Исследование системы связи с дельта-модуляцией

 

 Федеральное агентство по образования Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И  РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

(ТУСУР)

 

Кафедра радиотехнических систем

(РТС)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ С ДЕЛЬТА-МОДУЛЯЦИЕЙ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2008 г.

 

1 Цель  работы:

Целью настоящей работы является ознакомление с принципом ДМ, особенностями  построения систем связи с ДМ и  исследование некоторых характеристик  системы связи с дельта-модуляцией.

2 Домашнее  задание

Для входного синусоидального  сигнала, амплитуда которого равна А (В), а частота – f(Гц), записать условие при котором возникает перегрузка по скорости на выходе дельта – модулятора.

Ошибки перегрузки по скорости возникают, если выполняется условие:

где и таким образом .

3 Схема  экспериментальной установки

Рисунок 3.1 - Функциональная схема системы связи с ДМ

Модулирующее напряжение r(t) и напряжение с выхода интегрирующего каскада R(t) подаются на два входа вычитающего устройства и на выходе последнего имеем их разность ε(t) = R(t)-r(t).

Генератор импульсов вырабатывает периодическую последовательность коротких тактовых импульсов, задающих тактовые моменты времени. Период следования этих импульсов определяет шаг квантования  по времени ∆t.

При подаче на вход кодирующего  устройства k-ro короткого тактового импульса в момент t=k∆t оно вырабатывает прямоугольный импульс с фиксированными амплитудой и длительностью. Полярность этого импульса зависит только от знака разности ε(t) в тактовый момент времени. Если ε(k∆t)£0, т.е r(k∆t)³R(k∆t), то на выходе кодирующего устройства появляется положительный импульс. Если же ε(k∆t)>0, т.е. r(k∆t)<R(k∆t), полярность импульса отрицательна.

Интегратор 1 выполняет математическую операцию интегрирования поступающих  на его вход кодовых импульсов  и работает по следующим правилам:

1. если с выхода кодирующего устройства на вход интегратора подается импульс положительной полярности, то напряжение на выходе интегратора скачком возрастает на величину ∆r и затем остается неизменным до прихода следующего импульса;
2. если с выхода кодирующего устройства на вход итератора подается импульс отрицательной полярности, выходное напряжение интегратора скачком уменьшается на ∆r и затем также остается неизменным до прихода следующего импульса.

Функции декодирующего устройства на приемной стороне выполняет интегратор 2, на выходе которого получается ступенчатое  напряжение R1(t). После его сглаживания фильтром нижних частот получим функцию сообщения r1(t), близкую к r(t). Понятно, что для уменьшения ошибок в передаче сообщений интегратор 2 должен быть аналогичен интегратору 1.

4 Результаты  работы и их анализ

После подачи на вход системы  последовательности прямоугольных  импульсов, в соответствующих точках были сняты осциллограммы напряжений, представлены на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Осциллограммы напряжений в характерных точках макета

Характерные точки макета:

А1 - входной сигнал;

А2 - выход компаратора;

A3 - выход генератора тактовых  импульсов;

А5 - выход интегратора  передатчика;

Б1 - выход имитатора потока ошибок;

Б2 - выход канала с ошибками;

Б4 - выход генератора приемника;

Б5 - выход ФНЧ приемника.

Наблюдая при помощи осциллографа напряжение на выходе интегратора при  нулевом входном напряжении, была измерена величина шага квантования по времени мс и шага квантования по уровню В.

По данным вычислим среднеквадратическое значение шума квантования на выходе интегратора, а также предельное значение амплитуды, при котором  еще отсутствуют ошибки перегрузки по скорости:

Далее на частоте задающего  генератора в 50 Гц была выбрана такая  амплитуда синусоиды, при которой  не было искажений – она составила 1.3 В.

Были сняты АЧХ системы  связи без ФНЧ и с ФНЧ, также  были сняты зависимости коэффициента нелинейных искажений от частоты  с ФНЧ и без. Результаты измерений  занесены в таблицы 4.1, 4.2.

Таблица 4.1- Характеристики без ФНЧ

f, Гц	А, В	Кг, %
20	1.25	21
40	1.26	20
80	1.24	19
160	1.24	19
320	0.4	7
500	0.22	5

Рисунок 4.2 – Зависимости  Кг(f) и А(f) без ФНЧ

Таблица 4.2- Характеристики c ФНЧ

f, Гц	А, В	Кг, %
20	1.2	22
40	1.18	22
80	1.19	12
160	0.8	17
320	0.6	10
500	0.33	4

 

Рисунок 4.3 – Зависимости Кг(f) и А(f) c ФНЧ

 

В зависимости от количества сигналов ошибки, вероятность ошибки изменяется от наибольшей к наименьшей.

Был изучен характер изменения сигналов ошибки на выходах интегратора и ФНЧ приемника при изменении уровня шума. Входное напряжение системы при этом установили равным нулю, тогда действующее значение напряжения на выходе системы численно равно СКО.

 

Результаты измерений приведены в таблицах 4.3, 4.4, по ним построен график, показанный на рисунке 4.4.

 

 

 

Таблица 4.3 – Зависимость СКО от Р без ФНЧ

СКО, В	Р
0.5	1
0.4	2
0.25	3
0.175	4
0.15	5
0.14	6
0.14	7

Таблица 4.4 – Зависимость  СКО от Р с ФНЧ

СКО, В	Р
0.5	1
0.35	2
0.2	3
0.175	4
0.08	5
0.05	6
0.03	7

Рисунок 4.4 – Зависимости СКО(Р) c ФНЧ и без

Был изучен характер изменения сигналов ошибки на выходах интегратора и ФНЧ приемника при изменении уровня шума для 2-3 характерных значений частоты входного сигнала.

Результаты измерений приведены в таблицах 4.5 и 4.6.

 

Таблица 4.5 – А₁=0.35 В, f=50 Гц

Без ФНЧ			С ФНЧ
P	Кг, %	А1, В	P	Кг, %	А1, В
1	25	0.7	1	25	0.65
2	25	0.5	2	24	0.5
3	24	0.45	3	24	0.45

 

Таблица 4.5 – А₁=0.35 В, f=250 Гц

Без ФНЧ			С ФНЧ
P	Кг, %	А1, В	P	Кг, %	А1, В
1	15	0.6	1	17	0.65
2	14	0.45	2	16	0.4
3	13	0.45	3	16	0.35

 

По результатам измерений  можно вычислить среднеквадратическое значение сигнала ошибки:

,

где ;

.

Рассчитанные значения сведены  в таблицу 4.6 и 4.7.

 

Таблица 4.6. Без ФНЧ

АС=0.35 В, f=50Гц.	σ	0.37	0.182	0.137
	Р	0.5	0.25	0.125
АС=0.35 В, f=250 Гц.	σ	0.259	0.114	0.112
	Р	0.5	0.25	0.125

 

 

Таблица 4.7. С ФНЧ

АС=0.35 В, f=50Гц.	σ	0.322	0.179	0.137
	Р	0.5	0.25	0.125
АС=0.35 В, f=250 Гц.	σ	0.311	0.078	0.055
	Р	0.5	0.25	0.125

 

Поданным таблиц можно  построить графики (см. рисунки 4.5, 4.6).

Рисунок 4.5 – σ(р) при отсутствии ФНЧ

Рисунок 4.5 – σ(р) в присутствии  ФНЧ

5 Выводы 

Более простым способом получения  из аналогового сигнала цифровой последовательности, которая может  быть задержана регистром сдвига, является дельта-модуляция, позволяющая  преобразовывать в цифровую форму  не значение сигнала в текущий  момент, а его изменение по отношению  к предыдущему.

Среди кодеров формы сигнала  первыми появились методы дельта-модуляции (ДМ). Аналитически они являются предельными случаями разностной ИКМ, но по ряду причин могут быть выделены в отдельный класс. Скорость передачи при дельта-модуляции соответствует частоте дискретизации (одноразрядное квантование); при скоростях 40-30 кбит/с ДМ обеспечивает более высокое качество восстановления, чем ИКМ. Дельта-модуляция обладает наилучшими параметрами помехоустойчивости среди всех методов кодирования. Соответствующие системы не теряют работоспособности при возникновении одиночных ошибок и их пакетов (серий) малой длительности.

Следует отметить, что ДМ по своей сути не предназначена для  передачи сигналов, содержащих постоянную составляющую, более того, реально  она применяется для передачи сигналов, например речевых, спектр которых  заключен в ограниченной полосе частот (ω_н, ω_в). В этих условиях идеальный интегратор целесообразно заменить обычной интегрирующей RC-цепью, имеющей АЧХ и импульсную характеристику где ω_с<<ω_н.