CATEGORII DOCUMENTE |
Aeronautica | Comunicatii | Electronica electricitate | Merceologie | Tehnica mecanica |
Principiul modulatiei delta (MD)
3.2.1. Modulatia numerica diferentiala
Modulatia impulsurilor in cod (PCM) nu reprezinta singura
modalitate de transformare a unui semnal analog in semnal digital.
Exista mai multe metode diferentiale ale caror principii de
baza constau in faptul ca se esantioneaza, cuantizeaza si codeaza modificarile
produse asupra semnalului analog in timpul perioadei de esantionare si nu toate
valorile sale la momentele de esantionare.
In majoritatea metodelor diferentiale, codarea diferentei
marimii amplitudinii esantioanelor se face prin PCM cu un numar de biti mai mic
decat cel necesar in timpul codarii PCM clasice. Functie de modul cum se
codifica semnalul numeric si de analiza semnalului pe baza esantioanelor
precedente, tinand seama de proprietatile statistice ale lui, se disting mai
multe sisteme cu modulatie numerica diferentiala; cele mai folosite sisteme
tehnice numerice sunt:
- sisteme cu modulatie delta (M?);
- sisteme cu modulatia impulsurilor in cod-Diferentiala (MIC-D).
3.2.2. Modulatia delta (M?)
Din studiul principiului MIC rezulta ca, indiferent de
marimea amplitudinii esantionului semnalului, el se codeaza cu 8 biti.
Sunt doua variante de scheme structurale cu MIC-?. In figura
3.16. semnalul diferenta este obtinut in forma analogica, iar in figura 3.17.
prin prelucrarea numerica. Dezavantajul schemelor consta in faptul ca produc
distorsiuni neliniare.
Fig. 3.16. Formarea analogica a
semnalului diferenta
Daca la intrarea transmitatorului se aplica o tensiune
liniar crescatoare, la iesirea receptorului se obtine tot o tensiune liniar
crescatoare, iar panta sa nu poate lua decat valorile: 0,?/Te, 2?/Te,.K?/Te
in care:
? - marimea pasului de cuantizare;
Te - perioada de esantionare.
La receptie pantele celor doua semnale nu coincid, aparand
diferenta intre semnalul receptionat si cel transmis.
In figura 3.17. eroarea de cuantizare este de doi pasi de
cuantizare, ceea ce duce la marirea puterii zgomotului de 4 ori.
Fig. 3.17. Formarea numerica a semnalului
diferenta
Pentru minimizarea acestor distorsiuni se compara permanent
semnalul initial cu semnalul de la iesirea codecului, comparatia executandu-se
in codere delta ce au in circuitul de reactie un decoder pentru refacerea
semnalului analogic.
Daca se tine seama de corelatia existenta intre esantioanele
semnalului (fiecare tip de semnal are o anumita valoare) rezulta ca se poate
reduce numarul de biti pe esantion, minimizand o parte din redundanta
semnalului.
Semnalele electrice care intereseaza in comunicatiile digitale
(telefonie, videotelefonie) au o densitate spectrala care scade pe masura
cresterii frecventei. Esantioanele acestor semnale au legaturi de corelatie
care sunt functie de tipul semnalului. Daca esantioanele se iau cu frecventa de
esantionare de 8 kHz, coeficientul de corelatie intre esantioane este mai mare
de 0,5. Pentru semnalul telefonic se poate alege o frecventa de esantionare
astfel incat diferenta intre marimile a doua esantioane sa fie de marimea
pasului de cuantizare. Se poate transmite intre sursa si receptor doar sensul
de variatie a esantionului curent fata de cel anterior de ordinul 1, ordinul 2,
s.a.m.d. Se realizeaza in acest fel cuantizarea cu un singur bit pentru
semnalul diferenta care exprima rezultatul comparatiei.
Fig. 3.18. Determinarea diferentelor de
ordinul 1 si 2.
Daca se ia in calcul diferenta dintre esantionul curent si r
esantioane anterioare atunci diferenta de ordinul r este:
(3.3.)
Un sistem de comunicatii clasic cu modulatie delta se compune din coder, canal de comunicatie si decoder. Semnalul u(t) cu spectru S(?) este transformat de coder intr-o succesiune de simboluri binare care sunt transmise prin canalul de comunicatie la decoder care reface semnalul transmis ce contine informatia.
Fig. 3.19. Schema bloc a unui sistem cu
modulator delta
Formarea semnalului numeric in modulatorul delta se
realizeaza prin compararea semnalului de la un circuit de reactie (denumit si
decoder local) cu semnalul initial analogic (fig. 3.20.).
Schema bloc a unui sistem cu modulator delta este o
particularizare a schemei generale a unui modulator diferential. Ea este
formata dintr-un comparator, coder, integrator si bucla care genereaza in
permanenta la intrarea minus a comparatorului un semnal in trepte ce
aproximeaza semnalul analog aplicat la intrarea plus. Fronturile anterior si
posterior ale semnalului in trepte sunt comandate de un semnal periodic dat de
generatorul de tact. La fiecare semnal de tact semnalul in trepte
creste/descreste cu o treapta (doar una). In canalul de comunicatie se transmit
impulsuri cu polaritate pozitiva sau negativa in functie de variatia cu o
treapta.
La receptor, un integrator identic cu cel de la emisie
reface semnalul in trepte din care se obtine, dupa operatiunea de filtrare
intr-un filtru trece jos, semnalul analog ce a fost aplicat modulatorului.
Exista la semnalul receptionat erori sub forma de zgomot de cuantizare la fel
ca la semnalul PCM.
CAN-circuit analog digital; CE-circuit de esantionare;
CC-circuit de cuantizare; I-integrator; D-decoder; C-coder, GT-generator de
tact.
Fig. 3.20. Formarea semnalului modulat delta
In cazul modulatiei delta raportul semnalzgomot de
cuantizare (Rszgc) este obtinut din relatia:
(3.4)
unde fe este frecventa de esantionare iar fM este
frecventa maxima a spectrului de frecventa vocal.
Din relatia (3.4.) rezulta ca frecventa de esantionare
trebuie sa fie de 125 ori mai mare decat frecventa maxima fM a
semnalului transmis in cazul cand Rs/zg este de 50 dB si de 27 ori
mai mare pentru un raport semnal-zgomot de cuantizare de 30 dB. Valoarea
frecventei de esantionare a modulatorului delta este de sase ori mai mare decat
la modulatia impulsurilor in cod. Rezulta ca la transmiterea semnalelor cu
densitate spectrala uniforma si cu treapta de cuantizare uniforma nu se reduce
viteza de transmitere. In situatia cand se utilizeaza variante perfectionate
ale modulatoarelor delta se poate obtine micsorarea vitezei de transmitere.
Intr-un modulator delta poate sa apara o distorsiune
specifica acestui tip de modulatie si care poate fi denumita depasire de panta.
(fig. 3.21.)
Fig. 3.21. Distorsiune tip depasire de
panta.
Panta maxima a unui semnal sinusoidal depinde proportional
de amplitudinea si de frecventa semnalului deci modulatorul are o
caracteristica de supraincarcare de tipul celei din figura 3.22.
Fig. 3.22. Caracteristica de
supraincarcare a modulatorului delta.
Modulatorul este supraincarcat de orice semnal sinusoidal a carei frecventa si
amplitudine determina un punct din zona hasurata.
Modulatia delta poate fi utilizata pentru transmisiuni telefonice multiplexate
in timp, dar pentru fiecare cale telefonica in parte, urmand ca ulterior sa se
faca o multiplexare a semnalelor digitale.
3.2.3. Modulatia delta cu simpla integrare (liniara-MDL)
si dubla integrare ( neliniara- MDNL)
3.2.3.1. Sistemul de comunicatie cu modulatie delta (SCM?)
Un sistem de comunicatie cu modulatie delta prezinta urmatoarea schema bloc
(fig. 3.23.).
Fig. 3.23. Sistem de comunicatie cu
modulatie delta.
Fiecarui terminal ii corespunde un modulator (coder) delta
individual, semnalul binar fiind multiplexat in timp de catre blocul
multiplexor (MUX) a carui functionare este comandata de generatorul de tact
pentru emisie (GTE).
Multiplexorul insumeaza si semnalele de sincronizare si
semnalizare.
Semnalele binare de la iesirea multiplexorului sunt aplicate
echipamentului de linie care prin interfata de linie asigura, conform unui cod
de linie, un semnal bipolar.
Semnalele sunt transmise prin canalul de comunicatie (cablu
simetric sau fibra optica, radioreleu, radio etc.).
Prin codarea de linie semnalul digital a capatat anumite
caracteristici care favorizeaza transmiterea sa pe un suport fizic.
Transmiterea semnalelor digitale pe distante de ordinul zecilor sau sutelor de
kilometri nu este posibila decat printr-un echipament de linie digital (fig.
3.23.) ce contine echipamentul de linie terminal si regeneratorul, componenta
cea mai importanta care indeplineste functiile de refacere a impulsurilor,
regenerarea semnalului de tact si regenerarea la iesire a impulsurilor.
La receptor semnalul de linie este transformat in semnal
binar de echipamentul de linie digital (ELD). In demultiplexor (DEMUX) se
separa caile multiplexate in timp in conformitate cu comenzile primite de la
generatorul de tact pentru receptie (GTR). Semnalul analog se reface de catre
demodulatoarele de cale.
Specific pentru echipamentele numerice cu modulatie delta
este individualizarea codecurilor (coder+decoder). Modulatorul delta este in
cazul general un convertor analog-digital pe principiul unei scheme cu reactie
(fig. 3.25.), in care semnalul de iesire uL(t) reprezinta
aproximarea numerica a erorii e(t) dintre semnalul analog u(t), care se
modifica si semnalul
In figura 3.24. avem un sistem de modulatie delta complexa
care are principala performanta dinamica de 35 dB la un raport semnal/zgomot de
28 dB.
Fig. 3.24. Sistem de modulatie delta complexa
In functie de metoda de aproximare se disting mai multe tipuri de modulatie
delta:
- daca semnalul ur(t) se obtine prin simpla integrare a semnalului uL(t),
spunem ca avem modulatie delta (M?) cu simpla integrare sau liniara (M?L);
- daca aproximarea se face prin doua integrari succesive a semnalului uL(t),
spunem ca exista modulatie delta cu dubla integrare (MDDI);
- daca contine doua bucle de reactie, o bucla liniara si una neliniara exista
modulatie delta complexa.
3.2.3.2. Modulatie delta cu simpla integrare (MDSI) -
modulatie delta liniara
Coderul delta poate fi un convertor analog-digital pe principiul unei scheme cu
reactie.
Fig. 3.25. Schema bloc a unui codec delta liniar
Semnalul telefonic continuu supus codarii
este limitat in banda de catre un filtru trece banda care are frecventele de
taiere f1 si f2, rezultand semnalul electric u(t) care
este aplicat comparatorului impreuna cu semnalul
Frecventa de aparitie a impulsurilor binare este direct
proportionala cu panta instantanee a lui u(t). Daca panta semnalului u(t) este
pozitiva, semnalul uL(t) are in componenta un numar de impulsuri
pozitive mai mare decat numarul de impulsuri negative. Cand u(t) are panta
negativa raportul dintre numarul impulsurilor pozitive si negative se schimba
fata de situatia anterioara.
Formele de unda ale semnalelor din coderul delta liniar sunt
prezentate in figura 3.26.
Semnalul uL(t) este supus unei integrari simple
pentru a se obtine semnalul
Fig. 3.26. Formele de unda ale semnalelor din coderul delta liniar
In punctele de maxim si de minim ale semnalului u(t),
semnalul uL(t) are in componenta impulsuri pozitive si negative in
numar aproape egal, astfel se apreciaza ca valoarea medie a lui uL(t)
aproximeaza valoarea medie a pantei semnalului analog u(t).
In figura 3.27. sunt prezentate zece perioade de tact in
intervalul t1-t2, iar uL(t) are 10 impulsuri
pozitive si 5 impulsuri negative. Valoarea medie a lui uL(t) pe
acest interval t1-t2 este 4??/10T. Integratorul ideal are
raspunsul in impuls i(t) de forma:
i(t)= 1 pentru t ? 0
0 pentru t < 0.
Fig. 3.27. Aproximarea pantei medii a lui
u(t)
de catre valoarea medie a lui L(t)
Un impuls din semnalul de la iesire uL(t)
genereaza o treapta ? = v ? volti la iesirea integratorului.
La iesire din integrator
Variatia semnalului u(t) pe intervalul de timp t1-t2
este 3?, ceea ce corespunde la o panta medie de:
,
care reprezinta aproximarea valorii medii a semnalului de iesire uL(t).
Pentru imbunatatirea aproximarii este necesara o treapta ?
mica si o frecventa fe mare. In intervalul t3-t4 variatia lui u(t) este ? ce
corespunde la o panta medie du(t)/dt = 0,1?/T si uL(t) = 0,2?/T, iar
pentru intervalul t5-t6 du(t)/dt = 0,1?/T si valoarea
medie a lui uL(t) este nula.
Pentru ca modulatia delta liniara sa fie in urmarire
se impune minimizarea treptei ? pentru o frecventa de esantionare fe
data. Decodorul delta (fig. 3.25.) este compus dintr-un circuit integrator si
un filtru trece jos (FTJ).
Circuitul integrator are rolul de a extrage semnalul in
trepte din semnalul complex care a fost receptionat iar FTJ extrage semnalul de
joasa frecventa u(t) care a fost transmis si care contine informatia.
In situatia in care consideram transmisia fara erori,
semnalul uL(t) din linie este refacut si integrat pentru a obtine
semnalul in trepte
In realitate in canalul de comunicatie se introduc erori si,
in consecinta, semnalul
Treapta de cuantizare in cazul modulatiei delta este
Modificarea a cel putin una din caracteristicile modulatiei
delta liniare conduce la alte tipuri de modulatie delta, ca de exemplu
modulatia delta adaptiva.
3.2.3.3. Modulatia delta cu dubla integrare
Pentru a se produce o minimizare a erorii, s-au introdus doua circuite de
integrare (integratoare) in codec (coder + decoder) (fig. 3.28.).
Fig. 3.28. Modulator delta cu dubla integrare
Fiecare front (treapta) al semnalului ur1(t) produce o rampa in ur2(t)
care dupa T secunde are valoarea:
(3.6)
si in consecinta panta unei rampe este:
(3.7)
Ambele circuite de integrare sunt presupuse ideale. Din fig. 3.28. se poate aprecia ca semnalele binare de la iesirea coderului provoaca modificari ale pantei semnalului ur2(t) de la iesirea celui de-al doilea integrator. Pentru semnalul analogic de la intrare u(t), viteza de schimbare a pantei este ES??s2 . Conditia de nedepasire de panta devine pentru MDDI de forma:
, (3.8)
unde ESm este amplitudinea maxima a semnalului sinusoidal de la
intrare ce nu depaseste coderul. Variatia semnalului in aceasta schema este
prezentata in fig. 3.29:
Fig. 3.29. Forme de unda in schema cu dubla integrare
Coderul prezinta o caracteristica variabil oscilatoare
datorita pantei semnalului ur2(t) care prezinta valoarea maxima cand
modulul lui ur2(t) este zero. Pentru micsorarea caracterului
oscilatoriu al semnalului din 'decoderul local' ur2(t), in
compunerea buclei de reactie se introduce un etaj numit predictor (fig. 3.30.),
sistemul in care informatia transmisa pe canalul de transmitere reprezinta
diferenta intre valoarea reala si valoarea predictiva.
Fig. 3.30. Schema MDDI cu predictie
Aproximarea semnalului u(t) se face de catre
(3.9)
in care P este
Avantajele si dezavantajele modulatiei delta fata de
modulatia PCM:
micsorarea vitezei de transmitere de la 64 la 32 kb/s;
parametrii cailor telefonice obtinuti cu procedee delta de tip special
(adaptive, predictive etc.) sunt superiori celor obtinuti cu PCM la aceeasi
viteza de transmitere;
tolerante mai mari in ceea ce priveste precizia si stabilitatea elementelor
circuitului;
echipamentele comune de grup ale unui sistem multiplex cu modulatie delta sunt
mult mai simple decat cele ale unui sistem PCM, fiabilitatea primelor fiind mai
mare;
codecurile delta se pot dispune in terminalele utilizatorilor;
reducerea influentelor tranzitorii dintre canale;
la emisie si la receptie nu sunt necesare filtre trece jos complicate deoarece
frecventa de tact are o valoare mult mai mare decat valoarea maxima a benzii
vocale.
Politica de confidentialitate | Termeni si conditii de utilizare |
Vizualizari: 3513
Importanta:
Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2024 . All rights reserved