Pulzus kód moduláció és demoduláció

Pulzus kód a moduláció egy módszer hogy egy an átalakítására szolgál analóg jel digitális jellé hogy egy módosított analóg jel továbbítható legyen a digitális kommunikációs hálózaton keresztül. A PCM bináris formában van, így csak két lehetséges állapot lesz magas és alacsony (0 és 1). Demodulációval visszakaphatjuk az analóg jelünket is. Az impulzus kód modulációs folyamat három lépésben történik: mintavétel, kvantálás és kódolás. Az impulzuskód modulációknak két különféle típusa van, például a differenciális impulzus kód moduláció (DPCM) és az adaptív differenciális impulzus kód moduláció (ADPCM).

A PCM blokkvázlata

Itt található a PCM-ben szereplő lépések tömbvázlata.

A mintavétel során PAM mintavevőt használunk, amely egy impulzusamplitúdó-modulációs mintavevő, amely a folyamatos amplitúdójelet diszkrét időtartamú (PAM impulzusokká) alakítja. A PCM alapvető blokkvázlata az alábbiakban látható a jobb megértés érdekében.

Mi az impulzus kód moduláció?

Impulzus kóddal modulált hullámformát kapni egy analóg hullámalakból a az adó kommunikációs áramkör vége (forrása), az analóg jelminták amplitúdója rendszeres időközönként. A mintavételi gyakoriság vagy a másodpercben vett minták száma a maximális frekvencia többszöröse. A bináris formára konvertált üzenetjel általában a szintek számában lesz, ami mindig 2-es hatványra esik. Ezt a folyamatot kvantálásnak nevezzük.

A PCM rendszer alapvető elemei

A vevő végén egy impulzus kód demodulátor dekódolja a bináris jelet ismét impulzusokká, ugyanazokkal a kvantumszintekkel, mint a modulátorban. További folyamatokkal visszaállíthatjuk az eredeti analóg hullámformát.

Pulzus kód modulációs elmélet

Ez a fenti blokkdiagram a PCM teljes folyamatát írja le. A folyamatos idő forrása üzenetjel aluláteresztő szűrőn vezetjük át, majd mintavételezés, kvantálás és kódolás történik. Részletesen látni fogjuk lépésről lépésre.

Mintavétel

A mintavétel egy folyamatos időtartamú jel amplitúdójának mérési folyamata diszkrét pillanatokban, a folyamatos jelet diszkrét jellé alakítja. Például egy hanghullám átalakítása mintasorozattá. A minta egy érték vagy értékkészlet egy adott időpontban, vagy el lehet helyezni egymástól. A mintavevő folytonos jel mintáit vonja ki, ez egy alrendszer, az ideális mintavevő olyan mintákat állít elő, amelyek egyenértékűek a folyamatos jel pillanatnyi értékével a megadott különböző pontokon. A mintavételi folyamat lapos tetejű impulzusamplitúdó-modulált (PAM) jelet generál.

Analóg és mintavételezett jel

A mintavételezés gyakorisága, Fs az átlagos minták száma másodpercenként, más néven mintavételi arány. A Nyquist tétel szerint a mintavételi frekvenciának legalább kétszerese kell lennie a felső cutoff frekvenciának. Mintavételi frekvencia, Fs> = 2 * fmax az Aliasing Effect elkerülése érdekében. Ha a mintavételi frekvencia nagyon magas, mint a Nyquist-sebesség, akkor ez túlmintavételezéssé válik, elméletileg egy sávszélesség-korlátozott jel rekonstruálható, ha a mintát a Nyquist-sebesség felett végezzük. Ha a mintavételi frekvencia kisebb, mint a Nyquist sebesség, akkor alulmintázássá válik.

Alapvetően kétféle technikát alkalmaznak a mintavételi folyamathoz. Ezek: 1. Természetes mintavétel és 2. Lapos tetejű mintavétel.

Kvantálás

A kvantálás során egy analóg mintát olyan amplitúdóval, amely digitális mintává alakult át olyan amplitúdóval, amely az egyik speciálisan meghatározott kvantálási érték halmazát veszi fel. A kvantálás úgy történik, hogy az analóg minták lehetséges értékeinek tartományát felosztjuk néhány különböző szintre, és az egyes szintek középértékét hozzárendeljük a kvantálási intervallum bármelyik mintájához. A kvantálás közelíti az analóg minta értékeit a legközelebbi kvantálási értékekkel. Tehát szinte az összes kvantált minta kis mennyiségben különbözik az eredeti mintáktól. Ezt az összeget kvantálási hibának nevezzük. Ennek a kvantálási hibának az eredménye, hogy véletlenszerű jel lejátszásakor sziszegő zajt hallunk. Az analóg minták konvertálása bináris számokká, amelyek 0 és 1.

A legtöbb esetben egységes kvantorokat használunk. Egységes kvantálás alkalmazható, ha a minta értékei véges tartományban vannak (Fmin, Fmax). A teljes adattartomány 2n szintre van felosztva, legyen L intervallum. Egyenlő hosszúságú Q lesz. A Q-t kvantálási intervallumnak vagy kvantálási lépés méretének nevezzük. Az egységes kvantálás során nem lesz kvantálási hiba.

Egységesen kvantált jel

Mint tudjuk,
L = 2n, majd Q = (Fmax - Fmin) / L lépésméret

Az i intervallum a középső értékhez van hozzárendelve. Csak a kvantált érték indexértékét tároljuk vagy küldjük el.

A Qi (F) kvantált érték indexértéke [F - Fmin / Q]

Kvantált érték Q (F) = Qi (F) Q + Q / 2 + Fmin

De vannak olyan problémák, amelyek az egységes kvantálás során felmerülnek

• Csak az egyenletesen elosztott jelhez optimális.
• A valódi audiojelek jobban koncentrálódnak a nullák közelében.
• Az emberi fül érzékeny a kvantálási hibákra kis értékeken.

A probléma megoldása a nem egyenletes kvantálás. Ebben a folyamatban a kvantálási intervallum kisebb, nulla közelében.

Kódolás

A kódoló a kvantált mintákat kódolja. Minden kvantált mintát kódolunk egy 8 bites kódszó az A-törvény használatával a kódolási folyamatban.

• Az 1. bit a legjelentősebb bit (MSB), ez képviseli a minta polaritását. Az „1” pozitív, a „0” pedig a negatív polaritást jelenti.
• A 2,3 és 4 bit meghatározza a minta értékének helyét. Ez a három bit együttesen lineáris görbét képez az alacsony szintű negatív vagy pozitív minták esetében.
• Az 5,6,7 és a 8 bit a legkevésbé jelentős bit (LSB), amely a szegmensek egyikének számszerűsített értékét képviseli. Minden szegmens 16 kvantumszintre van felosztva.

A PCM kétféle differenciális impulzus kód moduláció (DPCM) és adaptív differenciális impulzus kód moduláció (ADPCM).

A DPCM-ben csak a minta és az előző érték közötti különbség van kódolva. A különbség sokkal kisebb lesz, mint a teljes mintaérték, ezért szükségünk van néhány bitre, hogy ugyanolyan pontosságot kapjunk, mint a szokásos PCM-ben. Így a szükséges bitsebesség is csökken. Például 5 bites kódban az 1 bit a polaritásra, a fennmaradó 4 bit pedig 16 kvantumszintre vonatkozik.

Az ADPCM a kvantálási szintek analóg jeljellemzőkhöz való hozzáigazításával érhető el. Becsülhetjük meg az értékeket az előző mintaértékekkel. A hiba becslése ugyanúgy történik, mint a DPCM-ben. Az előrejelzett érték és a minta közötti 32Kbps ADPCM módszerbeli különbségnél az értéket 4 bit kódolja, így 15 kvantumszintet kapunk. Ebben a módszerben az adatsebesség a fele a hagyományos PCM-nek.

Pulse Code Demodulation

Pulse Code Demodulation ugyanezt fogja tenni modulációs folyamat hátrafelé. A demoduláció a dekódolási folyamattal kezdődik, az átvitel során a PCM jelet zajzavar befolyásolja. Tehát, mielőtt a PCM jel elküldené a PCM demodulátorba, vissza kell állítanunk a jelet az eredeti szintre, amihez összehasonlítót használunk. A PCM jel egy soros impulzus hullámjel, de a demoduláláshoz szükségünk van egy hullámra, hogy párhuzamos legyen.

Soros-párhuzamos konverter használatával a soros impulzus hullámjel párhuzamos digitális jellé alakul. Ezután a jel áthalad az n-bit dekóderen, ennek digitális-analóg átalakítónak kell lennie. A dekóder helyreállítja a digitális jel eredeti kvantálási értékeit. Ez a kvantálási érték sok magas frekvenciájú harmonikát is tartalmaz eredeti hangjelekkel. A felesleges jelek elkerülése érdekében aluláteresztő szűrőt használunk a végén.

Pulzus kód modulációs előnyök

• Az analóg jelek nagysebességű digitális úton továbbíthatók kommunikációs rendszer .
• Megfelelő kódolási módszerek alkalmazásával csökken a hiba előfordulásának valószínűsége.
• A PCM-et a Telkom rendszerben használják, digitális hangrögzítésben, digitalizált video speciális effektusokban, digitális videóban, hangpostában.
• A PCM-et rádióvezérlő egységekben adóként, valamint távirányítású autók, hajók, repülőgépek vevőjeként is használják.
• A PCM jel jobban ellenáll az interferenciának, mint a normál jelek.

Ez az egész Pulzus kód moduláció és demoduláció . Úgy gondoljuk, hogy az ebben a cikkben megadott információk hasznosak lehetnek a koncepció jobb megértéséhez. Ezenkívül a cikkel kapcsolatos bármilyen kérdés vagy bármilyen segítség a megvalósításhoz elektromos és elektronikai projektek , akkor fordulhat hozzánk az alábbi megjegyzés szakasz kommentálásával. Itt van egy kérdés az Ön számára: Melyek az impulzus kód moduláció alkalmazásai?

Fotók:

• A PCM blokkvázlata slideplayer
• Pulzus kód modulációs rendszer slidesharecdn