Лекция 18. Дельта модуляция с компандированием

1. Виды компандирование при ДМ.

2 Динамический диапазон при компандировании.

3 Дельта-декодер работает.

Тактовая частота в системе передачи с ДМ могут быть существенно уменьшена, если во избежание перегрузки шаг квантования менять с изменением крутизны сигнала. Различают следующие виды компандирование при ДМ: инерционное,мгновенное и компандирование по структуре цифрового сигнала на выходе модулятора. Компандирование позволяет не только уменшить тактовую частоту. но и поддерживать постоянство отношения сигнал/шум квантования при изменении средней мощности сигнала в достаточно больших пределах и тем самым расширять динамический диапазон канала.

Инерционное компандирование применяют при передачи речевых сигналов. При этом величина шага квантования меняется с изменением уровня средней мощности речевого сигнала (слоговое компандирование). При слоговом компандировании инерционные сжиматель и расширитель включают соответственно на входе модулятора и на выходе демодулятора, как это делается в каналах ТЧ и вещания систем ЧРК, с целью повышения помехозащищенности и расширения динамического диапазона. Так же как и в ЧРК, при большой степени сжатия возникают большие искажения, из-за несогласованности характеристик сжимателя и расширителя, и поэтому применяют инерционные сжиматели и расширители с коэффициентом γ_сж=0,5 и расширения γ_расш=2. Динамический диапазон при таком компандировании расширяется рпименрно на 15 дБ.

Одна из возможных схем адаптивной дельта-модуляции приведена на рис.1 (с инерционной компрессией)

Основу структурной схемы составляет обычный классический демодулятор с одинарным интегратором.

Рисунок 3.1 - Обычный классический демодулятор с одинарным интегратором

Инерционная компрессия в модуляторе осуществляется с помощью формирователя сигнал управления ФУ (ДИ, СФиДО) и амплитудно импульсивного модулятора М, включенного на входе интегратора. ФУ состоит из дополнительного интегратора ДИ, ограничевающего спектра частот импульсной последовательности в области ВЧ, сглаживающего фильтра СФ, детектора огибающей ДО и схемы сложения + огибающей с заданным постоянным напряжением U_о, определяющим заданное минимальное значение амплитуды импульсов на входе интегратора.

Работа схемы поясняется с помощью временных диаграмм.

Непрерывный сигнал (1) →на вход ДУ и на выходе порового устройство ПУ при нарастании входного сигнала начинает формироваться последовательность положительных единичных импульсов (3).

Рисунок 3.2 - Временная диаграмма

Формируемая импульсная последовательность поступает на дополнительную интегрирующую цепь на выходе которой из-за ограничения длительности и импульса возникают межсимвольное искажения6 что приводит к появлению сигала огибающей импульсной последовательности (4). Сф выделяет огибающей (5) амплитуда которого зависит от плотности единиц в импульсной последовательности. Детектор огибающей осуществляет двухполупериодное выпрямление этого сигнала (6). К ней подмешивается постоянное напряжение U_{о которое обеспечивает} постоянную амплитуду импульсов на выходе модулятора при равномерной плотности положительных и отрицательных единиц на его входе, т.е. при отсутствии напряжения огибающей. При увеличении плотности единиц амплитуда импульсов, поступающий на интегратор по цепи обратной связи будет изменяться (7) под действием напряжения огибающей, и аппроксимирующая, ступенчатая функция (8) в зависимости от крутизны нарастания непрерывного сигнала будет иметь переменный шаг квантования.

Декодер работает аналогично только в обратном направлении.

Упрощенная структурная схема кодера с мгновенным компандированием по структуре цифрового потока показана на рис.3.3.

Рисунок 3.3 - Упрощенная структурная схема кодера с мгновенным компандированием

Схема содержит классический дельта-модулятор, к которому дополнительно подключены амплитудно-импульсный модулятор и импульсный преобразователь ИП. ИП в зависимости от характеристик двоичной последовательности изменяет величину приращении аппроксимирующего напряжения, для чего используется модулятор. Главным достоинством данного типа мгновенного компандирования является возможность реализации аппаратуры на современных элементов счетной техники, что обеспечивает точное соответствие характеристик компрессии на стороне передачи и экспандирования на стороне приема.

Принцип работы такой схемы можно пояснить с помощью временных диаграмм.

Рисунок 3.4. - Временная диаграмма

Импульсный преобразователь анализирует плотность единиц и при комбинациях вида 111 или -1-1-1 на его выходе возникает импульс, который увеличивает амплитуду импульса на выходе модулятора в 2 раза, при этом шаг квантования на выходе интегратора возрастает также в 2 раза.

Дельта-декодер работает точно таким же образом, но дополнительно включает в себя схему синхронизации СС и формирователь импульсов ФИ. Использование компандирования позволяет снизить тактовую частоту цифрового потока по сравнению с классической ДМ почти в 4 раза и довести ее до 48 кГц для одного канала ТЧ.

Основным преимуществом ДМ в сравнении с ИКМ является ее большая помехоустойчивость, связанная с тем, что она менее чувствительна к ошибкам в цифровом сигнале, чем ИКМ. Величина ошибки при ИКМ зависит от разряда неправильно принятого символа кодовой группы. При 7-разрядной группе ошибка в старшем разряде кодовой группы приводит к ошибочному восстановлению амплитуды отсчета, величина которой ∆U_ош=2⁶∆=64∆, т.е. половине максимального отсчета сигнала. При ДМ ошибочный прием символов цифрового потока всегда приводит к ошибке в один шаг квантования.

Литература:

Осн. 5. [стр.90-95]

Доп. 6. [стр. 30-32].

Контрольные вопросы

1.Что такое дельта модуляция?

2.Чтот такое компандирование?