2.4.6.2.  Дельта-модуляция

Дельта-модуляцию можно рассматривать как частный вид КИМ, при которой используется одноразрядный двоичный код. При дельта-модуляции по каналу связи передается не сама функция сообщения, а лишь информация о знаке приращения канально

го сообщения. При этом в зависимости от знака приращения в канал поступают импульсы положительной или отрицательной полярности и постоянной амплиту­ды. Восстановление передаваемого сообщения производится путем суммирования (интегрирования) на приемном конце поступающих импульсов. Образование сигнала при дельта- модуляции можно рас­смотреть с помощью рис. 2.25.

В рассматриваемой системе (рис. 2.25) непрерывное сообщение х(t) аппрокси­мируется ступенчатой функцией , приближенно соответствующей передаваемому сообщению. Аппроксимирующий сигнал формируется интегратором И1, связанным с выходом импульсного модулятора ИМ. Компаратор К осуществляет сравнение аппроксимирующей функции  и передаваемого сообщения, вырабатывая в зависимости от знака разности   {х(t) – }сигнал положительной или отрицательной  полярности.  Сигнал сравнения подается на импульсный модулятор, на второй вход которого поступают импульсы от генератора тактовых импульсов ГТИ.

В зависимости от знака разности импульсы на выходе импульсно­го модулятора имеют положительную или отрицательную полярность. Импульсы положительной полярности увеличивают напряжение ни выходе интегратора  на величину DU, равную шагу квантования по уровню. При поступлении импульсов отрицательной полярности напряжение на выходе интегратора уменьшается также на величину DU. В результате этого на выходе интегратора формируется ступенчатая следящая функция . Если сообщение х(t) не изменяется во времени, выходной сигнал импульсного модулятора будет представлять собой последовательность чередующихся положительных и отрицательных импульсов (см. рис. 2.25, б, участок с – d).

Образованный таким образом дельта-модулированный сигнал (рис. 2.25, в) с выхода импульсного модулятора подается в линию связи ЛС. На приемной стороне дельта-модулированный сигнал поступает на интегратор И2, аналогичный интегратору И1, установленному в передающем устройст­ве. Интегратор И2 (см. рис. 2.25, а) формирует ступенчатый сигнал , аппроксими­рующий передаваемое сообщение. Этот сигнал, проходя через фильтр нижних частот Ф, сглаживается, в результате чего образуется непре­рывное сообщение, близкое к исходному.

При дельта-модуляции наблюдаются искажения, обусловленные двумя причинами. Первой причиной искажений является шум квантования (рис. 2.25, б, участок b – с – d). Вто

рой причиной являются перегрузки, возникающие в тех случаях, когда скорость изменения входного сообщения х(t) превышает среднюю скорость изменения следящего ступенчатого сигнала (рис. 2.25, б, участок а – b). Искаже­ния, обусловленные квантованием сообщения, принципиально неустра­нимы. Их можно лишь уменьшить путем уменьшения величины шага квантования.

Устранить перегрузку можно увеличением шага квантования по уровню или увеличением частоты генератора тактовых импульсов – частоты отсчетов. Увеличение шага квантования приводит к росту шума квантования, а увеличение частоты отсчетов вызывает расширение полосы частот тракта передачи и, как следствие, – уменьшение числа каналов в многоканальной системе. Поэтому обычно принимается ком­промиссное решение. Чтобы избежать искажений, обусловленных пе­регрузкой, необходимо, чтобы средняя скорость изменения следящего сигнала  не была меньше, чем максимальная скорость измене­ния сообщения х(t), т.е.

где Dt – интервал между отсчетами непрерывного сообщения х(t).

Величина DU определяется необходимым числом уровней квантования (m) и может быть найдена как частное от деления ширины динамического диапазона сообщения    {х
(
t)max – х(t)min } на число уровней (m):

При совместном использовании выражений (2-107) и (2-108) получаем:

Если учесть, что, то можно определить частоту генератора тактовых импульсов:

Обычно величину FГТИ выбирают из условия равенства левой и правой частей выражения (2-110). Практически частота генератора тактовых импульсов ГТИ может быть определена по приближенной формуле:

FГТИ » 2mFB,                                                          (2-111)

где FB верхняя граничная частота передаваемого сообщения х(t).

Недостатком систем с дельта-модуляцией является зависимость динамического диапазона сообщения х(t) от его спектра (при постоянстве FГТИ), что следует из выражения (2-110). Другим недостатком является накопление искажений под действием случайных и импульсных помех. В результате превышения помехой определенного уровня выходной сигнал интегратора может увеличиться или уменьшиться на DU. Этот недостаток устраняется периодической корректировкой принимаемого сигнала.

По показателям системы с дельта-модуляцией близки к системам с кодово-импульсной модуляцией, однако отличаются от систем с КИМ большей простотой аппаратуры.