Kod impulsu modulacja to metoda który jest używany do konwersji pliku sygnał analogowy na sygnał cyfrowy tak, aby zmodyfikowany sygnał analogowy mógł być przesyłany przez cyfrową sieć komunikacyjną. PCM jest w postaci binarnej, więc będą tylko dwa możliwe stany wysoki i niski (0 i 1). Możemy również odzyskać nasz sygnał analogowy poprzez demodulację. Proces modulacji impulsowo-kodowej składa się z trzech etapów: próbkowania, kwantyzacji i kodowania. Istnieją dwa specyficzne typy modulacji kodu impulsów, takie jak modulacja różnicowa z kodem impulsu (DPCM) i adaptacyjna modulacja kodowa impulsu różnicowego (ADPCM)

“pojedynczy vs dwubiegunowy włącznik światła ”

Schemat blokowy PCM

Oto schemat blokowy kroków, które są zawarte w PCM.

W próbkowaniu używamy próbnika PAM, który jest próbnikiem modulacji amplitudy impulsu, który przekształca ciągły sygnał amplitudy na sygnał ciągły dyskretny w czasie (impulsy PAM). Podstawowy schemat blokowy PCM jest podany poniżej dla lepszego zrozumienia.

Co to jest modulacja kodu impulsowego?

Aby uzyskać przebieg modulowany kodem impulsowym z przebiegu analogowego o godzinie nadajnik koniec (źródło) obwodu komunikacyjnego, amplituda próbek sygnału analogowego w regularnych odstępach czasu. Częstotliwość próbkowania lub liczba próbek na sekundę jest kilkakrotnie większa niż częstotliwość maksymalna. Sygnał wiadomości konwertowany do postaci binarnej będzie zwykle składał się z wielu poziomów, które zawsze są do potęgi 2. Ten proces nazywa się kwantyzacją.

Podstawowe elementy systemu PCM

Na końcu odbiornika demodulator kodu impulsowego dekoduje sygnał binarny z powrotem na impulsy o takich samych poziomach kwantowych, jak te w modulatorze. Dzięki dalszym procesom możemy przywrócić oryginalny przebieg analogowy.

Teoria modulacji kodu impulsowego

Powyższy schemat blokowy opisuje cały proces PCM. Źródło czasu ciągłego sygnał wiadomości jest przepuszczany przez filtr dolnoprzepustowy, a następnie próbkowanie, kwantyzacja i kodowanie. Zobaczymy szczegółowo krok po kroku.

Próbowanie

Próbkowanie to proces pomiaru amplitudy sygnału w czasie ciągłym w chwilach dyskretnych, który przekształca sygnał ciągły w sygnał dyskretny. Na przykład konwersja fali dźwiękowej na sekwencję próbek. Próbka to wartość lub zestaw wartości w określonym momencie lub może być rozmieszczony w odstępach. Sampler wyodrębnia próbki ciągłego sygnału, jest to podukład idealny sampler wytwarza próbki, które są równoważne chwilowej wartości ciągłego sygnału w określonych różnych punktach. Proces próbkowania generuje sygnał z modulacją amplitudy impulsu (PAM) o płaskim wierzchołku.

Sygnał analogowy i próbkowany

Częstotliwość próbkowania, Fs to średnia liczba próbek na sekundę, znana również jako częstotliwość próbkowania. Zgodnie z twierdzeniem Nyquista częstotliwość próbkowania powinna być co najmniej 2 razy większa od górnej częstotliwości odcięcia. Częstotliwość próbkowania, Fs> = 2 * fmax, aby uniknąć efektu aliasingu. Jeśli częstotliwość próbkowania jest znacznie wyższa niż częstotliwość Nyquista, staje się ona nadpróbkowaniem, teoretycznie sygnał o ograniczonej szerokości pasma może zostać zrekonstruowany, jeśli próbkowany jest powyżej częstotliwości Nyquista. Jeśli częstotliwość próbkowania jest mniejsza niż częstotliwość Nyquista, zostanie zmieniona na Undersampling.

Zasadniczo w procesie pobierania próbek stosuje się dwa rodzaje technik. Są to 1. Próbkowanie naturalne i 2. Próbkowanie z płaskim wierzchołkiem.

Kwantyzacja

W kwantyzacji: próbka analogowa o amplitudzie, która jest konwertowana na próbkę cyfrową o amplitudzie przyjmującej jeden ze specjalnie zdefiniowanych zestawów wartości kwantyzacji. Kwantyzację przeprowadza się, dzieląc zakres możliwych wartości próbek analogowych na kilka różnych poziomów i przypisując środkową wartość każdego poziomu do dowolnej próbki w przedziale kwantyzacji. Kwantyzacja przybliża wartości próbki analogowej do najbliższych wartości kwantyzacji. Tak więc prawie wszystkie skwantyzowane próbki będą się nieznacznie różnić od oryginalnych próbek. Ta kwota jest nazywana błędem kwantyzacji. Rezultatem tego błędu kwantyzacji jest syczenie podczas odtwarzania przypadkowego sygnału. Konwersja próbek analogowych na liczby binarne 0 i 1.

W większości przypadków będziemy używać jednolitych kwantyzatorów. Jednolita kwantyzacja ma zastosowanie, gdy wartości próbek mieszczą się w skończonym zakresie (Fmin, Fmax). Całkowity zakres danych jest podzielony na 2n poziomów, niech będą to interwały L. Będą one miały równą długość Q. Q jest znane jako interwał kwantyzacji lub rozmiar kroku kwantyzacji. Przy jednorodnej kwantyzacji nie będzie błędu kwantyzacji.

Sygnał jednolicie kwantowany

Jak wiemy,
L = 2n, następnie wielkość stopnia Q = (Fmax - Fmin) / L

“co znaczy o i ja na przełączniku? ”

Przedział i jest mapowany na wartość środkową. Będziemy przechowywać lub wysyłać tylko wartość indeksu skwantowanej wartości.

Wartość indeksu skwantowanej wartości Qi (F) = [F - Fmin / Q]

Kwantowana wartość Q (F) = Qi (F) Q + Q / 2 + Fmin

Ale są pewne problemy związane z jednolitą kwantyzacją

Optymalne tylko dla równomiernie rozłożonego sygnału.
Prawdziwe sygnały audio są bardziej skoncentrowane w pobliżu zer.
Ucho ludzkie jest bardziej wrażliwe na błędy kwantyzacji przy małych wartościach.

Rozwiązaniem tego problemu jest niejednorodna kwantyzacja. W tym procesie przedział kwantyzacji jest mniejszy blisko zera.

Kodowanie

Koder koduje skwantowane próbki. Każda skwantyzowana próbka jest kodowana w pliku 8-bitowe słowo kodowe używając A-law w procesie kodowania.

Bit 1 to najbardziej znaczący bit (MSB), reprezentuje polaryzację próbki. „1” reprezentuje biegunowość dodatnią, a „0” oznacza biegunowość ujemną.
Bity 2, 3 i 4 definiują lokalizację wartości próbki. Te trzy bity razem tworzą liniową krzywą dla próbek dodatnich lub ujemnych o niskim poziomie.
Bity 5, 6, 7 i 8 to najmniej znaczące bity (LSB), które reprezentują jeden z segmentów skwantowanych wartości. Każdy segment jest podzielony na 16 poziomów kwantowych.

PCM to dwa typy różnicowej modulacji impulsowo-kodowej (DPCM) i adaptacyjnej różnicowej modulacji impulsowo-kodowej (ADPCM).

W DPCM kodowana jest tylko różnica między próbką a poprzednią wartością. Różnica będzie znacznie mniejsza niż całkowita wartość próbki, więc potrzebujemy kilku bitów, aby uzyskać taką samą dokładność, jak w zwykłym PCM. Dzięki temu wymagana szybkość transmisji również się zmniejszy. Na przykład w kodzie 5-bitowym 1 bit odpowiada polaryzacji, a pozostałe 4 bity 16 poziomom kwantowym.

ADPCM osiąga się poprzez dostosowanie poziomów kwantyzacji do charakterystyk sygnału analogowego. Możemy oszacować wartości na podstawie poprzednich przykładowych wartości. Szacowanie błędów odbywa się tak samo, jak w DPCM. W metodzie ADPCM 32 Kb / s różnica między wartością przewidywaną a próbką, wartość jest kodowana za pomocą 4 bitów, dzięki czemu otrzymamy 15 poziomów kwantowych. W tej metodzie szybkość transmisji danych jest o połowę niższa od konwencjonalnego PCM.

Demodulacja kodu impulsowego

Demodulacja kodu impulsowego będzie działać tak samo proces modulacji w odwrotnej kolejności. Demodulacja rozpoczyna się od procesu dekodowania, podczas transmisji sygnał PCM będzie narażony na zakłócenia. Tak więc, zanim sygnał PCM wyśle do demodulatora PCM, musimy przywrócić sygnał do pierwotnego poziomu, do którego używamy komparatora. Sygnał PCM to szeregowy sygnał fali impulsowej, ale do demodulacji potrzebujemy fali równoległej.

Dzięki zastosowaniu konwertera szeregowego na równoległy, szeregowy sygnał fali impulsowej zostanie przekształcony w równoległy sygnał cyfrowy. Następnie sygnał przejdzie przez dekoder n-bitowy, powinien to być konwerter cyfrowo-analogowy. Dekoder odzyskuje oryginalne wartości kwantyzacji sygnału cyfrowego. Ta wartość kwantyzacji obejmuje również wiele harmonicznych o wysokiej częstotliwości z oryginalnymi sygnałami audio. Aby uniknąć niepotrzebnych sygnałów, w końcowej części zastosowaliśmy filtr dolnoprzepustowy.

Zalety modulacji impulsowej

Sygnały analogowe mogą być przesyłane szybkim cyfrowym system komunikacji .
Prawdopodobieństwo wystąpienia błędu zmniejszy się dzięki zastosowaniu odpowiednich metod kodowania.
PCM jest używany w systemie Telkom, cyfrowego nagrywania dźwięku, cyfrowych efektów specjalnych wideo, cyfrowego wideo, poczty głosowej.
PCM jest również używany w jednostkach sterujących radiowych jako nadajniki, a także odbiornik zdalnie sterowanych samochodów, łodzi, samolotów.
Sygnał PCM jest bardziej odporny na zakłócenia niż zwykłe sygnały.

O to chodzi Modulacja i demodulacja kodu impulsowego . Uważamy, że informacje podane w tym artykule są pomocne dla lepszego zrozumienia tej koncepcji. Ponadto wszelkie pytania dotyczące tego artykułu lub pomoc w implementacji projekty elektryczne i elektroniczne , możesz skontaktować się z nami, komentując w sekcji komentarzy poniżej. Oto pytanie do Ciebie, jakie są zastosowania modulacji impulsowo-kodowej?

Kredyty fotograficzne: