6. Дельта-модуляция.

Эффективным способом преобразования сигналов в цифровую форму является дельта-модуляция , которая иллюстрируется рисунке(см. ниже). В каждый момент отсчета сигнал сравнивается с пилообразным напряжением на каждом шаге дискретизации  . Если отсчет сигнала превышает по амплитуде пилообразное напряжение, то последнее нарастает до следующей точки дискретизации, в противном случае оно спадает. В простейшей системе наклон пилообразного напряжения сохраняется неизменным на всем протяжении процесса. Полученный бинарный сигнал можно рассматривать как производную от пилообразного напряжения. Выбирая достаточно малым значение шага  , можно получить любую заданную точность представления сигнала. Преимущество дельта-модуляции по сравнению, например, с ИКМ, которая также образует бинарный сигнал, заключается не столько в реализуемой точности при заданной частоте дискретизации, сколько в простоте реализации.

Рис. 3. Осциллограммы, поясняющие принцип дельта-модуляции: а — передаваемый аналоговый сигнал (плавная линия) и результат его квантования по уровню (ступенчатая линия); б — последовательность импульсов, отображающая ход ступенчатой функции; в — восстановленный сигнал (пунктирными линиями указаны границы разброса его мгновенных значений, обусловленного шумами квантования).

2.4 Широкополосные сигналы, их использование в связи

1. Классификация, основные параметры.

Широкополосными сигналы иногда называют сложными в отличие от простых сигналов (например, прямоугольные, треугольные и т.д.) с В=1. Поскольку у сигналов с ограниченной длительностью спектр имеет неограниченную протяженность, то для определения ширины спектра используют различные методы и приемы. Повышение базы в ШПС достигается путем дополнительной модуляции (или манипуляции) по частоте или фазе на времени длительности сигнала. В результате, спектр сигнала F (при сохранении его длительности T) существенно расширяется. Дополнительная внутрисигнальная модуляция по амплитуде используется редко. В системах связи с ШПС ширина спектра излучаемого сигнала F всегда много больше ширины спектра информационного сообщения. ШПС получили применение в широкополосных системах связи (ШПСС), так как:

позволяют в полной мере реализовать преимущества оптимальных методов обработки сигналов; обеспечивают высокую помехоустойчивость связи; позволяют успешно бороться с многолучевым распространением радиоволн путем разделения лучей; допускают одновременную работу многих абонентов в общей полосе частот; позволяют создавать системы связи с повышенной скрытностью; обеспечивают электромагнитную совместимость (ЭМС) ШПСС с узкополосными системами радиосвязи и радиовещания, системами телевизионного вещания; обеспечивают лучшее использование спектра частот на ограниченной территории по сравнению с узкополосными системами связи.

2.Манипулированные сигналы – коды Баркера, М-последовательности.

Псевдослучайные сигналы используются в системах с шумоподобными сигналами (системы с расширением спектра). Корреляционные функции некоторых из них имеют требуемую форму: относительно малую длительность центрального выброса, сравнительно большое превышение центрального выброса над боковыми выбросами и т. п. Такие системы обладают высокой помехозащищенностью.

Возьмем N импульсных радиосигналов длительностью ₀ и амплитуды V, которые различаются между собой смещением во времени на величину, кратную длительности, и могут отличаться начальной фазой на p. Из этих элементарных импульсных сигналов образуем фазоманипулированный сигнал:

где начальная фаза: причем _iравно или 0 или в зависимости от применяемого кода. Здесь и далее для упрощения соотношений предполагается, что _{0 0} кратно 2 .

Обозначим cos _i = d_i: где i = l ¸ N, a d_i равно или +1 или —1.

Фазоманипулированный сигнал: а — изменение во времени мгновенного напряжения; б— изменение начальной фазы; в— изменение комплексной амплитуды

Комплексная огибающая этого сигнала может быть представлена в виде следующей суммы:

Нормированная корреляционная функция комплексной огибающей при временном сдвиге t= k ₀ + , где k — целое неотрицательное число, а 0 =< =< ₀, равна:

Таким образом, анализируемая функция является линейной функцией на интервале длительностью ₀. Поэтому автокорреляционная функция комплексной амплитуды сигнала, составленного из элементарных радиоимпульсов, длительность которых одинакова и равна ₀, а начальная фаза или 0 или , представляет собой линейно-ломаную линию, точки излома которой соответствуют временным сдвигам, кратным длительности ₀. В этих точках

В частности, при отсутствии временного сдвига при сдвиге на время (N - 1) ₀

Кроме того, при положительном m, начиная с нуля, и любом положительном значении

При отрицательных временных сдвигах автокорреляционную функцию легко определить, используя ее свойство четности: r(—t) = r(t).

Выберем последовательность {di}, где i = 1 ¸ N, так, чтобы при значениях аргумента t, абсолютная величина которых больше или равна длительности ₀ элементарного импульса, нормированная автокорреляционная функция лежала в пределах —1/N <= r(t) <= 1/N при |t| >= ₀.

Так как корреляционную функцию определяют ее значения в дискретных точках при сдвиге t = k ₀, то последнее неравенство для этих точек можно представить в таком виде:

При четном N используются N = 4. При нечетном N данное условие выполняется только при N = 3, 5, 7, 11 и 13.

При N > 13 кодов Баркера, к сожалению, не существует. Вследствие этого при оптимальной фильтрации невозможно получить превышение главного максимума модуля корреляционной функции над прочими максимумами более чем в 13 раз. Иначе говоря, при использовании сигнала, манипулированного по фазе в соответствии с кодом Баркера, главный максимум напряжения на выходе оптимального фильтра сопровождается побочными максимумами, относительная величина которых не может быть сделана меньше 1/13. Корреляционные функции последовательностей Баркера

Вычисление последовательности Баркера с N=7. В боковике ромбовидной таблицы запишем рассматриваемую последовательность снизу вверх. Если в строке боковика стоит +, то перепишем без изменения эту последовательность в горизонтальную строку, а если на указанном месте находится —, то сменим знаки всех ее элементов.

ГОИ — генератор одиночного импульса. БМ-балансный модулятор. ГВЧ-генератор высокой частоты.

Амплитудный спектр последовательности Баркера:

Здесь положительный знак перед скобкой имеет место при N = 5 и 13, а отрицательный — при N=3, 7 и 11.

Ширина спектра анализируемого сигнала совпадает с шириной спектра элементарного радиоимпульса этого сигнала, которая составляет П~1/ ₀.

Следовательно, база сигнала, т. е. произведение его длительности t1 = N ₀ на ширину П спектра, равна B = Пt1 = N, а значит больше единицы. Именно поэтому такой сигнал и будет сложным' причем в тем большей степени, чем больше число N элементов сигнала.

Оптимальный фильтр для кода Баркера-7.

РОФОС – радиочастотный оптимальный фильтр одиночного сигала (на его выходе получаем корреляционную функцию)