Modulacija i demodulacija impulsnog koda

Isprobajte Naš Instrument Za Uklanjanje Problema





Pulsni kod modulacija je metoda koja se koristi za pretvaranje analogni signal u digitalni signal tako da se modificirani analogni signal može prenositi digitalnom komunikacijskom mrežom. PCM je u binarnom obliku, pa će postojati samo dva moguća stanja visoko i nisko (0 i 1). Analogni signal također možemo dobiti demodulacijom. Postupak modulacije impulsnog koda vrši se u tri koraka uzorkovanja, kvantiziranja i kodiranja. Postoje dvije specifične vrste modulacija impulsnog koda kao što su diferencijalna impulsna modulacija koda (DPCM) i adaptivna diferencijalna impulsna modulacija koda (ADPCM)

Blok dijagram PCM-a

Blok dijagram PCM-a



Evo blok dijagrama koraka koji su uključeni u PCM.


Za uzorkovanje koristimo PAM uzorkivač koji je impulsno-amplitudni modulacijski uzorkivač koji pretvara signal kontinuirane amplitude u signal s kontinuiranim diskretnim vremenom (PAM impulsi). Osnovni blok dijagram PCM-a dan je u nastavku radi boljeg razumijevanja.



Što je impulsna modulacija?

Da bi se dobio analogni valni oblik modulacijom impulsnog koda na odašiljač kraj (izvor) komunikacijskog kruga, amplituda uzoraka analognih signala u redovitim vremenskim intervalima. Brzina uzorkovanja ili broj uzoraka u sekundi je nekoliko puta veća od maksimalne učestalosti. Signal poruke pretvoren u binarni oblik obično će biti u broju razina koji je uvijek na potenciju od 2. Taj se postupak naziva kvantizacija.

Osnovni elementi PCM sustava

Osnovni elementi PCM sustava

Na kraju prijemnika, impulsni kodni demodulator dekodira binarni signal natrag u impulse s istim kvantnim razinama kao oni u modulatoru. Daljnjim procesima možemo vratiti izvorni analogni valni oblik.

Teorija modulacije impulsnog koda

Ovaj gornji blok dijagram opisuje cijeli proces PCM-a. Izvor kontinuiranog vremena signal poruke prolazi kroz filtar niskog prolaza, a zatim će se izvršiti uzorkovanje, kvantizacija i kodiranje. Detaljno ćemo vidjeti korak po korak.


Uzorkovanje

Uzorkovanje je postupak mjerenja amplitude neprekidnog signala u diskretnim trenucima, pretvara kontinuirani signal u diskretni signal. Na primjer, pretvorba zvučnog vala u niz uzoraka. Uzorak je vrijednost ili skup vrijednosti u određenom trenutku ili se može razmaknuti. Uzorak izvlači uzorke kontinuiranog signala, to je podsustav idealnog uzorkivača koji daje uzorke koji su ekvivalentni trenutnoj vrijednosti kontinuiranog signala u navedenim raznim točkama. Postupak uzorkovanja generira signal ravnog impulsno moduliranog impulsa (PAM).

Analogni i uzorkovani signal

Analogni i uzorkovani signal

Učestalost uzorkovanja, Fs je broj prosječnih uzoraka u sekundi poznat i kao brzina uzorkovanja. Prema Nyquistovom teoremu brzina uzorkovanja trebala bi biti najmanje 2 puta veća od gornje granične frekvencije. Učestalost uzorkovanja, Fs> = 2 * fmax kako bi se izbjegao efekt aliasinga. Ako je frekvencija uzorkovanja vrlo veća od Nyquistove brzine, ona postaje prekomjerno uzorkovanje, teoretski se može ograničiti širina pojasa signala ako se uzorkuje iznad brzine Nyquista. Ako je frekvencija uzorkovanja manja od brzine Nyquista, postat će poduzorkovanje.

U osnovi se za postupak uzorkovanja koriste dvije vrste tehnika. To su 1. Prirodno uzorkovanje i 2. Ravno uzorkovanje.

Kvantizacija

U kvantizaciji, analogni uzorak amplitude koji se pretvara u digitalni uzorak amplitude koji uzima jednu od posebno definiranih skupova vrijednosti kvantizacije. Kvantizacija se vrši dijeljenjem raspona mogućih vrijednosti analognih uzoraka na neke različite razine i dodjeljivanjem središnje vrijednosti svake razine bilo kojem uzorku u intervalu kvantizacije. Kvantizacija aproksimira vrijednosti analognog uzorka s najbližim vrijednostima kvantizacije. Tako će se gotovo svi kvantizirani uzorci malo razlikovati od izvornih uzoraka. Taj se iznos naziva pogreškom kvantizacije. Rezultat ove kvantizacijske pogreške je da ćemo čuti zvuk siktanja prilikom reprodukcije slučajnog signala. Pretvaranje analognih uzoraka u binarne brojeve koji su 0 i 1.

U većini slučajeva koristit ćemo jednolike kvantizatore. Ujednačena kvantizacija primjenjiva je kada su vrijednosti uzorka u konačnom rasponu (Fmin, Fmax). Ukupni raspon podataka podijeljen je na 2n razine, neka to budu L intervali. Imat će jednaku duljinu Q. Q je poznat kao interval kvantiziranja ili veličina koraka kvantiziranja. Kod jednolike kvantizacije neće biti pogreške kvantizacije.

Jednoliko kvantizirani signal

Jednoliko kvantizirani signal

Kao što znamo,
L = 2n, a zatim veličina koraka Q = (Fmax - Fmin) / L

Interval i preslikava se na srednju vrijednost. Pohranit ćemo ili poslati samo vrijednost indeksa kvantizirane vrijednosti.

Vrijednost indeksa kvantizirane vrijednosti Qi (F) = [F - Fmin / Q]

Kvantizirana vrijednost Q (F) = Qi (F) Q + Q / 2 + Fmin

Ali postoje neki problemi koji se postavljaju u jednolikoj kvantizaciji

  • Optimalno samo za ravnomjerno raspoređeni signal.
  • Stvarni audio signali koncentrirani su blizu nula.
  • Ljudsko je uho osjetljivije na pogreške kvantizacije pri malim vrijednostima.

Rješenje ovog problema je upotreba nejednolike kvantizacije. U ovom je procesu interval kvantizacije manji blizu nule.

Kodiranje

Davač kodira kvantizirane uzorke. Svaki kvantizirani uzorak kodiran je u 8-bitna kodna riječ uporabom A-zakona u procesu kodiranja.

  • Bit 1 je najznačajniji bit (MSB), predstavlja polaritet uzorka. '1' predstavlja pozitivni polaritet, a '0' predstavlja negativni polaritet.
  • Bit 2,3 i 4 definirat će mjesto vrijednosti uzorka. Ova tri bita zajedno čine linearnu krivulju za negativne ili pozitivne uzorke niske razine.
  • Bit 5,6,7 i 8 su najmanje značajni bitovi (LSB) i predstavlja jedan od kvantiziranih vrijednosti segmenata. Svaki je segment podijeljen u 16 kvantnih razina.

PCM su dvije vrste diferencijalne modulacije impulsnog koda (DPCM) i adaptivne diferencijalne impulsne modulacije koda (ADPCM).

U DPCM se kodira samo razlika između uzorka i prethodne vrijednosti. Razlika će biti puno manja od ukupne vrijednosti uzorka, pa nam trebaju neki bitovi da bismo dobili istu točnost kao u običnom PCM-u. Tako da će se smanjiti i potrebna brzina prijenosa. Na primjer, u 5-bitnom kodu 1 bit je za polaritet, a preostala 4 bita za 16 kvantnih razina.

ADPCM se postiže prilagođavanjem razina kvantiziranja analognim karakteristikama signala. Vrijednosti možemo procijeniti s prethodnim vrijednostima uzorka. Procjena pogreške vrši se isto kao u DPCM-u. U 32Kbps ADPCM metodi razlike između predviđene vrijednosti i uzorka, vrijednost se kodira s 4 bita, tako da ćemo dobiti 15 kvantnih razina. U ovoj je metodi brzina prijenosa podataka polovica uobičajene PCM.

Demodulacija impulsnog koda

Demodulacija impulsnog koda činit će isto postupak modulacije obrnuto. Demodulacija započinje postupkom dekodiranja, tijekom prijenosa na PCM signal utjecat će smetnje buke. Dakle, prije nego što PCM signal pošalje u PCM demodulator, moramo oporaviti signal na izvornu razinu za koju koristimo usporedbu. PCM signal je serijski impulsni val, ali za demodulaciju trebamo da val bude paralelan.

Korištenjem serijskog u paralelni pretvarač serijski signal pulsnog vala pretvorit će se u paralelni digitalni signal. Nakon toga signal će proći kroz n-bitni dekoder, to bi trebao biti digitalno-analogni pretvarač. Dekoder oporavlja izvorne vrijednosti kvantizacije digitalnog signala. Ova vrijednost kvantizacije također uključuje puno visokofrekventnih harmonika s izvornim audio signalima. Da bismo izbjegli nepotrebne signale, koristimo niskopropusni filtar na završnom dijelu.

Prednosti modulacije impulsnog koda

  • Analogni signali mogu se prenositi brzom digitalnom komunikacijski sustav .
  • Vjerojatnost pojave pogreške smanjit će se primjenom odgovarajućih metoda kodiranja.
  • PCM se koristi u sustavu Telkom, digitalnom audio snimanju, digitaliziranim video specijalnim efektima, digitalnom video zapisu, glasovnoj pošti.
  • PCM se također koristi u radijskim upravljačkim jedinicama kao odašiljači, a također i kao prijemnik za daljinski upravljane automobile, čamce i avione.
  • PCM signal otporniji je na smetnje od normalnih signala.

Ovdje se radi o svemu Modulacija i demodulacija impulsnog koda . Vjerujemo da su vam podaci dati u ovom članku korisni za bolje razumijevanje ovog koncepta. Nadalje, bilo kakva pitanja u vezi s ovim člankom ili bilo kakva pomoć u provedbi električni i elektronički projekti , možete nam se obratiti komentirajući u odjeljku za komentare u nastavku. Evo pitanja za vas: Koje su primjene modulacije impulsnog koda?

Foto bodovi: