3.Диференціальна імпульсно-кодова модуляція. Дельта модуляція

Сусідні відліки реальних повідомлень, як правило, сильно корельовані. Це дозволяє, виходячи зі значень попередніх відліків, прогнозувати значення даного відліку. При диференціальній імпульсно-кодовій модуляції (ДІКМ, мал.2 ) квантуються не відліки, а різниці між прогнозованними й істинними значеннями відліку.

Малюнок 1- Структурна схема з ДІКМ

У ДІКМ можна зменшити значність кодових комбінацій у порівнянні з ІКМ і тим самим скоротити швидкість цифрового потоку , зменшити смугу частот каналу й підвищити завадостійкість. На прийомній стороні (мал. 1) прийняте значення відліку різниці додається до попереднього прогнозованого відліку й у результаті формується оцінка відліку.

Часто в якості беруть попереднє значення відліку

,

тому

.

Відомо кілька варіантів технічної реалізації ДІКМ. Основна відмінність між ними складається в операціях формування різницевого сигналу . В одних системах формується в аналоговій формі, а потім квантується й кодується, в інших повідомлення перетворюється в цифрову форму й всі операції виконуються в цифровому вигляді.

Зі сказаного видно, що при різницевих методах кодер і декодер складніші. Додаткові труднощі виникають при побудові багатоканальних систем, при ІКМ кодер і декодер можуть бути спільними для всіх каналів, а при ДІКМ вони, як правило, індивідуальні.

Специфічна помилка систем ДІКМ пов'язана з «перевантаженням за нахилом». Вона виникає при швидкій зміні рівня повідомлення, коли формується більша, ніж можна передати за допомогою кодової комбінації.

Окремим різновидом системи ДІКМ є система з використанням дельта-модуляція (ДМ), при якій кодова комбінація складається з одного розряду, що передає знак різниці між поточним і попереднім значенням відліків. Принцип передачі повідомлення при ДМ показаний на мал.2а.

Відліки парівняються із квантованими відліками , отриманими в результаті підсумовування в накопичувачі (інтеграторі) всіх попередніх квантованих сигналів помилок.

а)

б)

Малюнок 2- Структурна схема системи з дельта-функцією (а) і діаграма формування сигналу на її виході (б)

Якщо , то кавнтувач формує +1 (знак різниці позитивний), у противному випадку одержуємо -1(знак різниці негативний). На виході накопичувача квантований сигнал має вигляд східчастої функції (мал. 2б), причому кожний імпульс +1 збільшує, а -1 зменшує східчасту функцію на один крок квантування. У цьому випадку роль передбачувача грає накопичувач (інтегратор).

На приймальній стороні сигнал ДМ декодує накопичувач, аналогічний тому, що стоїть на передавальній. На його виході (при відсутності збоїв у дискретному каналі) утвориться східчаста напруга . Після фільтрації виходить оцінка повідомлення .

Шуми в дискретному каналі зв'язку не приводять до утворення аномальних помилок, але нагромадження помилок має місце.

Швидкість цифрового потоку в розглянутому варіанті ДМ, як правило, виходить більше, ніж при ІКМ. Одним зі способів покращення показників ДМ є використання в якасті накопичувача дельта модулятора (мал. 2) не одиночного, а подвійного інтегратора. Можна показати, що в цьому випадку формована копія сигналу складається з відрізків, нахил яких відповідає імпульсному сигналу на вході інтегратора. Перехід до подвійного інтегратора зменшує потужність шуму квантування (при тім же ) на 6 .. 10 дб.

При дельта-модуляції крок квантування, з одного боку, повинен бути настільки малий, щоб шум квантування не перевищив припустимого значення, а з іншого боку - досить великий, щоб не виникли шуми перевантаження. Якщо крок квантування залишається постійним, необхідно збільшувати частоту дискретизації.