Politechnika Opolska

Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki

Instytut Automatyki i Informatyki

Laboratorium Elektroniki

Modulacja Delta

Laboratorium elektroniki

Modulacja delta

Politechnika Opolska

-2-

Strona pusta

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 może 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 można na:
1. cyfrowe

a) PCM - modulacja kodowo-impulsowa;
b) DPCH - modulacja różnicowa 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 położenia 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

) umożliwia wyłonienie i przesłanie jedynie wskaźnika różnicy 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 sprzężenia zwrotnego do
zintegrowania z sygnałem różnicowym 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 również w

telefonii prywatnej. W modulacji tej stosowany jest tylko jeden bit sygnału różnicowego dla
każdej próbki, a przesyłanym sygnałem jest 0 lub 1 określający polaryzację próbki różnicowej.
Wartość 0 lub 1 informuje czy sygnał zwiększył się czy zmniejszył w stosunku do poprzedniej
próbki. Przybliżenie do sygnału wejściowego jest utworzone w drodze sprzężenia zwrotnego
przez kroczenie w górę o jeden poziom kwantowania dla 1, i jeden w dół - dla 0. Tak więc
odbierany sygnał podąża 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.

Przeciążenie zbocza występuje wtedy, gdy sygnał w stosunku do zastosowanej częstotliwości
próbkowania zmienia się zbyt szybko i próbkowanie nie nadąża za tymi zmianami. Zauważyć
można, że przeciążenie 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
przeciążenie zbocza),

a dużymi.

a)

b)

Okres

próbkowania

Zawartość
Rejestru T

Słowo kodowe

w linii

Zawartość

Rejestru R

1

A-y

A-y

A-y+x=A+v

2

B

B-(A+v)

B-

(A+v)+v=B-

A

3

C

C-B

C-B+B-A=C-

A

4

D

D-C

D-A

5

E

E-D

E-A

6

F

F-E

F-A

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

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

przy przepływnościach mniejszych przynajmniej o połowę niż 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 użyciem modulacji delta i zajmuje 32 kb/s z dostępnej przepływności binarnej.


2. OPIS TECHNICZNY BADANYCH UKŁADÓW

2.1 Modulator różnicowy (wkładka DM211A)

Schemat modulatora różnicowego 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 różnicowy (wkładka DM211B)

Rys. 4 przedstawia schemat ideowy demodulatora różnicowego. 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

gr

=5 kHz/-

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

Laboratorium elektroniki

Modulacja delta

Politechnika Opolska

-6-

+5V

+5V

+5V

+5V

+5V

+5V

+5V

+5V

+5V

U1A

7400

1

2

3

U1A

7400

1

2

3

U1A

7400

1

2

3

U1A

7400

1

2

3

U1A

7400

1

2

3

U2

UL1111

T600

R2

U?

LF357

+

-

3

2

6

7

1

4

5

U?A

74LS123

CEXT

14

REXT/CEXT

15

A

1

B

2

CLR

3

Q

13

Q

4

U?A

74LS123

CEXT

14

REXT/CEXT

15

A

1

B

2

CLR

3

Q

13

Q

4

C?

CAP

D?

DIODE

C2

R2

C2

R2

C1

R2

R2

R2

R2

U1A

7400

1

2

3

Q1

BC177

Q2
BC177

U2

T70

U2

T90

R3
100k

R3
100k

U2

UL1111

T6000

R2

R2

C1

Output

Input

Rys. 3. Schemat ideowy modulatora

+5V

+5V

+1 5V

+1 5V

+15V

U 1A

7400

1

2

3

U 1B

7400

4

5

6

U 1D

7400

12

13

11

U3

LF3 57

+

-

3

2

6

7

1

4

5

U4

LM741

+

-

3

2

6

7

1

4

5

Q1

B C177

R1

U2

UL1111

T6

R2

C1

R3
10 0k

U2

T7

U2

T9

Q2
B C177

R4
470k

R5

C2

C8

1 0p

R6

R8

R7

C4

R9

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 różnicowego;

-

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

-

zmierzyć przebieg wyjściowy modulatora, ocenić jego parametry dynamiczne;

-

zmierzyć charakterystykę U

wy

=f(f

we

) demodulatora, określić optymalny zakres

częstotliwości wejściowych;

-

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