Table of Contents
Origins of Delta Modulation
وقد ظهر مفهوم تعديل الدلتا في الخمسينات كرد مباشر على الحاجة المتزايدة إلى تحويل فعال من جانب المشابك إلى نظام الاتصالات المبكر، وأقر الباحثون في المختبرات الرائدة، بما فيها مختبرات بيل، بأن تطبيقات الضبط التقليدي للنبضات المضغوطة تتطلب نسبياً تطبيقات عالية النطاق ومعقدة، وأن طريقة الفرز في دلتا تتيح بديلاً مبسطاً عن طريق التماثيل في العينة.
وتعزى الأعمال الأساسية المتعلقة بخفض الدلتا إلى عدة أرقام رئيسية، منها مهندس فرنسي إدوارد ديلوراين، ومساهمات لاحقة من شركة F. de Jager in the Netherlands، وقد أظهرت تجاربها المبكرة أن منتجاً واحداً من المدارات يمكن أن ينتج عنه تأليف إشارات مقبول عند اقترانه بمعدل عينات عالية، وقد تناقض هذا الفهم مع الحكمة التقليدية، التي اعتبرت أن هناك عدة أجزاء من العينة ضرورية لإعادة البناء الدقيق.
وخلال هذه الفترة التكوينية، أصبح الحد الأساسي من الضبط الأساسي للدللتا واضحا: زيادة حجم المنحدر، وعندما تتغير إشارة المدخلات بسرعة أكبر من سرعة تعقب الدوق المحلي، أدى النظام إلى تشويه يعرف بالضوضاء المفرطة في حجم المنحدرات، وذلك لأن حجم المجموعة الثابتة من المجموعة الواحدة لا يمكن أن يواكب التغيرات السريعة في الإشارات، وحدد الباحثون هذا بسرعة باعتباره التحدي التقني المركزي، وسيؤدي إلى إيجاد حلول للابتكار خلال العقدين القادمين.
المؤسسات التقنية والابتكارات المبكرة
إصلاحية تحميل المنحدرات
وبحلول أوائل الستينات، وضع المهندسون عدة استراتيجيات للتخفيف من عبء المنحدرات الزائدة، ومن أكثرها فعالية الأخذ بضبط مقياس التكييف، بدلا من استخدام مقياس ثابت، أدى تعديل التلفاز التكييفي إلى تغيير حجم الخطوة استنادا إلى التاريخ الحديث للإشارة المشفرة، وعندما أشارت أجزاء متتالية إلى اتجاه ثابت للتغيير (فوق أو هبوط)، زاد حجم الخطوة إلى تتبع التحولات البديلة.
وقد نشأ أكثر المتغيرات المعروفة، وهي متغيرة باستمرار في أسلوب التلقيم المائي، من العمل في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، ثم صقلها مهندسون في مورتولا وشركات أخرى شبه موصلة، وقد استخدمت لجنة تنمية القدرات في تقدير متوسط منحدر الإشارات المرجعية، مما أدى إلى تعديل حجم الضوضاء على هذا النحو.
خفض عدد الوحدات
وفي حين أن ارتفاع حجم المنحدرات قد أثر على المحتوى العالي التردد، فإن الإشارات المنخفضة التردد التي عانت من الضوضاء الجمردية (أو النادل) التي حدثت عندما كانت الإشارة إلى ارتفاع مستوى المدخلات قريبة من الصفر، مما تسبب في ظهور نمط متغير من التركيزات من 1 و0 في الوقت الذي تدور فيه الإشارة، وقد عالج المحركات هذه الضوضاء من خلال مختلف التقنيات، بما في ذلك استخدام مكبرات عالية الجودة.
وكان من الحلول البارزة بوجه خاص استخدام الاندماج المزدوج في حلقة التغذية المرتدة، بدلا من مجرد مدمج أول (متراكم أساسا)، فإن مدمجا من الدرجة الثانية يوفر تتبعا أفضل للإشارات مع التسارع المستمر، مما أدى إلى انخفاض حجم المسطحات المسطحة والضوضاء الجامدة، مما أدى إلى زيادة تعقيدات الترددات الصوتية المستخدمة في الموصل.
النضج النظري
وبحلول منتصف الستينات، اجتذبت عملية التناوب النظرية المعلوماتية التي سعت إلى فهم حدود أدائها، وكانت المساهمات الملحوظة تأتي من هيروشي إنوس في جامعة طوكيو وجيري د. جيبسون في جامعة كاليفورنيا، سانتا باربرا، وقد أثبت عملهما الأسس النظرية للمسح الفوقي، بما في ذلك التعبيرات الدقيقة عن نسبة الإشارات إلى العينات كنسبة مئوية من المواصفات.
كما أوضح الإطار النظري العلاقة بين تعديل الدلتا واختلاف طريقة النبض، حيث تستغل كلتا التقنيتين الازدهار في الإشارة إلى المدخلات عن طريق تكريس الاختلافات بدلا من القيم المطلقة، ويتمثل الفرق الرئيسي في أن إدارة المواد الكيميائية تستخدم مجموعة من المواد متعددة الأطقم، بينما تستخدم طريقة تعديل الدلتا أداة واحدة من المواد الكمية، وهذا الفرق الطفيف يبدو له آثار عميقة على تعقيد المعدات، وكفاءة استخدام الأخطاء، وخيارات التصميم.
The Golden Era: Adoption in Telecommunications
الاتصالات العسكرية والسواتل
وقد تميزت السبعينات باعتماد نظام التناوب على نطاق واسع في نظم الاتصالات العسكرية، وأقرت وزارة الدفاع الأمريكية بأن مركز الاتصالات السلكية واللاسلكية يوفر أداء قويا في القنوات الضارية، مع اشتراط الحد الأدنى من عرض النطاق الترددي واستهلاك الطاقة، مما جعله مثاليا للأجهزة اللاسلكية التكتيكية، ونظم الصوت المأمون، والوصلات الساتلية التي يعمل فيها كل وعاء وراثي محمول، وتستخدم على نطاق واسع في عصر الحرب الفيتنامية.
كما استفادت نظم الاتصالات الساتلية من تعديل الدلتا، وقد استخدمت سلسلة السواتل للاتصالات التي تستخدم الدلتا في تعديل القنوات الصوتية، مما أتاح إجراء محادثات متعددة لتبادل جهاز مرسل مرسل واحد عبر التليفزيون المتعدد، ويعني تبسيط عملية تعديل الدلتا أن التجهيز الساتلي على متن الساتل يمكن أن يُبقي على أدنى حد، مما يقلل من الوزن واستهلاك الطاقة، وهذا كان مهماً بشكل خاص خلال عصر لا تزال فيه تكنولوجيا الوصلات شبه المتحركية.
التطبيقات الاستهلاكية والتجارية
كما أن صناعة الهاتف التجاري قد احتوت على تعديل الدلتا، ففي السبعينات، نشر نظام بيل مصممي الدلتا في نظم حلقات المشتركين في المناطق الريفية حيث كانت تكلفة تشغيل كابلات النحاس الملتوية باهظة، وقد سمحت هذه النظم بنقل قنوات صوتية متعددة على زوج واحد باستخدام التكفير المتعدد من الشُعب زمنيا مع أسلوب الدلتا، وكانت المبادلات في نوعية الصوت مقبولة بالنسبة للمشتركين الفقراء، الذين لا يوجد لهم في كثير من الأحيان بديل.
وكانت المنتجات السمعية للمستهلكين تمثل سوقاً هامة أخرى، وقد شهدت أوائل الثمانينات إدخال تعديل في خطوط التأخير الرقمي، ووحدات التكرير، ومجهزات الآثار الجيتارية، وقد استخدمت هذه الأجهزة رقائق التناوب المنخفضة التكلفة، مثل سلسلة MC3417/MC3418 من موتورولا، لتحقيق آثار على مستوى الاستوديو بجزء من تكلفة التكنولوجيات المتنافسة.
وربما كان الاستخدام الأكثر انتشارا للمستهلك في أجهزة الرد الرقمي، حيث استخدم الجيل الأول من آلات الرد على الوضع الصلب نظاماً للمسح المغناطيسي لخزن الرسائل الجاهزة والواردة على رقائق الذاكرة المبكرة، وفي حين أن الجودة السمعية كانت محدودة بسبب انخفاض معدلات أخذ العينات (من 8 إلى 12 كيلوهرتز)، فقد كان أكثر من اللازم للحصول على صوت ذي جودة هاتفية، كما أن انخفاض تكلفة وقلة استهلاك أجهزة التلقيم الجيب على أجهزة التلقيم المزودة تسمح بالأجهزة.
Speech and Audio Processing
وقد أصبح تجهيز الخطابات محور تركيز رئيسي في بحوث التناوب في الثمانينات، وقد أظهر إعداد ملازمات خطابات ذات تكلفة منخفضة وخط واحد، مثل أداة تكساس TMS5100، استخدام أسلوب التناوب في كتابة كلمات مسموعة بالكلمات من أجل تقديم طلبات مثل أجهزة الحاسبة المحمولة، والإنذار بالسيارات، والألعاب التعليمية.
وفي موازاة ذلك، بحث الباحثون استخدام أسلوب التناوب في التوليف والبث الموسيقيين، وقد استعملت الاصطناعات الرقمية المبكرة من شركات مثل شركة فيرلايت وسينكلافير أسلوباً في العينة وصوتاً للعزف في درجة عالية من التخصيب، وفي حين أن هذه النظم باهظة الثمن بشكل غير عادي، فقد أثبتوا أن طريقة الفرز الرقمية يمكن أن تحقق جودة سمعية المهنية عند تشكيلها على النحو الصحيح.
Modern Adaptations and Hybrid Systems
التكامل مع نظام سيغما - دلتا
وأهم تطور حديث في أسلوب التناوب بين الدلتا هو دمجه في نظام الصيغ الموحّدة (الرمز (الرمز (الرمز (الرمز (الرمز (الرمز (الرمز (الرمز (الرمز (Sigma-delta) الذي يضع المدمج أمام دائرة المكيف بدلا من أن يكون في حلقة الارتداد، ويعرض تشكيلة ضوضاء أعلى وحلا أعلى بتكلفة تزيد التعقيد، غير أن المبدأ الأساسي المتمثل في الإفراط في أخذ العينات في تشكيلة الصوتية ينحدر هو المضغوطة مباشرة من مزودة.
فالنظم الهجينة التي تجمع بين عناصر من كل من الدلتا والمسح الفيزيائي هي الآن نظم مشتركة، فعلى سبيل المثال، يستخدم هيكل النواة المتعددة المراحل المتعددة المراحل كوادر السلاسل التعاقبية في مراحل الشعارات، وكل منها هو أساسا جهاز معالج من الدلتا، ويحقق هذا النظام تسوية من 24 نقطة أو أفضل، مما يجعلها مناسبة للتسجيل الصوتي المهني، والجهاز الفكري، والتنفيذ المبكر.
تطبيقات منخفضة الطاقة ومستخدمة للأشعة فوق البنفسجية
وقد وجدت عملية تعديل دلتا عقد إيجار جديد على الحياة في حقبة " إيوت " ، حيث أن تبسيط واستهلاك الطاقة المنخفض لمستنكبات الدلتا يجعلانهما مثاليين لأجهزة الاستشعار ذات القدرة البطارية وأجهزة الحواف، وفي تطبيقات مثل رصد الاهتزاز، والاستشعار عن درجة الحرارة، وكشف الأحداث الصوتية، يمكن لمنظمي دلتا بسيط أن يوفروا قدرا كافيا من الدقة في الوقت الذي يستهلك فيه ميكرات عالية من المتغيرات التحويل الحالية.
وتشمل عدة مراكب حديثة تعمل بالمايكرولوترات المتكاملة للتحكم في الديتا للأجهزة المرجعية، وعلى سبيل المثال، توفر أسرة PSoC من Infineon وبعض أجهزة الارتكس-M الآلية التي تعمل على إحداث تغيير في المواسير التي يمكن تداركها في خصائص حساسة محددة، وهذه المواضع تتيح للمصممين تنفيذ أجهزة الاستشعار الذكية التي تشكل حدا أدنى من العناصر الخارجية، مما يقلل من الحيز المتاح للدوافع.
رقمية Audio Broadcasting
كما استُخدمت معايير البث الصوتي الرقمي على تقنيات التناوب في دلتا، وفي حين أن الرمز المهيمن لـ DAB هو MPEG Audio Layer II (MP2)، فإن بعض المقترحات المبكرة بشأن أجهزة البث الرقمية المستخدمة في متغيرات التناوب، كما أن مشروع Eureka 147، الذي شكل معيار إدارة شؤون الإعلام، قد قيّم بشكل واسع قبل أن يُقرّ نظاماً بديلاً للبث الإذاعي في المناطق الريفية.
ويستخدم جهاز البث الصوتي الأزرق الذي يستخدم وصلة الصوت (الموجهة) المتزامنة، ويعتمد تقليديا على مركز تبادل الصوت، ويشمل مواصفات بلوتونس كرمز إلزامي للمكالمات السمعية والصوتية الخالية من اليدين، ويضمن ذلك التوافق بين الأجهزة من مختلف المصنعين مع الحفاظ على جودة الصوت المقبولة على وصلة بلوتا دون تردد نسبيا.
تطبيقات ناشئة في مجال التعلم في مجال الآلات
وقد برز طلب جديد مفاجئ للتعديلات الفوقية في مجال التعلم الآلي، حيث إن شبكات الظواهر العصبية التي تخفف من سلوك الأعصاب البيولوجية التي تحركها الأحداث، تنتج عادة إشارات مجهزة بالدلتا، وكل مسامير تمثل حدثاً مفصّلاً، والتوقيت بين المسامير المشتركة للمعلومات، وقد أظهر الباحثون أن التلاعب بالدلائل يمكن أن يستخدم في الحفاظ على البيانات التجميعية بكفاءة.
وبالإضافة إلى ذلك، اقتُرح تعديل الدلتا كأسلوب لضغط الأوزان والتشغيلات الجديدة أثناء الاستدلال، إذ إن إجراء التغييرات بين القيم المتعاقبة هو وحده الذي يمكن أن يقلل من نطاق الذاكرة واستهلاك الطاقة في أجهزة تعجيل المعدات، وهذا التطبيق لا يزال في مرحلة البحث، ولكن النتائج المبكرة تشير إلى أن التلاعب بالدلتا يمكن أن يؤدي دورا في التمكين من استخدام الطاقة في استخدام الطاقة.
خاتمة
إن التطور التاريخي في عملية العزلة هو قصة من التبسيط الواضحة التي تلبي الضرورة العملية، ومن أصلها في الخمسينات كبديل لتوفير النطاق الترددي لثنائي الفينيل متعدد الكلور، من خلال سنه الذهبية في التطبيقات العسكرية والمستهلكة، إلى ما لديه من حبس عصري في محولات سيغما - دلتا ومجسات إيوت، قد أظهرت تغيرات ملحوظة في القدرة على التكيف.
وفي حين أن التكنولوجيات الجديدة قد أحدثت تغييراً في الدلتا في العديد من التطبيقات العالية، فإن إرثها مجسد في البنية التحتية الرقمية التي نعتمد عليها يومياً، وفي كل مرة يحمل رأس بلوتون صوتاً، وفي كل مرة يلتقط فيها محول من طراز سيغما - دلتا الصوتية ذات التعريف العالي، وفي كل مرة يستيقظ جهاز استشعار منخفض الطاقة ليبلغ عن وجود قياس، فإن التأثيرات الهندسية الجديدة في المستقبل آخذة في التطور.
For further reading, the following resources provide detailed technical information: A traditional paper on delta modulation by J. C. Candy and O. J. Benjamin, ] the original patent for adaptive delta modulation by N. S. Jayant,