Код на импулса модулацията е метод който се използва за конвертиране на аналогов сигнал в цифров сигнал така че модифициран аналогов сигнал да може да се предава през цифровата комуникационна мрежа. PCM е в двоична форма, така че ще има само две възможни състояния високо и ниско (0 и 1). Също така можем да си върнем аналоговия сигнал чрез демодулация. Процесът на модулация на импулсния код се извършва в три стъпки Вземане на проби, квантуване и кодиране. Има два специфични типа импулсни кодови модулации като диференциална импулсна кодова модулация (DPCM) и адаптивна диференциална импулсна кодова модулация (ADPCM)

“AC и DC ток обяснени ”

Блок-схема на PCM

Ето блокова схема на стъпките, които са включени в PCM.

При вземането на проби използваме PAM семплер, който е импулсен амплитуден модулационен семплер, който преобразува непрекъснатия амплитуден сигнал в дискретен времеви непрекъснат сигнал (PAM импулси). Основната блок-схема на PCM е дадена по-долу за по-добро разбиране.

Какво е модулация с импулсен код?

За да получите импулсна кодова модулирана форма на вълната от аналогова форма на вълна при предавателя край (източник) на комуникационна верига, амплитудата на аналоговите образци на сигнала през редовни интервали от време. Честотата на вземане на проби или брой проби в секунда е няколко пъти по-голяма от максималната честота. Сигналът за съобщение, преобразуван в двоична форма, обикновено ще бъде в броя нива, който винаги е до степен 2. Този процес се нарича квантуване.

Основни елементи на PCM системата

В края на приемника демодулатор с импулсен код декодира двоичния сигнал обратно в импулси със същите квантови нива като тези в модулатора. Чрез по-нататъшни процеси можем да възстановим оригиналната аналогова форма на вълната.

Теория на модулацията на импулсния код

Тази по-горе блок-схема описва целия процес на PCM. Източникът на непрекъснатото време сигнал за съобщение се предава през нискочестотен филтър и след това ще се направи вземане на проби, квантуване, кодиране. Ще видим подробно стъпка по стъпка.

Вземане на проби

Вземането на проби е процес на измерване на амплитудата на непрекъснат сигнал в дискретни моменти, преобразува непрекъснатия сигнал в дискретен сигнал. Например преобразуване на звукова вълна в последователност от семпли. Примерът е стойност или набор от стойности в даден момент от времето или може да бъде раздалечен. Извадката на проби за вземане на проби от непрекъснат сигнал е идеална подсистема за вземане на проби, която е еквивалентна на моментната стойност на непрекъснатия сигнал в посочените различни точки. Процесът на вземане на проби генерира плосък импулсно амплитудно модулиран сигнал (PAM).

Аналогов и семплиран сигнал

Честота на вземане на проби, Fs е броят на средните проби в секунда, известен също като честота на вземане на проби. Според теоремата на Найквист честотата на вземане на проби трябва да бъде поне 2 пъти по-висока от горната гранична честота. Честота на вземане на проби, Fs> = 2 * fmax, за да се избегне ефектът на изглаждане. Ако честотата на вземане на проби е много по-висока от скоростта на Nyquist, тя се превръща в свръхсемплиране, теоретично сигнал с ограничена честотна лента може да бъде реконструиран, ако се вземат проби над скоростта на Nyquist. Ако честотата на вземане на проби е по-ниска от скоростта на Найквист, тя ще стане подсемплиране.

По принцип се използват два вида техники за процеса на вземане на проби. Това са 1. Естествено вземане на проби и 2. Плоско вземане на проби.

Квантуване

При квантуване, аналогова проба с амплитуда, която се преобразува в цифрова извадка с амплитуда, която взема една от конкретно дефинирания набор от стойности за квантуване. Квантуването се извършва чрез разделяне на диапазона от възможни стойности на аналоговите проби на някои различни нива и присвояване на централната стойност на всяко ниво на която и да е проба в интервала на квантуване. Квантуването приближава стойностите на аналоговите проби с най-близките стойности на квантуване. Така че почти всички квантувани проби ще се различават от първоначалните проби с малко количество. Тази сума се нарича грешка в квантуването. Резултатът от тази грешка в квантуването е, че ще чуем съскащ шум при възпроизвеждане на случаен сигнал. Преобразуване на аналогови проби в двоични числа, които са 0 и 1.

В повечето случаи ще използваме еднакви квантователи. Еднородното квантуване е приложимо, когато стойностите на пробата са в краен диапазон (Fmin, Fmax). Общият обхват на данните е разделен на 2n нива, нека бъде L интервали. Те ще имат еднаква дължина Q. Q е известен като интервал на квантуване или размер на стъпка на квантуване. При еднакво квантуване няма да има грешка в квантуването.

Равномерно квантован сигнал

Както знаем,
L = 2n, след това размер на стъпка Q = (Fmax - Fmin) / L

“как да генерира променлив ток ”

Интервалът i е картографиран на средната стойност. Ще съхраняваме или изпращаме само стойността на индекса на квантова стойност.

Стойност на индекса на квантова стойност Qi (F) = [F - Fmin / Q]

Квантована стойност Q (F) = Qi (F) Q + Q / 2 + Fmin

Но има някои проблеми, повдигнати при еднакво квантуване, това са

Оптимално само за равномерно разпределен сигнал.
Реалните аудио сигнали са по-концентрирани в близост до нули.
Човешкото ухо е по-чувствително към грешки при квантуване при малки стойности.

Решението на този проблем е използването на неравномерно квантуване. В този процес интервалът на квантуване е по-малък близо до нулата.

Кодиране

Кодерът кодира квантованите проби. Всяка квантована извадка се кодира в 8-битова кодова дума чрез използване на A-закон в процеса на кодиране.

Бит 1 е най-значимият бит (MSB), той представлява полярността на пробата. „1“ представлява положителна полярност, а „0“ представлява отрицателна полярност.
Битове 2,3 и 4 ще определят местоположението на стойността на извадката. Тези три бита заедно образуват линейна крива за отрицателни или положителни проби от ниско ниво.
Бит 5,6,7 и 8 са най-малко значимите битове (LSB), той представлява един от квантованите стойности на сегментите. Всеки сегмент е разделен на 16 квантови нива.

PCM е два вида диференциална импулсна кодова модулация (DPCM) и адаптивна диференциална импулсна кодова модулация (ADPCM).

В DPCM се кодира само разликата между проба и предишната стойност. Разликата ще бъде много по-малка от общата стойност на извадката, така че се нуждаем от няколко бита, за да получим същата точност като при обикновения PCM. Така че необходимата скорост на предаване също ще намалее. Например в 5-битов код 1 бит е за полярност, а останалите 4 бита за 16 квантови нива.

ADPCM се постига чрез адаптиране на нивата на квантуване към аналоговите характеристики на сигнала. Можем да изчислим стойностите с предходните примерни стойности. Оценката на грешката се извършва по същия начин, както в DPCM. В 32Kbps ADPCM метод разлика между предсказаната стойност и извадката, стойността се кодира с 4 бита, така че ще получим 15 квантови нива. При този метод скоростта на предаване на данни е половината от конвенционалната PCM.

Демодулация на импулсен код

Демодулацията на импулсния код ще прави същото процес на модулация наобратно. Демодулацията започва с процеса на декодиране, по време на предаването PCM сигналът ще бъде повлиян от смущения на шума. И така, преди PCM сигналът да се изпрати в PCM демодулатора, трябва да възстановим сигнала до първоначалното ниво, за което използваме сравнителен апарат. PCM сигналът е сериен импулсен сигнал, но за демодулация се нуждаем от вълна, която да е успоредна.

Чрез използване на сериен към паралелен преобразувател серийният импулсен сигнал ще се преобразува в паралелен цифров сигнал. След това сигналът ще премине през n-битовия декодер, би трябвало да е цифрово-аналогов преобразувател. Декодерът възстановява първоначалните стойности на квантуване на цифровия сигнал. Тази стойност на квантуване включва и много високочестотни хармоници с оригинални аудио сигнали. За да избегнем ненужни сигнали, използваме нискочестотен филтър в последната част.

Предимства на модулацията на импулсния код

Аналоговите сигнали могат да се предават чрез високоскоростен цифров комуникационна система .
Вероятността от възникване на грешка ще намалее чрез използването на подходящи методи за кодиране.
PCM се използва в системата на Telkom, дигитален аудио запис, цифровизирани видео специални ефекти, цифрово видео, гласова поща.
PCM се използва и в радиоуправляемите устройства като предаватели, а също и приемник за дистанционно управлявани автомобили, лодки, самолети.
PCM сигналът е по-устойчив на смущения от нормалните сигнали.

Това е всичко за Модулация и демодулация на импулсен код . Вярваме, че информацията, дадена в тази статия, е полезна за вас за по-добро разбиране на тази концепция. Освен това, всякакви въпроси относно тази статия или каквато и да е помощ при изпълнението проекти за електричество и електроника , можете да се обърнете към нас, като коментирате в раздела за коментари по-долу. Ето един въпрос към вас: Какви са приложенията на импулсната кодова модулация?

Кредити за снимки: