Модулација и демодулација импулсног кода

Испробајте Наш Инструмент За Елиминисање Проблема





Пулсни код модулација је метода која се користи за претварање аналогни сигнал у дигитални сигнал тако да се измењени аналогни сигнал може преносити кроз дигиталну комуникациону мрежу. ПЦМ је у бинарном облику, тако да ће постојати само два могућа стања високо и ниско (0 и 1). Аналогни сигнал такође можемо добити демодулацијом. Процес модулације импулсног кода врши се у три корака: узорковање, квантизација и кодирање. Постоје две специфичне врсте модулација импулсног кода као што су диференцијална импулсна модулација кода (ДПЦМ) и адаптивна диференцијална импулсна модулација кода (АДПЦМ)

Блок дијаграм ПЦМ

Блок дијаграм ПЦМ



Ево блок шеме корака који су укључени у ПЦМ.


За узорковање користимо ПАМ узоркивач који је импулсно амплитудни модулациони узоркивач који претвара сигнал континуиране амплитуде у дискретни временски континуирани сигнал (ПАМ импулси). Основни блок дијаграм ПЦМ дат је у наставку ради бољег разумевања.



Шта је импулсна модулација?

Да би се добио таласни облик модулисан импулсним кодом из аналогног таласног облика на предајник крај (извор) комуникационог кола, амплитуда узорака аналогних сигнала у редовним временским интервалима. Стопа узорковања или број узорака у секунди је неколико пута већа од максималне учесталости. Сигнал поруке претворен у бинарни облик обично ће бити у нивоу нивоа који је увек степен 2. Овај процес се назива квантизација.

Основни елементи ПЦМ система

Основни елементи ПЦМ система

На крају пријемника, импулсни кодни демодулатор декодира бинарни сигнал натраг у импулсе са истим квантним нивоима као они у модулатору. Даљим процесима можемо вратити оригинални аналогни таласни облик.

Теорија модулације импулсног кода

Овај горњи блок дијаграм описује читав процес ПЦМ-а. Извор непрекидног времена сигнал поруке пролази кроз филтер ниског пролаза, а затим ће се извршити узорковање, квантизација и кодирање. Детаљно ћемо видети корак по корак.


Узимање узорка

Узорковање је поступак мерења амплитуде непрекидног сигнала у дискретним тренуцима, претвара континуирани сигнал у дискретни сигнал. На пример, конверзија звучног таласа у низ узорака. Узорак је вредност или скуп вредности у одређеном тренутку или се може размакнути. Узорак извлачи узорке континуираног сигнала, то је подсистем идеалан узоркивач производи узорке који су еквивалентни тренутној вредности непрекидног сигнала у наведеним разним тачкама. Поступак узорковања генерише сигнал равног Пулсе амплитудно модулисаног (ПАМ) сигнала.

Аналогни и узорковани сигнал

Аналогни и узорковани сигнал

Учесталост узорковања, Фс је број просечних узорака у секунди познат и као стопа узорковања. Према Никуист-овој теореми стопа узорковања треба да буде најмање 2 пута већа од горње граничне фреквенције. Учесталост узорковања, Фс> = 2 * фмак да би се избегао ефекат ублажавања. Ако је фреквенција узорковања врло већа од Никуист-ове брзине, постаје прекомерно узорковање, теоретски се може ограничити опсег сигнала ограниченог опсега ако се узоркује изнад Никуист-ове брзине. Ако је фреквенција узорковања мања од Никуист-ове, постаће подузорковање.

У основи се користе две врсте техника за поступак узорковања. То су 1. Природно узорковање и 2. Равно узорковање.

Квантизација

У квантизацији, аналогни узорак амплитуде који се претвара у дигитални узорак амплитуде који узима једну од посебно дефинисаних скупова вредности квантизације. Квантизација се врши дељењем опсега могућих вредности аналогних узорака на неке различите нивое и додељивањем централне вредности сваког нивоа било којем узорку у интервалу квантизације. Квантизација приближава вредности аналогног узорка најближим вредностима квантизације. Тако ће се готово сви квантизовани узорци разликовати од оригиналних узорака за малу количину. Тај износ се назива грешком квантизације. Резултат ове грешке у квантизацији је да ћемо чути шиштање када репродукујемо случајни сигнал. Претварање аналогних узорака у бинарне бројеве који су 0 и 1.

У већини случајева користићемо униформне квантизаторе. Уједначена квантизација је применљива када су вредности узорка у коначном опсегу (Фмин, Фмак). Укупан опсег података подељен је на 2н нивоа, нека то буду Л интервали. Имаће једнаку дужину К. К је познат као интервал квантизације или величина корака квантизације. У униформној квантизацији неће бити грешке у квантизацији.

Уједначено квантизовани сигнал

Уједначено квантизовани сигнал

Као што знамо,
Л = 2н, а затим величина корака К = (Фмак - Фмин) / Л

Интервал и мапиран је на средњу вредност. Сачуваћемо или послати само вредност индекса квантизоване вредности.

Вредност индекса квантизоване вредности Ки (Ф) = [Ф - ​​Фмин / К]

Квантизована вредност К (Ф) = Ки (Ф) К + К / 2 + Фмин

Али постоје неки проблеми покренути у униформној квантизацији

  • Оптимално само за равномерно распоређени сигнал.
  • Прави аудио сигнали су концентрисанији близу нула.
  • Људско ухо је осетљивије на грешке квантизације при малим вредностима.

Решење овог проблема је коришћење неуједначене квантизације. У овом процесу интервал квантизације је мањи близу нуле.

Кодирање

Кодер кодира квантизоване узорке. Сваки квантизовани узорак кодиран је у 8-битна кодна реч коришћењем закона А у процесу кодирања.

  • Бит 1 је најзначајнији бит (МСБ), представља поларитет узорка. „1“ представља позитивни поларитет, а „0“ представља негативни поларитет.
  • Бит 2,3 и 4 ће дефинисати локацију вредности узорка. Ова три бита заједно чине линеарну криву за негативне или позитивне узорке ниског нивоа.
  • Бит 5,6,7 и 8 су најмање значајни битови (ЛСБ) и представљају један од квантизованих вредности сегмената. Сваки сегмент је подељен на 16 квантних нивоа.

ПЦМ је два типа диференцијалне импулсне модулације кода (ДПЦМ) и адаптивне диференцијалне импулсне модулације кода (АДПЦМ).

У ДПЦМ се кодира само разлика између узорка и претходне вредности. Разлика ће бити много мања од укупне вредности узорка, па нам требају неки битови да бисмо добили исту тачност као у обичном ПЦМ-у. Тако да ће се смањити и потребна брзина преноса података. На пример, у 5-битном коду 1 бит је за поларитет, а преостала 4 бита за 16 квантних нивоа.

АДПЦМ се постиже прилагођавањем нивоа квантизовања аналогним карактеристикама сигнала. Вредности можемо проценити са претходним вредностима узорка. Процена грешке се врши на исти начин као у ДПЦМ. У 32Кбпс АДПЦМ методи разлике између предвиђене вредности и узорка, вредност се кодира са 4 бита, тако да ћемо добити 15 квантних нивоа. У овој методи брзина преноса података је половина уобичајене ПЦМ.

Демодулација импулсног кода

Демодулација импулсног кода ће радити исто процес модулације обрнуто. Демодулација започиње процесом декодирања, током преноса на ПЦМ сигнал ће утицати сметње шума. Дакле, пре него што ПЦМ сигнал пошаље у ПЦМ демодулатор, морамо да повратимо сигнал на првобитни ниво за који користимо упоређивач. ПЦМ сигнал је серијски импулсни таласни сигнал, али за демодулацију потребан нам је талас који би био паралелан.

Коришћењем серијског у паралелни претварач серијски сигнал пулсног таласа претвориће се у паралелни дигитални сигнал. Након тога сигнал ће проћи кроз н-битни декодер, то би требао бити дигитално-аналогни претварач. Декодер опоравља изворне вредности квантизације дигиталног сигнала. Ова вредност квантизације такође укључује пуно високофреквентних хармоника са оригиналним аудио сигналима. Да бисмо избегли непотребне сигнале, користимо нископропусни филтер у завршном делу.

Предности импулсне модулације

  • Аналогни сигнали могу се преносити преко дигиталног сигнала велике брзине комуникациони систем .
  • Вероватноћа појаве грешке смањиће се употребом одговарајућих метода кодирања.
  • ПЦМ се користи у Телком систему, дигиталном аудио снимању, дигитализованим видео специјалним ефектима, дигиталном видео запису, говорној пошти.
  • ПЦМ се такође користи у радио управљачким јединицама као предајници, а такође и као пријемник за аутомобиле, чамце и авионе на даљинско управљање.
  • ПЦМ сигнал је отпорнији на сметње од нормалних сигнала.

Ово је све о томе Модулација и демодулација импулсног кода . Верујемо да су вам информације дате у овом чланку корисне за боље разумевање овог концепта. Даље, било каква питања у вези са овим чланком или било каква помоћ у примени електрични и електронски пројекти , можете нам се обратити коментаром у одељку за коментаре испод. Ево питања за вас, које су примене импулсне модулације кода?

Фото кредити: