Pulso kodo moduliacija ir demoduliacija

Išbandykite Mūsų Instrumentą, Kaip Pašalinti Problemas





Pulso kodas moduliacija yra metodas kuris naudojamas konvertuoti analoginį signalą į skaitmeninį signalą kad modifikuotą analoginį signalą būtų galima perduoti per skaitmeninio ryšio tinklą. PCM yra dvejetainė forma, todėl bus tik dvi galimos būsenos aukštai ir žemai (0 ir 1). Taip pat galime atgauti analoginį signalą demoduliuodami. Impulso kodo moduliavimo procesas atliekamas trimis etapais: atranka, kvantavimas ir kodavimas. Yra du specifiniai impulsų kodo moduliacijos tipai, tokie kaip diferencinė pulso kodo moduliacija (DPCM) ir adaptyvi diferencinio impulso kodo moduliacija (ADPCM)

Blokinė PCM schema

Blokinė PCM schema



Čia pateikiama veiksmų, kurie yra įtraukti į PCM, blokinė schema.


Mėginių ėmimo metu mes naudojame PAM imtuvą, kuris yra impulsų amplitudės moduliacijos imtuvas, kuris paverčia nepertraukiamo amplitudės signalą į diskretiško laiko nepertraukiamo signalo (PAM impulsus). Pagrindinė PCM blokinė schema pateikta žemiau, kad geriau suprastumėte.



Kas yra pulso kodo moduliacija?

Norėdami gauti impulso kodo moduliuojamą bangos formą iš analoginės bangos formos siųstuvas ryšio grandinės galas (šaltinis), analoginio signalo mėginių amplitudė reguliariais laiko intervalais. Mėginių ėmimo dažnis arba mėginių skaičius per sekundę kelis kartus viršija maksimalų dažnį. Pranešimo signalas, paverstas dvejetainiu pavidalu, paprastai bus lygių skaičius, kuris visada yra 2 galia. Šis procesas vadinamas kvantavimu.

Pagrindiniai PCM sistemos elementai

Pagrindiniai PCM sistemos elementai

Imtuvo gale pulso kodo demoduliatorius dekoduoja dvejetainį signalą atgal į impulsus su tokiais pačiais kvantiniais lygiais kaip ir moduliatoriuje. Vykdydami tolesnius procesus, galime atkurti pradinę analoginę bangos formą.

Pulso kodo moduliacijos teorija

Ši aukščiau pateikta blokinė schema apibūdina visą PCM procesą. Nepertraukiamo laiko šaltinis pranešimo signalas yra perduodamas per žemų dažnių filtrą, tada bus imami mėginiai, kvantavimas, kodavimas. Išsamiai pamatysime žingsnis po žingsnio.


Imtis

Mėginių ėmimas yra nuolatinio signalo amplitudės matavimo procesas atskirais momentais, nepertraukiamą signalą paverčiantis diskrečiu signalu. Pavyzdžiui, garso bangos pavertimas pavyzdžių seka. Pavyzdys yra vertė arba verčių rinkinys tam tikru laiko momentu, arba jis gali būti išdėstytas atskirai. Mėginių ėmėjas ištraukia nenutrūkstamo signalo mėginius, tai yra posistemio idealus mėginių ėmėjas, sukuriantis mėginius, kurie yra lygiaverčiai tęstinio signalo momentinei vertei nurodytuose įvairiuose taškuose. Mėginių ėmimo procesas generuoja moduliuojamo impulso amplitudės (PAM) signalą.

Analoginis ir imamas signalas

Analoginis ir imamas signalas

Mėginių ėmimo dažnis, Fs yra vidutinis mėginių skaičius per sekundę, dar vadinamas mėginių ėmimo dažniu. Pagal „Nyquist Theorem“ mėginių ėmimo dažnis turėtų būti bent 2 kartus didesnis už viršutinį ribinį dažnį. Mėginių ėmimo dažnis, Fs> = 2 * fmax, kad būtų išvengta slapyvardžio efekto. Jei mėginių ėmimo dažnis yra labai aukštesnis nei „Nyquist“ dažnis, jis tampa „Oversampling“, teoriškai riboto pralaidumo signalą galima atkurti, jei imamas didesnis nei „Nyquist“ dažnis. Jei mėginių ėmimo dažnis yra mažesnis nei „Nyquist“ dažnis, jis bus nepakankamas.

Iš esmės mėginių ėmimo procese naudojami dviejų tipų metodai. Tai yra: 1. Natūralus mėginių ėmimas ir 2. Mėginių ėmimas plokščia danga.

Kiekybinis įvertinimas

Kvantavimo metu analoginis mėginys, kurio amplitudė paverčiama skaitmeniniu mėginiu, kurio amplitudė užima vieną iš konkrečiai apibrėžtų kvantavimo verčių rinkinio. Kvantavimas atliekamas dalijant galimų analoginių pavyzdžių verčių diapazoną į keletą skirtingų lygių ir priskiriant kiekvieno lygio centrinę vertę bet kuriam mėginiui, esančiam kvantavimo intervale. Kvantavimas priartina analoginio mėginio reikšmes su artimiausiomis kvantavimo vertėmis. Taigi beveik visi kiekybiniai mėginiai nuo pradinių mėginių skirsis nedideliu kiekiu. Ši suma vadinama kvantavimo paklaida. Šios kvantavimo klaidos rezultatas yra tai, kad žaisdami atsitiktinį signalą išgirsime šnypštimą. Analoginių pavyzdžių pavertimas dvejetainiais skaičiais, kurie yra 0 ir 1.

Daugeliu atvejų naudosime vienodus kvantorius. Vienodas kvantavimas taikomas, kai imties reikšmės yra ribiniame diapazone (Fmin, Fmax). Bendras duomenų diapazonas yra padalintas į 2n lygius, tegul tai L intervalai. Jie bus vienodo ilgio Q. Q yra žinomas kaip kvantavimo intervalas arba kvantavimo žingsnio dydis. Vykdant vienodą kvantavimą, nebus kvantavimo klaidos.

Vienodai kiekybinis signalas

Vienodai kiekybinis signalas

Kaip mes žinome,
L = 2n, tada žingsnio dydis Q = (Fmax - Fmin) / L

Intervalas i priskiriamas vidurinei vertei. Saugosime arba siųsime tik indeksuotą kiekybinės vertės vertę.

Kiekybinės vertės indekso vertė Qi (F) = [F - Fmin / Q]

Kiekybinė vertė Q (F) = Qi (F) Q + Q / 2 + Fmin

Tačiau yra keletas problemų, iškeltų vienodai kvantuojant

  • Optimalus tik tolygiai paskirstytam signalui.
  • Tikrieji garso signalai yra labiau susitelkę šalia nulių.
  • Žmogaus ausis yra jautresnė kvantavimo klaidoms esant mažoms vertėms.

Šios problemos sprendimas yra naudojant nevienodą kvantavimą. Šiame procese kvantavimo intervalas yra mažesnis, lygus nuliui.

Kodavimas

Koduotojas koduoja kiekybinius mėginius. Kiekvienas kiekybinis mėginys yra užkoduotas 8 bitų kodinis žodis naudojant A įstatymą kodavimo procese.

  • 1 bitas yra reikšmingiausias bitas (MSB), jis atspindi imties poliškumą. „1“ reiškia teigiamą poliškumą, o „0“ - neigiamą poliškumą.
  • 2,3 ir 4 bitai apibrėžia mėginio vertės vietą. Šie trys bitai kartu sudaro tiesinę kreivę žemo lygio neigiamiems ar teigiamiems mėginiams.
  • 5,6,7 ir 8 bitai yra mažiausiai reikšmingi bitai (LSB), kurie atspindi vieną iš segmentų kiekybinę vertę. Kiekvienas segmentas yra padalintas į 16 kvantinių lygių.

PCM yra dviejų rūšių diferencinio impulso kodo moduliacija (DPCM) ir adaptyvioji diferencinio impulso kodo moduliacija (ADPCM).

DPCM yra užkoduotas tik skirtumas tarp mėginio ir ankstesnės vertės. Skirtumas bus daug mažesnis už bendrą imties vertę, todėl mums reikia šiek tiek bitų, kad gautume tokį patį tikslumą kaip ir įprastoje PCM. Taip pat sumažės reikalinga bitų sparta. Pavyzdžiui, 5 bitų kode 1 bitas skirtas poliškumui, o likę 4 bitai - 16 kvantinių lygių.

ADPCM pasiekiamas kvantavimo lygius pritaikant analoginio signalo charakteristikoms. Vertes galime įvertinti pagal ankstesnes imties reikšmes. Klaidų įvertinimas atliekamas taip pat, kaip ir DPCM. Taikant 32Kbps ADPCM metodo skirtumą tarp numatomos vertės ir imties, vertė užkoduota 4 bitais, kad gautume 15 kvantinių lygių. Taikant šį metodą duomenų perdavimo sparta yra pusė įprastos PCM.

Pulso kodo demoduliacija

Pulso kodo demoduliacija darys tą patį moduliacijos procesas atbulai. Demoduliacija prasideda nuo dekodavimo proceso, perdavimo metu PCM signalą paveiks triukšmo trikdžiai. Taigi, prieš PCM signalą siunčiant į PCM demoduliatorių, mes turime atkurti signalą į pradinį lygį, kad mes naudojame palyginamąjį. PCM signalas yra nuoseklus impulsinis bangos signalas, tačiau norint demoduliuoti, mums banga turi būti lygiagreti.

Naudojant nuoseklųjį ir lygiagrečiąjį keitiklį, nuoseklus impulsų bangos signalas bus paverstas lygiagrečiu skaitmeniniu signalu. Po to signalas praeis per n bitų dekoderį, jis turėtų būti „Digital to Analog“ keitiklis. Dekoderis atkuria pradines skaitmeninio signalo kvantavimo vertes. Ši kvantavimo vertė taip pat apima daug aukšto dažnio harmonikų su originaliais garso signalais. Norėdami išvengti nereikalingų signalų, paskutinėje dalyje naudojame žemo dažnio filtrą.

Pulso kodo moduliacijos pranašumai

  • Analoginius signalus galima perduoti per didelės spartos skaitmeninį ryšių sistema .
  • Klaidos tikimybė sumažės naudojant tinkamus kodavimo metodus.
  • PCM naudojamas „Telkom“ sistemoje, skaitmeniniame garso įraše, skaitmeniniuose specialiuosiuose vaizdo efektuose, skaitmeniniame vaizdo įraše, balso pašte.
  • PCM taip pat naudojamas radijo valdymo įrenginiuose kaip siųstuvai ir nuotoliniu būdu valdomų automobilių, valčių, lėktuvų imtuvas.
  • PCM signalas yra atsparesnis trukdžiams nei įprasti signalai.

Tai yra viskas Pulso kodo moduliacija ir demoduliacija . Manome, kad šiame straipsnyje pateikta informacija yra naudinga jums geriau suprasti šią sąvoką. Be to, bet kokie su šiuo straipsniu susiję klausimai ar pagalba įgyvendinant elektros ir elektronikos projektai , galite kreiptis į mus komentuodami žemiau esančiame komentarų skyriuje. Štai jums klausimas, kokios yra pulso kodo moduliacijos programos?

Nuotraukų kreditai: