Delta modulering

Deltamodulation (DM) er en metode til at konvertere et analogt signal til digital form .

Delta-modulationsmetoden blev opfundet i 1946.

Sådan virker det

Ved hvert referenceøjeblik sammenlignes det konverterede signal med savtandspændingen ved hvert prøvetagningstrin . Savtandspændingen kommer fra integratoren , som fuldender delta-modulatorens feedback-loop. Således sammenlignes signalet, der kommer ind i adderen, med værdien af signalet ved slutningen af det foregående samplingstrin. Hvis den aktuelle værdi af signalet i sammenligningsøjeblikket overstiger den øjeblikkelige værdi af savtandspændingen (integratorudgangsspænding), stiger sidstnævnte til det næste prøvepunkt, ellers falder det. I det enkleste system holdes modulet for ændringshastigheden af savtandspændingen uændret under konverteringsprocessen. Det resulterende binære signal kan ses som en afledt af savtandspændingen. Ved at vælge en tilstrækkelig lille værdi af trin Δ kan man opnå en hvilken som helst given nøjagtighed af signalrepræsentationen.

Faktisk er deltamodulation en variation af en anden, mere velkendt, transformationsmetode - pulskodemodulation (PCM), hvor antallet af kvantiseringsniveauer er to. Med DM transmitteres ikke den absolutte værdi af signalet over kommunikationskanalen, men forskellen mellem det originale analoge signal og den tilnærmede spænding (fejlsignal). Sammenlignet med konkurrerende metoder, PCM og ADPCM, er deltamodulation karakteriseret ved mindre teknisk kompleksitet, højere støjimmunitet og fleksibilitet ved ændring af transmissionshastigheden.

Fordelen ved deltamodulation frem for for eksempel PCM, som også genererer et binært signal, ligger ikke så meget i den realiserbare nøjagtighed ved en given samplinghastighed, men i den nemme implementering.

Den største ulempe ved DM er, at når signalet ændrer sig hurtigt, har delta-koderen ikke tid til at spore ændringer i dets niveau, som et resultat af hvilket den såkaldte "hældningsoverbelastning" opstår. Der er et stort antal varianter af DM, som bruger forskellige metoder til at eliminere denne form for forvrængning. De fleste af dem er baseret på brugen af øjeblikkelig eller inerti - kompandering af det analoge signal eller adaptiv ændring af trinnet af den tilnærmelsesvise spænding i overensstemmelse med indgangssignalets hældning.

Signalkonvertering med deltamodulation

Savtandspændingen kan genvindes fra det binære signal ved integration, og en jævnere tilnærmelse opnås ved at sende signalet gennem et lavpasfilter. Bithastigheden af digitale koder, der kræves for at opnå en given kvalitet, kan reduceres betydeligt ved hjælp af for eksempel lineær forudsigelig kodning.

Strukturelle diagrammer af modemmet , det vil sige modulatoren og demodulatoren (DM) af lineær deltamodulation er vist i figuren. Det analoge inputsignal (f.eks. tale) er begrænset i spektrum af et båndpasfilter med nedre og øvre afskæringsfrekvenser og . Dette signal konverteres af en delta-modulator til et binært pulstog, som konverteres tilbage til et analogt signal ved hjælp af en integrator, der indgår i feedback-sløjfen og trækkes fra indgangssignalet. Som et resultat genereres et fejlsignal. Sidstnævnte er kodet i et af to mulige kvantiseringsniveauer, afhængigt af dets polaritet. Som et resultat af kodning ved udgangen af kvantizeren dannes en binær udgangsimpulssekvens, som repræsenterer tegnet på forskellen mellem indgangssignalet og tilbagekoblingssignalet. $f_{L}$ $f_H$

DM-processen er lineær, fordi den lokale dekoder, det vil sige integratoren, er en lineær enhed (herefter forstås den lokale dekoder som et kredsløb, der indgår i modulator-feedback-kredsløbene. Med en lineær DM er dette blot en integrator, dvs. men i andre tilfælde kan der være meget komplekse kredsløb, for eksempel i adaptive modulatorer).

Ved fejlfri transmission gendannes binære impulser på modtagesiden og føres til den lokale dekoder (integrator) for at danne et signal, der adskiller sig fra det originale, til et fejlsignal i modulatoren. Det demodulerede udgangssignal opnås, efter at et lavpasfilter (LPF) er inkluderet ved udgangen af den lokale dekoder for at eliminere de højfrekvente komponenter i kvantiseringsstøjen.

Delta-modulatoren fungerer som en analog-til-digital-konverter , som tilnærmer et analogt signal med en lineær trinfunktion. For at sikre en god tilnærmelse skal signalet ændre sig langsomt i forhold til porthastigheden. Dette kræver, at dens samplingsfrekvens er flere gange (mindst 5) større end Nyquist -Kotelnikov-frekvensen. $x(t)$ $x(t)$

Hvis fejlsignalet (fejlsignalet) på udgangen af deltamodulatoren på et tidspunkt, fremkommer en positiv impuls. Som et resultat af integrationen af denne impuls stiger den tilnærmede spænding med et positivt trin. Denne spændingstilvækst trækkes yderligere fra signalet, og dermed ændres den absolutte værdi af fejlsignalet. Indtil der dannes en kontinuerlig sekvens af positive impulser i efterfølgende cyklusser. I sidste ende vil den tilnærmede spænding være større end det oprindelige signal , og fejlsignalet vil skifte fortegn i denne cyklus. Derfor vil en negativ impuls fremkomme ved modulatorens udgang, hvilket vil føre til et fald i den tilnærmede spænding med et kvantiseringstrin.Derfor søger deltamodulatoren at minimere fejlsignalet. $e(t)>0,$ $y(t)$ $x(t),$ $e(t)>0,$ $y(t)$ $x(t)$ $e(t)$ $y(t)=f(t)$ $\Delta .$

Modulatoren søger at danne en sådan struktur af sekvensen, således at dens gennemsnitsværdi er omtrent lig med gennemsnitsværdien af det harmoniske signals stejlhed over et kort tidsinterval. En enkelt impuls af sekvensen danner ved udgangen af integratoren et fald i den tilnærmede spænding med en amplitude på volt. Så kan gennemsnitsværdien af sekvensen over et varighedsinterval nu skrives som Ændringen i det oprindelige signal over det samme tidsinterval er ZA, hvilket svarer til den gennemsnitlige stejlhed, som er en tilnærmelse til gennemsnitsværdien af sekvens Hvis Δ er lille, men stor, forbedres denne tilnærmelse. På et tidsinterval på 10 cyklusser mellem momenter og hældningen af signalet er lig med og gennemsnitsværdien af sekvensen er . , mens den gennemsnitlige hældning af signalet angiver hensigtsmæssigheden af at minimere værdien af Δ, forudsat at evnen til at spore det originale signal $L(n),$ $L(n)$ $\Delta =V\cdot \tau$ $T$ $L(n)$ $0,4\cdot {\frac {\Delta }{T)).$ $x(t)$ $0,3\cdot {\frac {\Delta }{T)),$ $L(n).$ $y(t)$ $\Delta$ ${\displaystyle f_{d))$ ${\displaystyle t_{3))$ ${\displaystyle t_{4))$ $x(t)$ $0,1\cdot {\frac {\Delta }{T)),$ $L(n)$ $0,2\cdot {\frac {\Delta }{T)).$ $L(n)$ $t_{5}$ $t_{6},$ $x(t)$ $x(t).$

Demodulator

Den lineære DM-demodulator består af en integrator og et båndpasfilter. Forudsat at sekvensen transmitteres fejlfrit, som et resultat af dens gendannelse på modtagesiden, opnår vi en tilnærmet spænding Dette signal er identisk med feedbacksignalet i modulatoren. $L(n)$ $y(t).$ $y(t)$

Da signalet adskiller sig fra det oprindelige signal med en relativt lille værdi af fejlsignalet, kan det konkluderes, at signalet ved udgangen af demodulatorintegratoren er en god gengivelse af det originale analoge signal. Den trinvise bølgeform udjævnes, når dette signal passerer gennem et filter med en båndbredde svarende til signalets frekvensbånd, det vil sige, at input- og outputfiltrene kan betragtes som identiske. En yderligere forenkling i demodulatoren involverer udskiftning af udgangsbåndpasfilteret med et lavpasfilter. Dette skyldes, at støj under frekvens generelt ikke er særlig betydelig. $y(t)$ $x(t)$ $e(t),$ $y(t)$ $f_{L}$

Enkelheden ved en lineær DM-demodulator er en af fordelene, især når det er nok at bygge en integrator med kun en modstand og en kondensator .

Se også

Sigma delta modulering

Delta modulering

Sådan virker det

Signalkonvertering med deltamodulation

Demodulator

Se også

Links