24.3 Дельта-модуляция

Дельта-модуляция (ДМ) – представление значений отсчетов сигнала ошибки предсказания с помощью двухуровнего (+1 или -1) одноразрядного кода при большой частоте дискретизации. Сигнал на выходе дельта-модулятора содержит лишь сведения о полярности (знаке) сигнала ошибки предсказания.

Рисунок 24.3 – Структурная схема модулятора ДМ.

ФНЧ ограничивает спектр частот входного сигнала . ДУ усиливает разность двух сигналов . Генератор тактовой частоты (ГТЧ) вырабатывает тактовые импульсы , которые поступают на пороговое устройство (ПУ). ПУ формирует ДМ сигнал : на его выходе возникают импульсы положительной полярности, если на выходе ДУ в момент прихода тактового импульса разностный сигнал положительный , и импульсы отрицательной полярности, если он отрицательный . В цепь обратной связи включается Инт, на выходе которого формируется аппроксимирующий ступенчатый сигнал . При ДМ соседние значения ступенчатого напряжения различаются обязательно на один шаг квантования.

Рисунок 24.4 – Принцип формирования ДМ сигнала.

Шум квантования тем меньше, чем выше частота дискретизации и чем меньше шаг квантования. При малом шаге квантования возникают дополнительные искажения, называемые «перегрузкой по наклону», вызванные тем, что ступенчатая сигнал на выходе интегратора не успевает следит за изменениями исходного сигнала.

Частота следования импульсов при ДМ и ИКМ примерно одинакова при одинаковой верности передачи. Преимуществом ДМ является сравнительная простота кодирующих и декодирующих устройств. Шум ложных импульсов при ДМ меньше, чем при ИКМ.

25 Линейный цифровой фильтр

25.1 Цифровая обработка сигналов

Цифровая обработка сигналов (ЦОС; Digital Signal Processing, или DSP) – процесс выполнения по заданной программе вычислительных операций над числами, однозначно отображающими эти сигналы.

ЦОС получила широкое распространение благодаря бурному развитию микропроцессорной техники. ЦОС удобна и проста в использовании, обходится дешевле и выполняется надежнее, чем аналоговая обработка сигналов. Кроме того, DSP-системы дают возможность осуществлять такие операции, которые принципиально невозможны при аналоговой обработке (например, оцифрованную функцию можно сохранить в памяти компьютера, т.е. отложить обработку сигнала в реальном времени).

К достоинствам ЦОС относятся высокая гибкость и точность выполнения преобразований сигналов. Основным недостатком является ограниченное быстродействие.

Структурная схема СИСТЕМЫ ЦОС приведена на рисунке 25.1.

Рисунок 25.1 – Структурная схема системы ЦОС.

На вход системы ЦОС поступает аналоговый сигнал . Входной фильтр низких частот (ФНЧ) отсекает паразитные частоты, которые лежат выше максимальной частоты информационного сигнала. В АЦП производится преобразование аналогового сигнала в цифровой с помощью операций дискретизации во времени, квантования по уровню и кодирования. Выходным сигналом АЦП является представляющая отсчеты входного сигнала последовательность двоичных чисел (x₀, x₁, x₂,…), составленных из нескольких разрядов. Каждому разряду соответствует своя шина, так что они возникают на выходе АЦП одновременно (параллельный код). Числа поступают в цифровой процессор (ЦП), который осуществляет над ними различные математические операции. Ранее полученные и промежуточные результаты могут сохраняться в памяти процессора для использования в последующих вычислениях. Результатом работы процессора является новая последовательность чисел (y₀, y₁, y₂,…), представляющих собой отсчеты выходного сигнала. Аналоговый выходной сигнал восстанавливается по этой последовательности чисел с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Сигнал на выходе ЦАП имеет ступенчатую форму. При необходимости он может быть преобразован в плавно меняющийся выходной сигнал s_вых(t) с помощью выходного ФНЧ, который отсекает все избыточные высокочастотные компоненты.

В цифровой форме можно создавать фильтры, анализаторы спектра, нелинейные преобразователи сигналов и др.