ДЕЛЬТА-МОДУЛЯТОР
DELTA MODULATOR

Изобретение относится к цифровым системам передачи аналоговой информации, а точнее - к дельта-модуляторам железнодорожной радиорелейной связи.
Известны дельта-модуляторы, описанные в разных источниках, например в:
1. Патент РФ на полезную модель №64834. Дельта-модулятор/А.А. Волков, Е.П. Тихонов. Приоритет от 15.12.2006.
2. Зюко А.Г. и др. Теория передачи сигналов. - М.: Радио и связь, 1986. - С. 254-256.
3. Венедиктов М.Д. и др. Дельта-модуляция. - М.: Связь, 1976.
По технической сущности наиболее близким к изобретению является дельта-модулятор, описанный в первом источнике, который по этой причине и принимается за его прототип. В остальных источниках - аналоги изобретения.
Прототип состоит из последовательно включенных источника аналогового речевого сигнала (микрофона с усилителем), дифференциатора по времени этого сигнала, дискретизатора по времени продифференцированного сигнала, усилителя-ограничителя (выравнивателя) амплитуды отсчетов сигнала, а также из генератора импульсов, подключенного к высокочастотному (в.ч.) входу дискретизатора. Эти отсчеты постоянного уровня продифференцированного речевого сигнала (PC) и являются сигналом с дельта-модуляцией (ДМ) вместо используемых ранее импульсов, несущих знак приращения данного отсчета недифференцированного PC по отношению к предыдущему отсчету.
2
1
В основе такого подхода к ДМ через дифференцирование лежит равенство приращения функции ее дифференциалу. Это позволило преобразовать дельта-модулятор с обратной связью в дельта-модулятор без обратной связи и тем самым исключить основной недостаток ДМ - перегрузку по крутизне, приводящий к большим шумам квантования. Но не всякую случайную функцию можно дифференцировать по времени. Для дифференцирования по времени необходимо, чтобы ее функция корреляции В(τ) имела бы вторую производную по τ=t-t в точке τ=0, где t - время. У PC функция корреляции В (τ)={exp(-ρ|τ|)}cosΩτ в точке τ=0 не имеет второй производной (она равна бесконечности). Поэтому дифференцировать PC нельзя, иначе будут большие шумы у восстановленного PC на приемной стороне, что существенно снизит качество речи и связи в целом как и перегрузка по крутизне.
Основным недостатком прототипа является большой уровень шумов, что снижает качество восстановленной речи на приемной стороне.
Техническим результатом изобретения является восстановление качества речи на приемной стороне за счет замены дифференциатора эквивалентными элементами при отсутствии перегрузки по крутизне - основного недостатка ДМ.
Сущность изобретения состоит в том, что в дельта-модулятор, состоящий из микрофона с усилителем, дискретизатора сигнала по времени с подключенным к его высокочастотному (в.ч.) входу генератора импульсов, а к его выходу - усилителя-ограничителя амплитуды сигнала, дополнительно введены формирователь однополосного сигала, генератор колебания вспомогательной несущей частоты, когерентный детектор, фазовращатель сигнала на 90° и изменены связи элементов, причем выход микрофона с усилителем подключен к низкочастотному (н.ч.) входу дискретизатора через последовательно соединенные формирователь однополосного сигнала, когерентный детектор, а генератор колебания вспомогательной несущей частоты своим выходом подключен к в.ч. входу формирователя однополосного сигнала непосредственно и к опорному входу когерентного детектора через фазовращатель на 90°.
Существенным отличием изобретения является замена дифференциатора речевого сигнала на полосовой фазовращатель на 90°, что позволило исключить указанный недостаток и получить значительный положительный эффект.
Изобретение иллюстрируется чертежом (фиг. 1).
На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого дельта-модулятора, где обозначено: 1 - источник аналогового сигнала (микрофон с усилителем), 2 - формирователь однополосного сигнала, 3 - генератор колебания вспомогательной несущей частоты, 4 - когерентный детектор однополосного сигнала, 5 - фазовращатель на 90° колебания вспомогательной несущей частоты, 6 - дискретизатор сигнала по времени, 7 - генератор импульсов, 8 - усилитель-ограничитель амплитуды импульсов. Блоки 2, 4, 5 образуют полосовой фазовращатель на 90° речевого сигнала.
Введенные элементы обведены пунктирной линией.
Работа схемы происходит следующим образом.
3
3
2
3
2
5
5
Речевой сигнал (PC) b(t)=U(t)cos[ϕ(t)] с блока 1 поступает на низкочастотный (н.ч.) вход формирователя однополосного сигнала (ФОС) 2, на в.ч. вход которого подается колебание вспомогательной несущей частоты u(t)=Ucosωt с генератора 3. На выходе блока 2 имеет место однополосное колебание u(t)=0,5U(t)Ucos[ϕt+ϕ(t)], представлющее собой PC, смещенный вверх по шкале частот на величину ω. Для упрощения последующей записи учтем, что ϕ(t)=Ωt. Колебание u(t) поступает на информационный вход когерентного детектора 4, на опорный вход которого подается колебание u(t)=Ucos(ωt-90°) с генератора 3 через фазовращатель на 90° 5. Когерентный детектор 4 состоит из перемножителя сигналов с фильтром нижних частот (ФНЧ) на его выходе. На выходе перемножителя блока 4 колебание
п4
2
3
2
3
2
3
u(t)=u(t)u(t)=Ucos(ω+Ω)tUcos(ωt-90°)=0,5UU{cos(Ωt+90°)+cos[(2ω+Ω)t-90°}.
ФНЧ блока 4 пропускает на свой выход только первое слагаемое, то есть исходный PC, сдвинутый по фазе на 90°. Далее этот низкочастотный сигнал дискретизируется по времени в блоке 6 с помощью импульсов с генератора 7 и отсчеты с выхода блока 6 выравниваются по амплитуде в усилителе-ограничителе 8.
Данный модулятор работает без основного недостатка ДМ - перегрузки по крутизне, так как он выполнен без обратной связи, а проблемное дифференцирование PC в нем заменено эквивалентным фазовым сдвигом на 90°.
Технико-экономическим эффектом изобретения является повышение качества радиосвязи за счет исключения основного недостатка ДМ - перегрузки по крутизне. При этом упрощается и удешевляется система радиосвязи с ДМ при сохранении основных ее преимуществ.