Delta-modulaatio

Deltamodulaatio (DM) on menetelmä analogisen signaalin muuntamiseksi digitaaliseen muotoon .

Delta-modulaatiomenetelmä keksittiin vuonna 1946.

Kuinka se toimii

Jokaisella referenssihetkellä muunnettua signaalia verrataan sahanhammasjännitteeseen jokaisessa näytteenottovaiheessa . Sahanhammasjännite tulee integraattorista , joka täydentää delta-modulaattorin takaisinkytkentäsilmukan. Näin summaimeen tulevaa signaalia verrataan signaalin arvoon edellisen näytteenottovaiheen lopussa. Jos signaalin virta-arvo vertailuhetkellä ylittää sahahammasjännitteen hetkellisen arvon (integraattorin lähtöjännite), niin jälkimmäinen nousee seuraavaan näytteenottopisteeseen, muuten laskee. Yksinkertaisimmassa järjestelmässä sahanteräjännitteen muutosnopeuden moduuli pidetään muuttumattomana muunnosprosessin aikana. Tuloksena olevaa binaarisignaalia voidaan pitää sahanhammasjännitteen derivaatana. Valitsemalla askeleen Δ riittävän pieni arvo voidaan saada mikä tahansa signaalin esityksen tarkkuus.

Itse asiassa delta-modulaatio on muunnelma toisesta, paremmin tunnetusta muunnosmenetelmästä - pulssikoodimodulaatiosta (PCM), jossa kvantisointitasojen lukumäärä on kaksi. DM:ssä viestintäkanavalla ei lähetetä signaalin absoluuttista arvoa, vaan alkuperäisen analogisen signaalin ja approksimoivan jännitteen (virhesignaalin) välinen erotus. Verrattuna kilpaileviin menetelmiin, PCM ja ADPCM, delta-modulaatiolle on ominaista pienempi tekninen monimutkaisuus, korkeampi kohinansieto ja joustavuus siirtonopeuden muuttamisessa.

Deltamodulaation etuna esimerkiksi PCM:ään verrattuna, joka myös tuottaa binäärisignaalia, ei ole niinkään annetulla näytteenottotaajuudella toteutettavissa oleva tarkkuus, vaan toteutuksen helppous.

DM:n suurin haittapuoli on, että kun signaali muuttuu nopeasti, delta-enkooderilla ei ole aikaa seurata tasonsa muutoksia, minkä seurauksena syntyy ns. "slope overload". On olemassa suuri määrä DM-lajikkeita, jotka käyttävät erilaisia menetelmiä tämän tyyppisen vääristymän poistamiseksi. Suurin osa niistä perustuu analogisen signaalin hetkellisen tai inertiakompandoinnin käyttöön tai approksimoivan jännitteen portaan adaptiiviseen muutokseen tulosignaalin kaltevuuden mukaan.

Signaalin muunnos delta-modulaatiolla

Sahanhammasjännite saadaan talteen binäärisignaalista integroimalla ja tasaisempi approksimaatio saadaan aikaan viemällä signaali alipäästösuodattimen läpi. Tietyn laadun saavuttamiseksi tarvittavien digitaalisten koodien bittinopeutta voidaan vähentää merkittävästi käyttämällä esimerkiksi lineaarista ennustavaa koodausta.

Modeemin eli lineaarisen deltamodulaation modulaattorin ja demodulaattorin (DM) rakennekaaviot on esitetty kuvassa. Analogisen tulosignaalin (esimerkiksi puhe) spektri on rajoitettu kaistanpäästösuodattimella , jolla on alemmat ja ylemmät rajataajuudet ja . Tämä signaali muunnetaan delta-modulaattorilla binääripulssijonoksi, joka muunnetaan takaisin analogiseksi signaaliksi takaisinkytkentäsilmukassa olevan integraattorin avulla ja vähennetään tulosignaalista. Tämän seurauksena syntyy virhesignaali. Jälkimmäinen on koodattu jompaankumpaan kahdesta mahdollisesta kvantisointitasosta riippuen sen napaisuudesta. Kvantisoijan lähdössä tapahtuvan koodauksen tuloksena muodostuu ulostulon binääripulssisekvenssi, joka edustaa tulosignaalin ja takaisinkytkentäsignaalin eron etumerkkiä. $f_{L}$ $f_H$

DM-prosessi on lineaarinen, koska paikallinen dekooderi eli integraattori on lineaarinen laite (jäljempänä paikallinen dekooderi ymmärretään modulaattorin takaisinkytkentäpiireihin kuuluvaksi piiriksi. Lineaarisella DM:llä tämä on vain integraattori, mutta muissa tapauksissa voi olla hyvin monimutkaisia piirejä, esimerkiksi adaptiivisissa modulaattoreissa).

Virheettömässä lähetyksessä binääripulssit palautetaan vastaanottopuolelle ja syötetään paikalliseen dekooderiin (integraattoriin), jolloin muodostuu alkuperäisestä poikkeava signaali modulaattorin virhesignaaliksi. Demoduloitu lähtösignaali saadaan sen jälkeen, kun alipäästösuodatin (LPF) on sisällytetty paikallisen dekooderin ulostuloon kvantisointikohinan suurtaajuisten komponenttien eliminoimiseksi.

Delta-modulaattori toimii analogia-digitaalimuuntimena , joka approksimoi analogista signaalia lineaarisella askeltoiminnolla. Hyvän likiarvon varmistamiseksi signaalin tulee muuttua hitaasti suhteessa avainnopeuteen. Tämä edellyttää, että sen näytteenottotaajuus on useita kertoja (vähintään 5) suurempi kuin Nyquist -Kotelnikov-taajuus. $x(t)$ $x(t)$

Jos jossain kellopisteessä delta-modulaattorin lähdössä tulee virhesignaali (virhesignaali) , positiivinen pulssi ilmestyy. Tämän pulssin integroinnin seurauksena approksimoiva jännite kasvaa yhden positiivisen askeleen. Tämä jännitteen lisäys vähennetään edelleen signaalista ja siten virhesignaalin absoluuttinen arvo muuttuu. Kunnes seuraavissa sykleissä muodostuu jatkuva positiivisten pulssien sarja. Lopulta likimääräinen jännite on suurempi kuin alkuperäinen signaali ja virhesignaali muuttaa etumerkkiä tässä jaksossa. Tästä syystä modulaattorin ulostuloon ilmestyy negatiivinen pulssi, joka johtaa approksimoivan jännitteen laskuun yhdellä kvantisointiaskelella , joten delta-modulaattori pyrkii minimoimaan virhesignaalin. $e(t)>0,$ $y(t)$ $x(t),$ $e(t)>0,$ $y(t)$ $x(t)$ $e(t)$ $y(t)=f(t)$ $\Delta .$

Modulaattori pyrkii muodostamaan sekvenssin sellaisen rakenteen, että sen keskiarvo on suunnilleen sama kuin harmonisen signaalin jyrkkyyden keskiarvo lyhyellä aikavälillä. Sekvenssin yksittäinen pulssi muodostaa integraattorin lähtöön approksimoivan jännitteen pudotuksen volttien amplitudilla. Sitten sekvenssin keskiarvo voidaan nyt kirjoittaa ajanjaksolla, jonka kesto on Alkuperäisen signaalin muutos saman aikavälin aikana ZA, joka vastaa keskimääräistä jyrkkyyttä, joka on likimääräinen sekvenssin keskiarvo. sekvenssi Jos Δ on pieni, mutta suuri, tämä approksimaatio paranee. 10 syklin aikavälillä hetkien ja signaalin kulmakerroin on yhtä suuri kuin ja sekvenssin keskiarvo on Kuitenkin, jos sekvenssin keskiarvo lasketaan hetkien väliseltä ajalta ja sitten se on yhtä suuri kuin nolla , kun taas signaalin keskimääräinen kaltevuus osoittaa tarkoituksenmukaisuuden minimoida Δ:n arvo, edellyttäen että kyky jäljittää alkuperäistä signaalia $L(n),$ $L(n)$ $\Delta =V\cdot \tau$ $T$ $L(n)$ $0,4\cdot {\frac {\Delta }{T)).$ $x(t)$ $0,3\cdot {\frac {\Delta }{T)),$ $L(n).$ $y(t)$ $\Delta$ ${\displaystyle f_{d))$ ${\näyttötyyli t_{3))$ ${\näyttötyyli t_{4))$ $x(t)$ $0,1\cdot {\frac {\Delta }{T)),$ $L(n)$ $0,2\cdot {\frac {\Delta }{T)).$ $L(n)$ $t_{5}$ $t_{6},$ $x(t)$ $x(t).$

Demodulaattori

Lineaarinen DM-demodulaattori koostuu integraattorista ja kaistanpäästösuodattimesta. Olettaen, että sekvenssi lähetetään virheettömästi, saadaan sen vastaanottopuolen palautuksen seurauksena likimääräinen jännite , joka on identtinen modulaattorin takaisinkytkentäsignaalin kanssa . $L(n)$ $y(t).$ $y(t)$

Koska signaali eroaa alkuperäisestä signaalista suhteellisen pienellä virhesignaalin arvolla, voidaan päätellä, että demodulaattoriintegraattorin lähdössä oleva signaali on hyvä toisto alkuperäisestä analogisesta signaalista. Porrastettu aaltomuoto tasoittuu, kun tämä signaali kulkee suodattimen läpi, jonka kaistanleveys on yhtä suuri kuin signaalin taajuuskaista, eli tulo- ja lähtösuodattimia voidaan pitää identtisinä. Lisäyksinkertaistus demodulaattorissa sisältää lähtökaistanpäästösuodattimen korvaamisen alipäästösuodattimella. Tämä johtuu siitä, että taajuuden alapuolella oleva melu ei yleensä ole kovin merkittävää. $y(t)$ $x(t)$ ${\näyttötyyli e(t),}$ $y(t)$ $f_{L}$

Lineaarisen DM-demodulaattorin yksinkertaisuus on yksi eduista, varsinkin kun riittää rakentamaan integraattori, jossa on vain yksi vastus ja yksi kondensaattori .

Katso myös

Sigma-deltamodulaatio

Delta-modulaatio

Kuinka se toimii

Signaalin muunnos delta-modulaatiolla

Demodulaattori

Katso myös

Linkit