМ примерно на порядок выше fддм ≈ 20Fмакс. Однако скорость модуляции цифрового сигнала в ДМ и ИКМ примерно одинакова, так как в ДМ используется одноразрядный код, а в ИКМ - n - разрядный. При одинаковой помехоустойчивости частота следования импульсов при ИКМ и ДМ также примерно одинакова. Поэтому обе эти системы занимают приблизительно одинаковую полосу частот.
Существенным преимуществом систем передачи с ДМ является сравнительная простота кодирующих и декодирующих устройств. Кроме того, шум ложных импульсов при ДМ меньше, чем при ИКМ (при той же вероятности ошибки в канале), так как при ДМ каждая ошибка изменяет уровень сигнала только на D. К недостаткам ДМ можно отнести явление размножения ошибок, создаваемых ложными импульсами, поскольку в схеме ДМ используется идеальный интегратор, обладающий бесконечной памятью, что приводит к накоплению ошибок. Для борьбы с этим явлением на практике либо периодически разрежают интегратор до нуля, либо используют интегратор, имеющий ограниченную постоянную времени.
Передача цифровых сигналов по линиям связи. Цифровой сигнал на выходе АЦП ИКМ представляет собой последовательность однополярных импульсов длительностью Тд, соответствующих передаче "1" и паузы соответствующей "0". Двухполярные короткие импульсы ДМ для уменьшения ширины их спектра также преобразовываются однополярные. Спектральная плотность мощности этой случайной последовательности импульсов теоретически равна бесконечности, но её основная часть расположена в пределах от нуля до fд. Если сопоставить этот спектр с АЧХ реальных радио и кабельных линий связи, то можно обнаружить их значительное несоответствие. Линии радиосвязи имеют примерно постоянную АЧХ в полосе частот, симметричной относительно несущей частоты. Кабельные линии связи с включенными в них усилителями и регенераторами дают значительное ослабление в области низких и высоких частот. Поэтому для устранения 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 различные виды вторичной частотной или фазовой манипуляции. При некогерентном приёме манипулированного сигнала предпочтение отдают ЧМн, при когерентном приеме – ОФМн.
В кабельных линиях связи широко распространена передача сигналов двухуровневыми импульсами постоянного тока. Длительность импульсов уменьшается до половины интервала дискретизации и применяется специальное линейное кодирование. Простейшим из кодов линии является квазитроичный код с чередованием полярности импульсов (ЧПИ).
.png)
