Федеральное агентство по образованию РФ
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Акулиничев Ю.П.
Исследование системы связи с дельта-модуляцией
Одобрено кафедрой радиотехнических систем в качестве учебно-методического пособия к лабораторным исследованиям для студентов специальностей:
071700 "Физика и техника оптической связи", 200700 “Радиотехника,” 201100 "Радиосвязь, радиовещание и телевидение", 201200 “Средства связи с подвижными объектами”, 201600 “Радиоэлектронные системы”, 201800 “Защищенные системы связи”.
Томск, 2006
1. Введение
В 1948 году предложен новый способ модуляции при передаче сигналов, получивший название «дельта-модуляция» (ДМ). По сравнению с другими методами импульсной модуляции ДМ обладает рядом достоинств.
Целью настоящей работы является ознакомление с принципом ДМ, особенностями построения систем связи с ДМ и исследование некоторых характеристик системы связи с дельта-модуляцией.
2. Принцип дельта-модуляции
При ДМ передается не функция сообщения, а знак приращения функции сообщения. Принцип действия системы связи с применением ДМ можно пояснить функциональной схемой (рисунок 1) и графиками напряжений в характерных точках, приведенными на рисунке 2.
Модулирующее напряжение r(t) и напряжение с выхода интегрирующего каскада R(t) подаются на два входа вычитающего устройства и на выходе последнего имеем их разность ε(t) = R(t)-r(t).
Генератор импульсов вырабатывает периодическую последовательность коротких тактовых импульсов, задающих тактовые моменты времени. Период следования этих импульсов определяет шаг квантования по времени ∆t.
При подаче на вход кодирующего устройства k-ro короткого тактового импульса в момент t=k∆t оно вырабатывает прямоугольный импульс с фиксированными амплитудой и длительностью. Полярность этого импульса зависит только от знака разности ε(t) в тактовый момент времени. Если ε(k∆t)£0, т.е r(k∆t)³R(k∆t), то на выходе кодирующего устройства появляется положительный импульс. Если же ε(k∆t)>0, т.е. r(k∆t)<R(k∆t), полярность импульса отрицательна.
Интегратор 1 выполняет математическую операцию интегрирования поступающих на его вход кодовых импульсов и работает по следующим правилам:
если с выхода кодирующего устройства на вход интегратора подается импульс положительной полярности, то напряжение на выходе интегратора скачком возрастает на величину ∆r и затем остается неизменным до прихода следующего импульса;
если с выхода кодирующего устройства на вход итератора подается импульс отрицательной полярности, выходное напряжение интегратора скачком уменьшается на ∆r и затем также остается неизменным до прихода следующего импульса.
Рисунок 1 – Функциональная схема системы связи с ДМ
Поскольку на выходе кодирующего устройства в тактовые моменты времени обязательно возникают импульсы той или иной полярности, напряжение на выходе интегратора обязательно возрастает либо уменьшается на одну ступеньку и вследствие этого приобретает ступенчатую форму, показанную на рисунке 2, кривая а. Очевидно, что величина ∆r определяет шаг квантования по амплитуде.
Из приведенного анализа работы дельта-модулятора следует, что в вычитающем устройстве сравнивается истинное значение модулирующего напряжения r(k∆t) с квантованным R[(k-l)∆t], которое фактически образовалось в предыдущем периоде сравнения. В каждом периоде тактовой частоты здесь передается информация только об одном из двух возможных перемещений ступенчатой кривой R(t) на одну ступеньку вверх или
вниз. Таким образом, сигнал при дельта-модуляции оказывается автоматически кодированным по двоичной системе и представляет собой импульсы всегда одинаковой величины, но различного знака. На практике обычно используют элементарное кодиро-
Рисунок 2 – Форма напряжений в характерных точках
вание, а именно, однозначный двоичный код, т.е. в тактовых точках импульс присутствует или не присутствует, что соответствует положительным или отрицательным приращениям.
Функции декодирующего устройства на приемной стороне выполняет интегратор 2, на выходе которого получается ступенчатое напряжение R1(t). После его сглаживания фильтром нижних частот получим функцию сообщения r1(t), близкую к r(t). Понятно, что для уменьшения ошибок в передаче сообщений интегратор 2 должен быть аналогичен интегратору 1.