צורת דלתא נותרה טכניקה בסיסית להמירת אותות אנלוגיים למהנדסים דיגיטליים, במיוחד בטלקומוניקציה ועיבוד אודיו זול-עלות נמוכה.בניגוד למודולציה קוד הדופק (PCM), אשר מקודמת כל דגימה מוחלטת של הדגימה, דלה מודציה משדרת רק את ההבדל בין דגימות עוקבות - מעט בודדת לדגימה המציין האם האות גדל או ירד.

הבנת שינוי דלתא ב Depth

כדי להעריך את התפקיד של מסננים, יש קודם להבין איך דלה מודולציה עובד.הרעיון הליבה הוא פשוט: המנטר משווה את הדגימה האנלוגי הנוכחי עם הערך המשוחזר הקודם.אם הדגימה הנוכחית גבוהה יותר, המנטר מפיץ "1" וצעדים על ידי עלייה קבועה (גודל הצעד); אם נמוך יותר, הוא מפיץ "0" ולמטה.

עם זאת, הפשטות מביאה שני ליקויים בסיסיים:

  • (FLT:0)Slope overloadingerFLT:1 - כאשר האות האנלוגי משתנה מהר יותר מאשר גודל הצעד הקבוע יכול לעקוב, גלפור משוחזר נופל מאחור, גורם שגיאות גדולות במיוחד עבור רכיבים גבוהים או טרנסים מהירים.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

התאמה של תצורה של דלתא (ADM) מתייחסת לסוגיות אלה על ידי שינוי גודל הצעד מבוסס על תבניות קטנות האחרונות - עלייה בגודל של צעד במהלך עומס יתר וירידה במהלך idle.גם עם תוכניות הסתגלות, האות המשוחזר עדיין דורש סינון זהיר כדי להסיר רעש קוונטית החוצה של פסים כדי להחליק את התוספת המדרגות.

תפקיד מסננים דיגיטליים ב- Delta Modulation

מסננים דיגיטליים משרתים פונקציות מרובות בתוך שרשרת המודולציה של דלה. בצד השידור, תנאי סינון נמוכים נגד-פניה נגד-ידיעה לסינון הלוגי לפני דגימה בצד המקבל, מסנן שיקום מסיר את הרעש הגבוה המוטבע בפלט החורג, בנוסף, ניתן להשתמש במסננים עבור FLT:0noise תפאורה של עיצוב FLT:1 - ushing הרעש הקוונטי לתוך להקות פחות או יותר החלפה.

עיצוב מסנן משפיע ישירות על שלושה מדדים מרכזיים:

  • (ב) [15] ,0) יחס חד-משמעי (SNRIRFLT:1) - מסנן שיקום מתוכנן היטב יכול להגדיל את יעילות SNR על ידי הגדלת רצפת הרעש מחוץ לפס.
  • (FLT:0) עיוות הרמוני לחלוטין (THD)FIRLT:1) - שלב מושרה מסנן לא ליניאריות ו- ripple יכול להציג חפצים הרמוניים.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

ללא סינון נכון, הפלט דלה-מתמדן נשמע זמזום או מציג whine גבוה ⁇ עם מסננים ממוטבים, הפלט יכול לגשת לשקיפות של מערכות PCM הפועלות בקצב גבוה בהרבה.

Pre-Modulation (Anti-Aliasing) filter

לפני האות האנלוגי נכנס מודולטור דלה, מסנן דיגיטלי או אנלוגי נמוך קופס מבטיח כי תדרים מעל מחצית קצב הדגימה הוסרו. כי דלה מודולציה בדרך כלל משתמש יחס oversampling גבוה (לעתים קרובות 16× או יותר יחסית לקצב Nyquistulation), מסנן נגד-aliasing יכול להיות רגוע יחסית - מסנן נמוך יותר די בהשוואה ל-Nyquist-M עדיין מאפשר הסרת רכיבי הפחתת הפילטר מאוחר יותר.

Revision (Post-Modulation) filter

ב המקלט, זרם חד-ביט משולב (מעודכן) כדי לייצר גלפורת מדרגות. גלפור זה מכיל אנרגיה גבוהה משמעותית ברבים של שיעור הדגימה.המסנן השחזור - כמעט תמיד מסנן נמוך-פס - מסמן את השלבים ומסיר את העותקים הספקטרום הלא רצוי.

  • (ב) [ה]התערות של ה-FLT: בדרך כלל נקבעו ליד תדירות האות המקסימלית של הריבית.נמוך מדי מכדי להפחית את התוכן הרצוי גבוה; גבוה מדי מכדי קיצוץ משאיר רעש בלתי ניתן לערעור.
  • (FLT:0)Fiter orderFLT:1: מסננים מסדר גבוה מספקים דחייה חדה יותר, דחייה רעש טוב יותר, אבל להציג עיכוב שלב נוסף. עבור יישומי אודיו, עיוות שלב יכול להיות בלתי ניתן להבחין כמו searing של טראנסנטים.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

סוגים של מסננים דיגיטליים המשמשים במערכות של Delta Modulation

מסננים דיגיטליים נופלים לשתי קטגוריות רחבות: תגובה אימפולס סופית (FIR) ותגובה אימפולסית אינסופית (IIR) לכל אחד יש נקודות חוזק וחולשות המשפיעות על ביצועי הפחתתה.

פילטר

מסנני FIR הם יציבים מטבעם ויכולים להשיג תגובה שלב ליניארית – כלומר כל רכיבי התדירות חווים את אותו עיכוב.נכס שלב ליניארי זה קריטי לשימור צורת הגלפור, במיוחד אודיו והנתונים שבהם יש למזער את עיוות השלבים. החיסרון הוא שהשגת חתך חדה דורשת הרבה ברזים (צו גבוה), הגדלת עומס חישובי וכבדות.

בשיקום מודולציה דלה, מסנן FIR ליניארי מבטיח כי אותות transient (כמו צלילים percussive) משוכפלים ללא טבעת או pre-echo. עם זאת, סדר סינון גבוה יותר עשוי להציג חריפות כי הוא בעייתי במערכות תקשורת בזמן אמת כגון קישורים קוליים דיגיטליים.

IIRS

מסננים IIR להשיג גליל נתון עם הרבה פחות אפקטיביות מאשר מסננים FIR, מה שהופך אותם יעילים חישובית.הם משמשים בדרך כלל במכשירים מוטבעים באנרגיה נמוכה שבו משאבי עיבוד מוגבלים.המסחר הוא תגובה שלב לא לינארי ובעיות יציבות פוטנציאליות.עבור מערכות Modtaulation, IIR יכול להציג עיוותים שלב שמשנים את המעטפת של אותות.

פילטר

מסננים הסתגלות להתאים את האפקטיביות שלהם בזמן אמת בהתבסס על אות קלט או טעות של המערכת. in delta Modulation, מסננים מתאימים ניתן להשתמש עבור:

  • (ב) ,0) , Noise ביטולFLT:1 - הפחתה של רעש גרפי על ידי התאמת המסנן כדי להתאים את התוכן ספקטרלי רעש.
  • (ב) ,0) ,EqualizationFLT:1 - פיצוי על תגובות ערוץ לא-אידאליות בטלפונים תקשורתיים.
  • (FLT:0) אופטימיזציה בגודל של שלב 1 (Stepigital Optimizer) - בעוד שלא מסנן ל-Se, אלגוריתמים מתאימים יכולים לשלוט על גודל ה- delta Modulator כדי למזער עומס יתר ורעש גרניט בו זמנית.

מסננים הסתגלות מציגים מורכבות גדולה יותר, אך יכולים לשפר באופן דרמטי את איכות האות בתנאים משתנים, כגון ערוצי רדיו ניידים או מקורות אודיו לא ידועים.

נמוך-Pass, High-Pass ו- Band-Pass Configurations

  • (ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ניתן להשתמש ב-[[1924]] ב[[1924]], כדי להסיר את ה-DC או לנסח את ה-DDC מלמטה.
  • (FLT:0)Band-pass filtersFLT:1 המופיע ביישומים כמו תת-band דלה מודולציה, שבו טווח התדר מחולק ללהקות מרובות כל אחד מהם מסתמך בנפרד כדי להפחית את הרעש הכולל.

השפעות של פילטרים עיצוב אותות על איכות אותות

בחירת הפרמטרים הנכונים של מסנן הוא פעולה איזון. להלן הם משתנים עיצוב מפתח ואת ההשפעה שלהם על ביצועי דלה מודולציה.

חיתוך תדירות

תדירות הקיצוץ של מסנן שיקום קובע את רוחב הפס של המערכת.בתקשורת קולית (למשל, קווי טלפון דיגיטליים), הקיצוץ נקבע בדרך כלל ב- 3.4 kHz כדי להתאים את רצועת PSTN. עבור אודיו, חתך של 20 kHz הוא נפוץ.קביעת הקיצוץ נמוך מדי מקטין מדי דליפה גבוהה; גבוה מדי מודה יותר רעש קוונטי.

פקודת פילטר

מסננים מסדר גבוה יותר מניבים רול-off, אשר משפר את דחיית הרעש מחוץ לפס.עם זאת, הם מציגים יותר שינוי שלב ועיכוב קבוצתי. עבור קול בזמן אמת, עיכובים מעל 20-30 מ's הופכים בולטים ועצבניים.בהקלטה אודיו, שינוי שלב יכול לשנות את התמונה סטריאו. מהנדסים חייבים להתאים את הסדר המסנן לדרישות היישום. A First-order עשוי מספיק עבור קול פשוט, בעוד ש-by עשוי להיות מסנן אודיו חמישי או פריך עבור פריך, בעוד שברשותי, אם כי ייתכן צורך מסנן אופטי או מסנן אופטי.

Passband Ripple and stopband Attenuation

Ripple בפס המעבר גורם וריאציות amplitude על פני תדירות. in delta Modulation, זה יכול לשנות את המבנה הרמוני של האות המשוחזר, הוספת עיוות עדין.עצור אטמומנט קובע כמה דליפות רעש מחוץ לפס לתוך הפלט המשוחזר.עבור מערכת נאמנות גבוהה, לעצור את החדירה צריך לעלות על 60B מתחת לרמה.

שלב קונאריות

שלב קואר רצוי לשימור טרנסי.הפילטרים באופן טבעי מספקים שלב ליניארי אם תוכנן באופן סימטרי.אנירי מסננים IIR יכולים רק שלב ליניארי משוער על רוחב פס מוגבל. במערכות מודולציה המשמשות להעברת נתונים (למשל, אותות מודם), עיוות שלב יכול לגרום התערבות בין-סימבול, צמצום שיעור השגיאה bit. in אודיו, שלב לא ליניאריות הוא פחות בלתי-סביר אבל עדיין יכול להשפיע על בהירות חדה של התקפות חדות.

שיקולים עיצוביים מעשיים

כאשר יישום מסננים דיגיטליים עבור דלה מודולציה, מהנדסים חייבים לשקול את התקציב חישובי, מגבלות לב, ואת המאפיינים האות הספציפי.כאן הם כמה הנחיות מעשיות:

  • (FLT:0)Use oversamplingFLT:1 - דלתא מודולציה מטבעם oversamples את הקלט בשילוב עם אנלוגיה דלה מראש, מסנן שיקום דיגיטלי יכול להיות פשוט יותר.
  • (FLT:0) Noise designFLT:1 - על ידי העברת רעש קוונטי לתדרים גבוהים יותר (שם זה פחות או יותר קל לסנן), העבודה של מסנן השחזור נעשית קלה יותר.
  • (FLT:0)Combine אנלוגיה וסינון דיגיטלי מסנן 1 (המסנן אנלוגי נמוך-pass עם גלגל-החול עדין (למשל, הזמנה שנייה) ואחריו מסנן דיגיטלי FIR עם חיתוך חד יכול לאזן את העלות ואת הביצועים.
  • (FLT:0)Afree cascade של מסננים אם אפשריFLT:1 - אם שלבים מסנן מרובים משמשים (למשל, נגד הפליה, השמדה, שיקום), שלב משולב שלהם ותשובות אמפולות יש לשקול להימנע מעיוות מצטבר.
  • (FLT:0) להעריך לפני בנייתו של ה-FLT:1 - השתמש בכלים כמו MATLAB או Python של SciPy כדי לעצב את תגובת המסנן ואת השפעתה על אות דלה-מתמדן.זה עוזר לזהות אינטראקציות בלתי צפויות.

מקרה מחקר: קול על IP שימוש ב- Delta Modulation

שקול מערכת VoIP המשתמשת במודולציה אדפטיבית לדחוס דיבור על קישורים בעלי תואר נמוך.ללא מסנן שחזור הולם ב המקלט, הפלט יכלול רעש גבוה כי המסיכה דיבור nuances. על ידי יישום שלב 5-order IIR נמוך-pass המסנן עם חיתוך של 3.4 kHz ו 40 dB לעצור בעצימות, המערכת משיגה הערכה של שלב 5th-of זה פחות פילטר מוסיקה דומה ל- GPES).

משאבים חיצוניים למחקר נוסף

כדי להעמיק את ההבנה שלך, לחקור את ההתייחסויות הסמכותיות האלה:

  • (ב) [13] ויקיפדיה: דלתא משנהולת 1 (Auto ModulationFIRLT) – סקירה מקיפה של תיאוריה וגרסאות.
  • (FLT:0) מכשירים אנלוגים: הבנת דלתא ModulationFLT:1) - הערה בקשה עם דוגמאות עיצוב מסנן מעשי.
  • (FLT:0) The Scientist and Engineers's Guide to Digital Signal Process: Filter DesignFLT:1 - טקסט קלאסי על עקרונות עיצוב FIR ו- IIR.
  • (FLT:0)IEEE Paper: פילטרים מתאימים עבור Delta Modulation SystemsFLT:1 - מאמר מחקר על טכניקות סינון הסתגלות (גישה חופשית עשויה להשתנות).

מסקנה

ההשפעה של עיצוב סינון דיגיטלי על איכות אות דלה לא ניתן overstated.מבחירה בסיסית של סוג מסנן סדר וצו כדי לקבל החלטות נוספות על לינאריות שלב ורעש עיצוב רעש, כל פרמטר משפיע על נאמנותו של האות הסופי של האות הסופי של מסנן כראוי מסנן כראוי מדרונות אלחוטית ורעש גרניט, להרחיב את הטווח הדינמי, ולהבטיח כי התפוקה המשוחזרת דומה הדוקה של מערכות האנלוגיות המקוריות כמו פילטרים מתקדמים יותר.