Komunikacja cyfrowa - modulacja delta

Aby uzyskać lepsze próbkowanie, częstotliwość próbkowania sygnału powinna być wyższa niż częstotliwość Nyquista. Jeśli ten interwał próbkowania w różnicowym PCM zostanie znacznie zmniejszony, różnica amplitudy między próbkami jest bardzo mała, tak jakby różnica była1-bit quantization, wtedy rozmiar kroku będzie bardzo mały, tj. Δ (delta).

Modulacja delta

Rodzaj modulacji, w której częstotliwość próbkowania jest znacznie wyższa, a wielkość kroku po kwantyzacji ma mniejszą wartość Δ, taka modulacja jest określana jako delta modulation.

Cechy modulacji delta

Poniżej przedstawiono niektóre cechy modulacji delta.

  • Aby w pełni wykorzystać korelację sygnału, pobierane jest wejście z nadmierną próbkowaniem.

  • Projekt kwantyzacji jest prosty.

  • Sekwencja wejściowa jest znacznie wyższa niż współczynnik Nyquista.

  • Jakość jest umiarkowana.

  • Konstrukcja modulatora i demodulatora jest prosta.

  • Przybliżenie schodkowe przebiegu wyjściowego.

  • Wielkość kroku jest bardzo mała, tj. Δ (delta).

  • Użytkownik może zdecydować o szybkości transmisji.

  • Wymaga to prostszej implementacji.

Modulacja delta to uproszczona forma techniki DPCM, również postrzegana jako 1-bit DPCM scheme. Ponieważ interwał próbkowania jest zmniejszony, korelacja sygnału będzie wyższa.

Modulator delta

Modulator Delta składa się z 1-bitowego kwantyzatora i obwodu opóźniającego oraz dwóch obwodów letnich. Poniżej znajduje się schemat blokowy modulatora delta.

Obwód predykcyjny w DPCM jest zastąpiony prostym obwodem opóźniającym w DM.

Z powyższego schematu mamy zapisy jako -

  • $ x (nT_ {s}) $ = ponad próbkowane wejście

  • $ e_ {p} (nT_ {s}) $ = letnie wyjście i wejście kwantyzatora

  • $ e_ {q} (nT_ {s}) $ = wyjście kwantyzatora = $ v (nT_s) $

  • $ \ widehat {x} (nT_ {s}) $ = wyjście obwodu opóźniającego

  • $ u (nT_ {s}) $ = wejście obwodu opóźniającego

Korzystając z tych notacji, spróbujemy teraz rozgryźć proces modulacji delta.

$ e_ {p} (nT_ {s}) = x (nT_ {s}) - \ widehat {x} (nT_ {s}) $

--------- równanie 1

$ = x (nT_ {s}) - u ([n - 1] T_ {s}) $

$ = x (nT_ {s}) - [\ widehat {x} [[n - 1] T_ {s}] + v [[n-1] T_ {s}]] $

--------- równanie 2

Dalej,

$ v (nT_ {s}) = e_ {q} (nT_ {s}) = S.sig. [e_ {p} (nT_ {s})] $

--------- równanie 3

$ u (nT_ {s}) = \ widehat {x} (nT_ {s}) + e_ {q} (nT_ {s}) $

Gdzie,

  • $ \ widehat {x} (nT_ {s}) $ = poprzednia wartość obwodu opóźniającego

  • $ e_ {q} (nT_ {s}) $ = wyjście kwantyzatora = $ v (nT_s) $

W związku z tym,

$ u (nT_ {s}) = u ([n – 1] T_ {s}) + v (nT_ {s}) $

--------- równanie 4

Co znaczy,

The present input of the delay unit

= (The previous output of the delay unit) + (the present quantizer output)

Zakładając zerowy warunek akumulacji,

$ u (nT_ {s}) = S \ Displaystyle \ suma \ limity_ {j = 1} ^ n sig [e_ {p} (jT_ {s})] $

Accumulated version of DM output = $ \ Displaystyle \ suma \ limity_ {j = 1} ^ nv (jT_ {s}) $

--------- równanie 5

Teraz zauważ to

$ \ widehat {x} (nT_ {s}) = u ([n – 1] T_ {s}) $

$ = \ Displaystyle \ suma \ limity_ {j = 1} ^ {n - 1} v (jT_ {s}) $

--------- równanie 6

Wyjście jednostki opóźnienia to wyjście z akumulatora opóźnione o jedną próbkę.

Z równań 5 i 6 otrzymujemy możliwą strukturę demodulatora.

Przybliżony przebieg schodkowy będzie sygnałem wyjściowym modulatora delta z wielkością kroku równą delta (Δ). Jakość wyjściowa przebiegu jest umiarkowana.

Delta Demodulator

Demodulator delta składa się z filtra dolnoprzepustowego, obwodu letniego i obwodu opóźniającego. Obwód predykcyjny jest tutaj wyeliminowany, a zatem żadne założone dane wejściowe nie są podawane do demodulatora.

Poniżej znajduje się schemat demodulatora delta.

Z powyższego schematu mamy zapisy jako -

  • $ \ widehat {v} (nT_ {s}) $ jest próbką wejściową

  • $ \ widehat {u} (nT_ {s}) $ to letnie wyjście

  • $ \ bar {x} (nT_ {s}) $ to opóźnione wyjście

Jako dane wejściowe do demodulatora zostanie podana sekwencja binarna. Przybliżona moc wyjściowa klatki schodowej jest podawana do LPF.

Filtr dolnoprzepustowy jest używany z wielu powodów, ale głównym powodem jest eliminacja szumów dla sygnałów pozapasmowych. Nazywa się błąd wielkości kroku, który może wystąpić w nadajnikugranular noise, co jest tutaj wyeliminowane. Jeśli nie ma szumu, wyjście modulatora jest równe wejściu demodulatora.

Zalety DM w porównaniu z DPCM

  • 1-bitowy kwantyzator

  • Bardzo łatwa konstrukcja modulatora i demodulatora

Jednak w DM występuje pewien szum.

  • Zniekształcenie nachylenia nad obciążeniem (kiedy Δ jest mały)

  • Ziarnisty hałas (kiedy Δ jest wielki)

Adaptacyjna modulacja delta (ADM)

W modulacji cyfrowej natknęliśmy się na pewien problem określenia wielkości kroku, który wpływa na jakość fali wyjściowej.

W przypadku stromego zbocza sygnału modulującego wymagany jest większy rozmiar kroku, a mniejszy rozmiar kroku jest potrzebny, gdy komunikat ma małe nachylenie. W trakcie procesu pomijane są najdrobniejsze szczegóły. Byłoby więc lepiej, gdybyśmy mogli kontrolować regulację wielkości kroku, zgodnie z naszymi wymaganiami, aby uzyskać próbkowanie w pożądany sposób. To jest koncepcjaAdaptive Delta Modulation.

Poniżej przedstawiono schemat blokowy Adaptacyjnego modulatora delta.

Wzmocnienie wzmacniacza sterowanego napięciem jest regulowane sygnałem wyjściowym z próbnika. Wzmocnienie wzmacniacza określa wielkość kroku i oba są proporcjonalne.

ADM kwantyfikuje różnicę między wartością bieżącej próbki a przewidywaną wartością następnej próbki. Wykorzystuje zmienną wysokość kroku do przewidywania kolejnych wartości w celu wiernego odtworzenia szybko zmieniających się wartości.