Διαμόρφωση Δέλτα

Ο ρυθμός Nyquist, συχνά γνωστός ως συχνότητα, είναι ο μικρότερος ρυθμός με τον οποίο πρέπει να γίνει δειγματοληψία ενός σήματος πεπερασμένου εύρους ζώνης προκειμένου να διατηρηθούν όλες οι πληροφορίες του. Ο ρυθμός δειγματοληψίας του σήματος διατηρείται υψηλότερος από τον ρυθμό Nyquist στη διαδικασία διαμόρφωσης κωδικού διαφορικού παλμού για να αποκτήσει συγκριτικά καλύτερο ρυθμό δειγματοληψίας.

Όταν το διάστημα δειγματοληψίας μειώνεται στη διαδικασία διαμόρφωσης διαφορικού κώδικα παλμού (DPCM), η διαφορά πλάτους δείγματος προς δείγμα γίνεται ελάχιστη, παρόμοια με διαφορά κβαντισμού 1 bit. Ως αποτέλεσμα, το μέγεθος του βήματος θα είναι αρκετά μικρό.

Διαμόρφωση δέλτα

Η διαμόρφωση δέλτα (DM ή Δ-modulation) είναι μια τεχνική μετατροπής σήματος από αναλογικό σε ψηφιακό και ψηφιακό σε αναλογικό που χρησιμοποιείται για μετάδοση ομιλίας όταν η ποιότητα δεν αποτελεί προτεραιότητα. Η διαφορά μεταξύ διαδοχικών δειγμάτων κωδικοποιείται σε ροές δεδομένων n-bit στο DM, την απλούστερη μορφή διαμόρφωσης διαφορικού παλμικού κώδικα (DPCM). Τα μεταδιδόμενα δεδομένα μειώνονται σε ροή δεδομένων 1 bit σε διαμόρφωση δέλτα. Τα κύρια χαρακτηριστικά του είναι τα εξής:

Μια διαδοχή τμημάτων χρησιμοποιείται για την προσέγγιση του αναλογικού σήματος.
Τα προηγούμενα bit συγκρίνονται με κάθε τμήμα του εκτιμώμενου σήματος και τα επόμενα bit προσδιορίζονται από αυτήν τη σύγκριση.
Μεταφέρεται μόνο η αλλαγή της πληροφορίας, δηλαδή μόνο μια αύξηση ή μείωση στο πλάτος του σήματος από το προηγούμενο δείγμα, ενώ η συνθήκη μη αλλαγής διατηρεί το διαμορφωμένο σήμα σε την ίδια κατάσταση 0 ή 1 με το προηγούμενο δείγμα.

Η διαμόρφωση δέλτα απαιτεί τεχνικές υπερδειγματοληψίας για την παραγωγή υψηλής αναλογίας σήματος προς θόρυβο, πράγμα που σημαίνει ότι η δειγματοληψία του αναλογικού σήματος γίνεται με ρυθμό αρκετές φορές μεγαλύτερο από τον ρυθμό Nyquist.

Αρχή

Η διαμόρφωση δέλτα κβαντίζει τη διαφορά μεταξύ του τρέχοντος και των προηγούμενων βημάτων, αντί της τιμής της αναλογικής κυματομορφής εισόδου, όπως φαίνεται στο μπλοκ διάγραμμα στην Εικ.

Εικ:Μπλοκ διάγραμμα διαμορφωτή Delta

Ένας κβαντιστής μεταφράζει τη διαφορά μεταξύ του σήματος εισόδου και του ολοκληρώματος των προηγούμενων σταδίων για τη δημιουργία του διαμορφωτή. Ο κβαντιστής μπορεί να πραγματοποιηθεί στην απλούστερη εκδοχή του χρησιμοποιώντας έναν συγκριτή που αναφέρεται στο 0 (κβαντιστής δύο επιπέδων), του οποίου η έξοδος είναι 1 ή 0 ανάλογα με το αν το σήμα εισόδου είναι θετικό ή αρνητικό. Ο αποδιαμορφωτής είναι απλώς ένας ολοκληρωτής βρόχου ανάδρασης του οποίου η έξοδος αυξάνεται ή μειώνεται με κάθε λήψη 1 ή 0. Ο ολοκληρωτής είναι από μόνος του ένα χαμηλοπερατό φίλτρο.

Χαρακτηριστικά μεταφοράς

"Υπερφόρτωση κλίσης", η οποία συμβαίνει όταν το μέγεθος του βήματος είναι πολύ μικρό για να ταιριάζει με την αρχική κυματομορφή και η "κοκκοποίηση", η οποία εμφανίζεται όταν το μέγεθος του βήματος είναι πολύ υψηλό, είναι οι δύο πηγές θορύβου στο διαμόρφωση δέλτα. Ωστόσο, με βάση μόνο τις μετρήσεις SNR, μια μελέτη του 1971 υποδηλώνει ότι η υπερφόρτωση της κλίσης είναι λιγότερο δυσάρεστη από την ευαισθησία.

Διάγραμμα μπλοκ διαμορφωτή δέλτα

Ο διαμορφωτής δέλτα αποτελείται από έναν κβαντιστή 1-bit, ένα κύκλωμα καθυστέρησης και δύο θερινά κυκλώματα, όπως φαίνεται στο παραπάνω διάγραμμα. Η έξοδος του διαμορφωτή δέλτα είναι μια κυματομορφή κατά προσέγγιση σκάλας. Το δέλτα () είναι το μέγεθος βήματος της κυματομορφής. Η ποιότητα εξόδου της κυματομορφής είναι μέση. Η DM πρέπει να τροποποιήσει τις τεχνικές υπερδειγματοληψίας προκειμένου να επιτευχθεί υψηλός λόγος σήματος προς θόρυβο. Η δειγματοληψία του αναλογικού σήματος γίνεται πολλές φορές πιο γρήγορα από τον ρυθμό Nyquist στις τεχνικές υπερδειγματοληψίας.

Για τη μετάδοση ενός σήματος διαμορφωμένου με δέλτα, απαιτείται το εύρος ζώνης σε bit/δευτερόλεπτο. Αυτό το σήμα έχει την ίδια συχνότητα δειγματοληψίας με τη συχνότητα δειγματοληψίας. Χρησιμοποιώντας τον παρακάτω τύπο, μπορούμε να προσδιορίσουμε το εύρος ζώνης που απαιτείται για τη μεταφορά του διαμορφωμένου σήματος.

ffs δείγματα/δευτερόλεπτο X 1 bit/δείγμα =απαιτούμενο εύρος ζώνης για τη μετάδοση του διαμορφωμένου σήματος

ffs bit ανά δευτερόλεπτο

Πού,

Η συχνότητα δειγματοληψίας του σήματος δίνεται από fs.

Δέλτα αποδιαμορφωτή

Ο αποδιαμορφωτής δέλτα απεικονίζεται στο παρακάτω διάγραμμα. Όπως φαίνεται στο διάγραμμα, ο αποδιαμορφωτής δέλτα αποτελείται από ένα κύκλωμα καθυστέρησης, ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης και ένα θερινό. Δεν υπάρχει υποθετική είσοδος που αποστέλλεται στον αποδιαμορφωτή επειδή το κύκλωμα πρόβλεψης έχει εξαλειφθεί.

Το κύκλωμα περιλαμβάνει ένα χαμηλοπερατό φίλτρο για μείωση θορύβου και βελτιωμένα σήματα εκτός ζώνης. Ο κοκκώδης θόρυβος εξαλείφεται στον πομπό και η ανακρίβεια μεγέθους βήματος αναφέρεται ως κοκκώδης θόρυβος. Όταν δεν υπάρχει θόρυβος, η έξοδος του διαμορφωτή είναι ίση με την είσοδο του αποδιαμορφωτή.

Προσαρμοστικός διαμορφωτής δέλτα

Η προσαρμοστική διαμόρφωση δέλτα είναι ένα πιο προηγμένο είδος διαμόρφωσης δέλτα. Οι τύποι θορύβου που συναντώνται στη διαμόρφωση δέλτα είναι ο κοκκώδης θόρυβος και η παραμόρφωση υπερφόρτωσης κλίσης, όπως όλοι γνωρίζουμε. Μια προσαρμοστική τεχνική διαμόρφωσης δέλτα αναπτύχθηκε για τη μείωση αυτού του τύπου θορύβου. Σε αυτή τη μέθοδο, η ανακρίβεια κλίσης που εμφανίζεται στην τεχνική διαμόρφωσης δέλτα μειώνεται. Αυτή η διαδικασία εξαλείφει εντελώς την υπερφόρτωση κλίσης και το κοκκώδες λάθος. Ένα LPF χρησιμοποιείται για τη μείωση του κβαντισμένου θορύβου κατά τη διαδικασία αποδιαμόρφωσης (χαμηλοπερατό φίλτρο).

Πλεονεκτήματα της προσαρμοστικής διαμόρφωσης δέλτα

Η προσαρμοστική διαμόρφωση δέλτα είναι μια τεχνική υψηλής απόδοσης.
Στο σχεδιασμό ραδιοφώνου και τον εντοπισμό σφαλμάτων, αυτή η στρατηγική μειώνει την ανάγκη για διορθωτικά κυκλώματα.
Επειδή το μεταβλητό μέγεθος βήματος καλύπτει ένα ευρύ φάσμα τιμών, το δυναμικό εύρος είναι εξαιρετικό.
Δεν υπάρχουν ενδείξεις σφάλματος υπερφόρτωσης κλίσης ή κοκκώδους σφάλματος.
Το μέγεθος του σφάλματος κλίσης μειώνεται.

Πλεονεκτήματα του διαμορφωτή δέλτα

Η τεχνική της προσαρμοστικής διαμόρφωσης δέλτα είναι μια τεχνική υψηλής απόδοσης.
Αυτή η μέθοδος εξαλείφει την απαίτηση για κυκλώματα διόρθωσης στη σχεδίαση ραδιοφώνου και τον εντοπισμό λαθών.
Το δυναμικό εύρος είναι μεγάλο επειδή το μεταβλητό μέγεθος βήματος καλύπτει τόσο μεγάλο εύρος τιμών.
Δεν υπάρχουν ενδείξεις σφάλματος κοκκώδους ή υπερφόρτωσης κλίσης.
Η ανακρίβεια της κλίσης μειώνεται σε μικρότερο βαθμό.

Μειονεκτήματα του διαμορφωτή δέλτα

Η παραμόρφωση υπερφόρτωσης κλίσης, που είναι ένα είδος θορύβου, είναι ορατή όταν το δέλτα είναι μικρό.
Ο κοκκώδης θόρυβος, μια μορφή θορύβου, είναι ορατός όταν η τιμή του δέλτα είναι σημαντική.

Εφαρμογές του διαμορφωτή δέλτα

Οι σύγχρονες εφαρμογές του Delta Modulation περιλαμβάνουν, αλλά δεν περιορίζονται σε αυτές, την αναπαραγωγή κυματομορφών vintage συνθεσάιζερ. Οι ρυθμοί δειγμάτων μπορούν τώρα να ρυθμιστούν εύκολα για να αποφευχθεί η υπερφόρτωση κλίσης και οι δυσκολίες ευκρίνειας, χάρη στην αυξανόμενη διαθεσιμότητα FPGA και ASIC που σχετίζονται με παιχνίδια. Το C64DTV, για παράδειγμα, είχε ρυθμό δειγματοληψίας 32 MHz, το οποίο παρείχε αρκετό δυναμικό εύρος για την αναπαραγωγή της εξόδου SID σε αποδεκτά επίπεδα.

Συμπέρασμα

Τεχνικές Διαμόρφωσης και Αποδιαμόρφωσης ενός αναλογικού σήματος. Το Delta Modulation μεταφέρει ένα bit κάθε δείγμα, αν και έχει μειονεκτήματα (παραμόρφωση υπερφόρτωσης κλίσης και κοκκώδης θόρυβος), όπως όλοι γνωρίζουμε. Για να λύσουμε αυτά τα ζητήματα, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το Adaptive Delta Modulation Signal. Στην πράξη, λαμβάνουμε την έξοδο της διαμόρφωσης δέλτα, αν και υπάρχει κάποιος θόρυβος, ο οποίος έχει αποφευχθεί με την εφαρμογή κατάλληλων παραμέτρων με τις σωστές τιμές.

Χρησιμοποιήστε τις κατάλληλες παραμέτρους με τις κατάλληλες τιμές.

Ως αποτέλεσμα, μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι λειτουργεί και ότι χρησιμοποιείται σε πραγματικές καταστάσεις.

Περιορισμός:Διαφορετικά στοιχεία του κυκλώματος μας λειτουργούσαν αξιοθαύμαστα και μπορέσαμε να λάβουμε τη σωστή κυματομορφή και τα σωστά αποτελέσματα για κάθε ένα. Ωστόσο, για να αποκτήσετε μια τέλεια κυματομορφή εξόδου ολόκληρου του κυκλώματος, πρέπει να συγχρονιστεί η ανεξαρτησία εισόδου-εξόδου ξεχωριστών τμημάτων.

Διαμόρφωση Δέλτα