Modulacja

Laboratorium elektroniki

Modulacja delta

Politechnika Opolska

-3-

MODULACJA l DEMODULACJA DELTA

(wkładki: DM211A i DM211B)

1. WSTĘP

Telekomunikacja jako dziedzina techniki ujmuje problemy związane z przekazywaniem

informacji  od  jej  źródła  do  odbiorcy.  Informacja  zawiera  się  w  zmianach  pewnych  wielkości
fizycznych,  które  zamieniane  są  na  proporcjonalne  zmiany  napięcia  lub  prądu  elektrycznego.
Uzyskany  przebieg  elektryczny  nazywamy  sygnałem  elektrycznym.  Modulacja  jest  jednym  z
procesów  jakim  są  poddawane  sygneły  w  czasie  ich  transmisji.  System  telekomunikacyjny
składa  się  z

nadajnika, kanału telekomunikacyjnego i odbiornika. Nadajnik systemu zawiera

modulator  i  układ  wyjściowy.  Układ  wyjściowy  moŜe  zawierać  np.:  wzmacniacz  nadawczy  lub
transkoder.  Głównym  elementem  kanału  jest  tor  przewodowy  lub  bezprzewodowy.  Układ
odbiorczy  składa  się  z  układu  wejściowego  i  demodulatora.  Układ  wejściowy  zawiera
wzmacniacz lub regenerator i dekoder kodu transmisyjnego.

Modulacje stosowane w telekomunikacji podzielić moŜna na:
1. cyfrowe

a) PCM - modulacja kodowo-impulsowa;
b) DPCH - modulacja róŜnicowa kodowo-impulsowa;
c) DM - modulacja delta;
d) dyskretyzacja parametryczna (analiza-synteza).

2. analogowe

a) modulacja kąta:

- FM - modulacja częstotliwości;
- PM - modulacja fazy.

b) modulacje impulsowe:

- PAM – modulacja wysokości impulsów;
- PDM – modulacja szerokości impulsów;
- PPM – modulacja połoŜenia impulsów.

c) modulacje amplitudy:

- SSS – jednowstęgowa modulacja amplitudy;
- DSB-AM – dwuwstęgowa modulacja amplitudy;
- DSBSC – dwuwstęgowa modulacja amplitudy bez fali nośnej;
- VSB – modulacja amplitudy z częściowo wytłumioną falą nośną.

Ćwiczenie dotyczy układów modulacji cyfrowej, a ściślej układu modulacji delta, który

jest szczególną odmianą DPCM. Jak wynika z nazwy modulacja DPCM (

Differential Pulse Code

Modulation

) umoŜliwia wyłonienie i przesłanie jedynie wskaźnika róŜnicy między próbkami, a nie

całej  próbki.  W  ten  sposób  nie  jest  przesyłany  nadmiar  informacji,  natomiast  nadajnik  i
odbiornik muszą w celu odtworzenia sygnału przechowywać w pamięci jego poprzednią próbkę
(albo próbki). Przykładowa realizacja DPCM jest przedstawiona na rys.  1. Na rys. 1a pokazano
schemat blokowy systemu, a rys. 1b wyjaśnia jego działanie. Zarówno nadajnik, jak i odbiornik
przechowują  w    pamięci  poprzednią  próbkę  i  stosują  ją  w  pętli  sprzęŜenia  zwrotnego  do
zintegrowania z sygnałem róŜnicowym przesyłanym dla uzyskania nowej próbki. Metody DPCM
pozwalają  zaoszczędzić  jeden  bit  z  8-bitowej  próbki  wymaganej  w  pełnym  systemie  PCM.
Rozwinięcie  DPCM  do  brania  pod  uwagę  trzech  ostatnich  próbek,  mogłoby  zwiększyć  tę
oszczędność do 2 bitów zmniejszając wymaganą przepływność z 64 do 48 kb/s.

Modulacja delta jest powszechnie stosowana w łączności wojskowej i równieŜ w

telefonii  prywatnej.  W  modulacji  tej  stosowany  jest  tylko  jeden  bit  sygnału  róŜnicowego  dla
kaŜdej próbki, a przesyłanym sygnałem jest  0 lub  1 określający polaryzację próbki róŜnicowej.
Wartość  0  lub  1  informuje  czy  sygnał  zwiększył  się  czy  zmniejszył  w  stosunku  do  poprzedniej
próbki.  PrzybliŜenie  do  sygnału  wejściowego  jest  utworzone  w  drodze  sprzęŜenia  zwrotnego
przez  kroczenie  w  górę  o  jeden  poziom  kwantowania  dla  1,  i  jeden  w  dół  -  dla  0.  Tak  więc
odbierany sygnał podąŜa schodkowo za sygnałem nadawanym jak to pokazano na rys. 2.

Laboratorium elektroniki

Modulacja delta

Politechnika Opolska

-4-

DPCM wprowadza właściwy tej modulacji szum kwantyzacji, co przedstawiono na rys. 2.

PrzeciąŜenie  zbocza  występuje  wtedy,  gdy  sygnał  w  stosunku  do  zastosowanej  częstotliwości
próbkowania  zmienia  się  zbyt  szybko  i  próbkowanie  nie  nadąŜa  za  tymi  zmianami.  ZauwaŜyć
moŜna,  Ŝe  przeciąŜenie  zbocza  wystąpi  przy  tej  samej  częstotliwości  co  maksimum  sygnału  i
dlatego  jest  w  znacznej  mierze  zamaskowane  przez  ten  sygnał.  Szum  ziarnisty  spowodowany
nieodfiltrowaniem  pozostałości  "przestrzałów"  i  "podstrzałów"  jest  ciągły  przy  danej
częstotliwości  próbkowania  i  podobny  do  zwykłego  szumu  kwantyzacji.  Niezbędny  jest
kompromis  miedzy  małymi  rozmiarami  kroków  próbkowania  (niski  szum  ziarnisty,  większe
przeciąŜenie zbocza),

a duŜymi.

Okres

próbkowania

Zawartość
Rejestru T

Słowo kodowe

w linii

Zawartość

Rejestru R

A-y

A-y+x=A+v

B-(A+v)

B-

(A+v)+v=B-

C-B

C-B+B-A=C-

D-C

D-A

E-D

E-A

F-E

F-A

Rys. 1. Implementacja a) i zasada działania b) modulacji cyfrowej róŜnicowej DPCM

Modulacja delta zapewnia jakość równowaŜną z pełni kodowanym systemem PCH, ale

przy  przepływnościach  mniejszych  przynajmniej  o  połowę  niŜ  przepływność  PCM  (64  kb/s).
Usługi  oferowane  przez  British  Telecom  w  sieci  prywatnej  zawierają  tzw.  Kilostream  -  to  jest
dostęp  64  kb/s  dla  prywatnej  fonii  i  transmisji  danych.  Kanał  foniczny  w  tym  systemie  jest
kodowany z uŜyciem modulacji delta i zajmuje 32 kb/s z dostępnej przepływności binarnej.

2. OPIS TECHNICZNY BADANYCH UKŁADÓW

2.1 Modulator róŜnicowy (wkładka DM211A)

Schemat modulatora róŜnicowego został przedstawiony na rys. 3. Modulator składa się

ze  wzmacniacza-komparatora  U1  (ULY774),  generatora  sygnału  zegarowego  U2  (UCY74123),
przerzutnika  synchronicznego  D  -  układ  U3,  U4  (UCY7400)  oraz  integratora  na  tranzystorach
T3-T5  (UL1111)  i  T2.  Strona  czołowa  wkładki  posiada  trzy  gniazda  BNC:  gniazdo  wejściowe
"input" i podwójne gniazdo wyjściowe "output".

Laboratorium elektroniki

Modulacja delta

Politechnika Opolska

-5-

Rys. 2. Zasada realizacji modulacji delta

Sygnał wejściowy z gniazda "input" poprzez kondensator C1 zostaje doprowadzony do

wejścia nieodwracającego komparatora U1. Jego wyjście połączone jest poprzez ogranicznik na
tranzystorze  T1  z  wejściem  sygnałowym  przerzutnika  "D"  (wyzwalanego  poziomem)  z  bramek
NAND układu U3, U4. Sygnał zegarowy przerzutnika  jest pobierany z układu U2 - przerzutnika
astabilnego.  Wyjście  "Q2"  przerzutnika  jest  wyjściem  modulatora,  natomiast  wyjście  "Q1"  jest
połączone z tranzystorem T3 kluczującym integrator z kondensatorem C4 i źródłami prądowymi
T2  i  T5.  Napięcie  z  kondensatora  C4  podawane  jest  na  wejście  odwracające  komparatora  U1.
Częstotliwość  sygnału  zegarowego  wynosi  ok.  50  kHz.  Na  płytce  modulatora  umieszczony  jest
punkt  pomiarowy  PP  (zaznaczony  na  rys.  3)  do  pomiaru  napięcia  na  kondensatorze  C4
integratora.

2.2. Demodulator róŜnicowy (wkładka DM211B)

Rys. 4 przedstawia schemat ideowy demodulatora róŜnicowego. Zbudowany jest on z

przerzutnika asynchronicznego "D" układu U1 (UCY7400), integratora w układzie źródeł
prądowych T6-T9 (UL1111) i kondensatora C8, wtórnika wyjściowego U2 (ULY7741) i
dolnoprzepustowego filtra aktywnego VCVS w układzie U3 (ULY7741).

Strona czołowa wkładki zawiera trzy gniazda BNC: gniazdo wejściowe "input" oraz

gniazda wyjściowe "outputs" 1 i 2 do obserwacji sygnałów zdemodulowanych odpowiednio
przed i za. filtrem wyjściowym demodulatora.

Sygnał z gniazda "input" steruje poprzez przerzutnik separujący "D" tranzystor T6,

kluczujący  integrator  T7-T9  z  kondensatorem  C8.  Sygnał  z  kondensatora  integratora  poprzez
wtórnik  napięciowy  U2  podawany  jest  na  wyjście  1  układu  oraz  na  wejście  filtra  U3.  Jego
wyjecie  jest  drugim  wyjściem  demodulatora.  Parametry  filtra  są  następujące:  f

=5 kHz/-

12dB/okt., tłumienie sygnału zegarowego ok. 35 dB.

Laboratorium elektroniki

Modulacja delta

Politechnika Opolska

-6-

+5V

U1A

7400

U1A

7400

U1A

7400

U1A

7400

U1A

7400

UL1111

T600

LF357

U?A

74LS123

CEXT

REXT/CEXT

CLR

U?A

74LS123

CEXT

REXT/CEXT

CLR

CAP

DIODE

U1A

7400

BC177

Q2
BC177

T70

T90

R3
100k

UL1111

T6000

Output

Input

Rys. 3. Schemat ideowy modulatora

+5V

+1 5V

+15V

U 1A

7400

U 1B

7400

U 1D

7400

LF3 57

LM741

B C177

UL1111

R3
10 0k

Q2
B C177

R4
470k

1 0p

Input

O ut put

Rys. 4. Schemat ideowy demodulatora

Laboratorium elektroniki

Modulacja delta

Politechnika Opolska

-7-

Rozmieszczenie elementów na płytkach modulatora i demodulatora zostało przedstawione na
rys. 5.

a) rozmieszczenie elementów na płytce modulatora

b) rozmieszczenie elementów na płytce demodulatora

Rys. 5. Rozmieszczenie elementów wkładek DM211A i DM211B

3. WYKAZ APARATURY POMOCNICZEJ

Do wykonania ćwiczenia potrzebne są następujące przyrządy pomiarowe:

generator G-432 (G-430);

częstościomierz cyfrowy PFL-21;

woltomierz V-541 lub V-543;

miernik zniekształceń PMZ-11;

przełącznik dwukanałowy SN4211.

4. OBLICZENIA WSTĘPNE I PROJEKTOWE

zaprojektować schemat połączeń z wykorzystaniem ww. przyrządów pomiarowych i
układów funkcjonalnych;

określić rodzaj przebiegów w poszczególnych punktach pomiarowych (wejściach i
wyjściach) oraz zakres ich napiąć i częstotliwość.

Laboratorium elektroniki

Modulacja delta

Politechnika Opolska

-8-

5. OBSERWACJE l POMIARY

zmierzyć zakres częstotliwości i napięcia wejściowego modulatora róŜnicowego;

zmierzyć przebieg napięcia trójkątnego na kondensatorze C5, ocenić jego liniowość
i amplitudę w zaleŜności od sygnału wejściowego;

zmierzyć przebieg wyjściowy modulatora, ocenić jego parametry dynamiczne;

zmierzyć charakterystykę U

=f(f

) demodulatora, określić optymalny zakres

częstotliwości wejściowych;

zestawić tor z modulacją róŜnicową, zmierzyć przebiegi w poszczególnych punktach,
określić pasmo przenoszenia i zniekształcenia.