Modulacja delta

Zasada delta PWM. Sygnał wyjściowy (niebieski) jest porównywany z wartościami granicznymi (zielony). Granice (kolor zielony) odpowiadają sygnałowi odniesienia (kolor czerwony), przesuniętemu o określoną wartość. Za każdym razem, gdy sygnał wyjściowy osiąga jeden z limitów, sygnał PWM zmienia stan.

Modulacja delta (DM lub Δ-modulacja) jest techniką konwersji sygnału analogowo-cyfrowego i cyfrowo-analogowego używaną do transmisji informacji głosowych, gdzie jakość nie ma pierwszorzędnego znaczenia. DM to najprostsza forma różnicowej modulacji impulsowo-kodowej (DPCM), w której różnica między kolejnymi próbkami jest kodowana w n-bitowych strumieniach danych. W modulacji delta przesyłane dane są redukowane do 1-bitowego strumienia danych. Jego główne cechy to:

Sygnał analogowy jest aproksymowany serią segmentów.
Każdy segment aproksymowanego sygnału jest porównywany z poprzedzającymi go bitami, a kolejne bity są określane przez to porównanie.
tylko zmiana informacji , to znaczy tylko zwiększenie lub zmniejszenie amplitudy sygnału z poprzedniej próbki, podczas gdy warunek braku zmiany powoduje, że zmodulowany sygnał pozostaje w tym samym stanie 0 lub 1 poprzedniej próbki.

Aby osiągnąć wysoki stosunek sygnału do szumu , modulacja delta musi wykorzystywać techniki nadpróbkowania , to znaczy sygnał analogowy jest próbkowany z szybkością kilka razy większą niż szybkość Nyquista .

modulacji delta to modulacja delta o ciągłym zboczu , modulacja delta-sigma i modulacja różnicowa. Różnicowa modulacja impulsowo-kodowa jest nadzbiorem DM.

Zasada

Zamiast kwantyzacji wartości wejściowego kształtu fali analogowej, modulacja delta kwantyzuje różnicę między prądem a poprzednim krokiem, jak pokazano na schemacie blokowym na ryc. 1.

Ryc. 1 – Schemat blokowy Δ-modulatora/demodulatora

0 Modulator jest tworzony przez kwantyzator, który przetwarza różnicę między sygnałem wejściowym a całką z poprzednich kroków. W najprostszej postaci kwantyzator można zrealizować za pomocą komparatora odniesionego do 0 (kwantyzator dwupoziomowy), którego wyjściem jest 1 lub jeśli sygnał wejściowy jest dodatni lub ujemny. Demodulator jest po prostu integratorem (takim jak ten w pętli sprzężenia zwrotnego), którego wyjście rośnie lub spada z każdą odebraną wartością 1 lub 0. Sam integrator stanowi filtr dolnoprzepustowy .

Charakterystyka transferu

Dwa źródła szumu w modulacji delta to „przeciążenie zbocza”, gdy rozmiar kroku jest zbyt mały, aby śledzić oryginalny przebieg, oraz „ziarnistość”, gdy rozmiar kroku jest zbyt duży. Ale badanie z 1971 roku pokazuje, że przeciążenie zbocza jest mniej niepożądane w porównaniu z ziarnistością, niż można by się spodziewać na podstawie samych pomiarów SNR.

Moc sygnału wyjściowego

W modulacji delta występuje ograniczenie amplitudy sygnału wejściowego, ponieważ jeśli transmitowany sygnał ma dużą pochodną (gwałtowne zmiany), to modulowany sygnał nie nadąża za sygnałem wejściowym i występuje przeciążenie zbocza. Np. jeśli sygnał wejściowy jest

${\ Displaystyle m (t) = {A \ sałata (\ omega t)}}$ ,

zmodulowany sygnał (pochodna sygnału wejściowego), który jest transmitowany przez modulator to

${\ Displaystyle | {\ kropka {m.}} (t) | _ {max} = \ omega A}$ ,

natomiast warunkiem uniknięcia przeciążenia zbocza jest

${\ Displaystyle | {\ kropka {m}} (t) | _ {max} = \ omega A <\ sigma f_ {s}}$ .

Tak więc maksymalna amplituda sygnału wejściowego może być

${\ Displaystyle A_ {max} = {\ sigma f_ {s} \ ponad \ omega}}$ ,

gdzie fs _jest częstotliwością próbkowania, ω jest częstotliwością sygnału wejściowego, a σ jest wielkością kroku w kwantyzacji. Tak więc A _max to maksymalna amplituda, którą DM może transmitować bez powodowania przeciążenia zbocza, a moc transmitowanego sygnału zależy od maksymalnej amplitudy.

Szybkość transmisji

Jeśli kanał komunikacyjny ma ograniczoną przepustowość, istnieje możliwość zakłóceń w DM lub PCM . Dlatego „DM” i „PCM” działają z tą samą przepływnością, która jest równa N-krotności częstotliwości próbkowania. ^{[ wątpliwe – dyskutuj ]}

Adaptacyjna modulacja delta

Adaptacyjna modulacja delta (ADM) została po raz pierwszy opublikowana przez dr Johna E. Abate (AT&T Bell Laboratories Fellow) w jego pracy doktorskiej w NJ Institute Of Technology w 1968 r. ADM został później wybrany jako standard dla całej komunikacji NASA między kontrolą misji a przestrzenią kosmiczną -rzemiosło.

W połowie lat 80. firma audio DBX z Massachusetts wprowadziła na rynek nieudany komercyjnie cyfrowy system nagrywania oparty na adaptacyjnej modulacji delta. Zobacz DBX 700 .

Adaptacyjna modulacja delta lub modulacja delta o ciągłym zmiennym nachyleniu (CVSD) to modyfikacja DM, w której wielkość kroku nie jest ustalona. Zamiast tego, gdy kilka kolejnych bitów ma tę samą wartość kierunku, koder i dekoder zakładają, że występuje przeciążenie zbocza, a rozmiar kroku staje się stopniowo większy.

W przeciwnym razie rozmiar kroku staje się stopniowo zmniejszany w miarę upływu czasu. ADM zmniejsza błąd nachylenia kosztem wzrostu błędu kwantyzacji. Ten błąd można zmniejszyć, stosując filtr dolnoprzepustowy. ADM zapewnia solidną wydajność w obecności błędów bitowych, co oznacza, że wykrywanie i korekcja błędów nie są zwykle stosowane w projektach radiowych ADM, jest to bardzo przydatna technika, która pozwala na adaptacyjną modulację delta.

Aplikacje

Współczesne zastosowania Delta Modulation obejmują między innymi odtwarzanie przebiegów starszych syntezatorów. Wraz z rosnącą dostępnością układów FPGA i układów ASIC związanych z grami, częstotliwość próbkowania można łatwo kontrolować, aby uniknąć problemów z przeciążeniem nachylenia i ziarnistością. Na przykład C64DTV używał częstotliwości próbkowania 32 MHz, zapewniając wystarczający zakres dynamiczny do odtworzenia wyjścia SID do akceptowalnych poziomów.

Aplikacja SBS Modulacja delta 24 kb/s

Delta Modulation była używana przez Satellite Business Systems lub SBS w swoich portach głosowych w celu świadczenia usług telefonicznych na duże odległości dużym korporacjom krajowym o znacznych potrzebach w zakresie komunikacji między korporacjami (takimi jak IBM). System ten funkcjonował przez całe lata 80. Porty głosowe wykorzystywały cyfrowo zaimplementowaną modulację delta 24 kbit / s z kompresją aktywności głosowej (VAC) i tłumikami echa do kontrolowania półsekundowej ścieżki echa przez satelitę. Przeprowadzili formalne testy odsłuchowe, aby sprawdzić, czy modulator delta 24 kbit/s osiągnął pełną jakość głosu bez zauważalnej degradacji w porównaniu z wysokiej jakości linią telefoniczną lub standardowym PCM 64 kbit/s μ - law . Zapewniło to poprawę przepustowości kanałów satelitarnych o osiem do trzech. IBM opracował kontroler komunikacji satelitarnej i funkcje portu głosowego.

Pierwotna propozycja z 1974 roku wykorzystywała najnowocześniejszy modulator delta 24 kbit / s z pojedynczym integratorem i Shindler Compander zmodyfikowany w celu odzyskiwania błędów wzmocnienia. Okazało się, że jakość mowy jest niższa niż pełna linia telefoniczna. W 1977 jeden inżynier z dwoma asystentami w IBM Research Triangle Park , laboratorium NC został przydzielony do poprawy jakości.

Ostateczna implementacja zastąpiła integrator Predictorem zaimplementowanym z dwubiegunowym filtrem dolnoprzepustowym z parą zespoloną, zaprojektowanym do aproksymacji długoterminowego średniego widma mowy. Teoria głosiła, że w idealnym przypadku integrator powinien być predyktorem zaprojektowanym tak, aby pasował do widma sygnału. Prawie doskonały Shindler Compander zastąpił zmodyfikowaną wersję. Stwierdzono, że zmodyfikowany kompander powodował mniej niż idealny rozmiar kroku przy większości poziomów sygnału, a szybkie odzyskiwanie błędu wzmocnienia zwiększyło szum, jak określono w rzeczywistych testach odsłuchowych, w porównaniu z prostymi pomiarami stosunku sygnału do szumu. Końcowy kompander osiągnął bardzo łagodne odzyskiwanie błędu wzmocnienia z powodu naturalnego błędu zaokrąglania obcięcia spowodowanego arytmetyką dwunastobitową.

Pełna funkcja modulacji delta, VAC i Echo Control dla sześciu portów została zaimplementowana w jednym cyfrowym układzie scalonym z dwunastobitową arytmetyką. Pojedynczy przetwornik cyfrowo-analogowy (DAC) był współdzielony przez wszystkie sześć portów, zapewniając funkcje porównywania napięcia dla modulatorów oraz zasilające obwody próbkowania i podtrzymywania dla wyjść demodulatora. Pojedyncza karta zawierała układ scalony, przetwornik cyfrowo-analogowy i wszystkie obwody analogowe interfejsu linii telefonicznej, w tym transformatory.

Zobacz też

Źródła

Steele, R. (1975). Systemy Modulacji Delta . Londyn: Pentech Press. ISBN 0-470-82104-3 .
Ten artykuł zawiera materiały należące do domeny publicznej z normy federalnej 1037C . Administracja usług ogólnych . (w celu wsparcia MIL-STD-188 ).

Linki zewnętrzne

Modulator Delta