Modulazione e demodulazione del codice a impulsi

Modulazione e demodulazione del codice a impulsi

Codice di impulso la modulazione è un metodo che viene utilizzato per convertire un file segnale analogico in un segnale digitale in modo che un segnale analogico modificato possa essere trasmesso attraverso la rete di comunicazione digitale. PCM è in forma binaria, quindi ci saranno solo due possibili stati alto e basso (0 e 1). Possiamo anche recuperare il nostro segnale analogico tramite demodulazione. Il processo di modulazione del codice a impulsi viene eseguito in tre fasi: campionamento, quantizzazione e codifica. Esistono due tipi specifici di modulazioni del codice di impulso come la modulazione del codice di impulso differenziale (DPCM) e la modulazione del codice di impulso differenziale adattivo (ADPCM)



Schema a blocchi del PCM

Schema a blocchi del PCM

Ecco uno schema a blocchi dei passaggi inclusi in PCM.






Nel campionamento, stiamo usando il campionatore PAM che è il campionatore a modulazione di ampiezza dell'impulso che converte il segnale di ampiezza continuo in segnale continuo a tempo discreto (impulsi PAM). Di seguito viene fornito lo schema a blocchi di base del PCM per una migliore comprensione.

Cos'è una modulazione del codice a impulsi?

Per ottenere una forma d'onda modulata con codice di impulso da una forma d'onda analogica in il trasmettitore fine (sorgente) di un circuito di comunicazione, l'ampiezza del segnale analogico campiona a intervalli di tempo regolari. La frequenza di campionamento o un numero di campioni al secondo è molte volte la frequenza massima. Il segnale del messaggio convertito nella forma binaria sarà solitamente nel numero di livelli che è sempre a una potenza di 2. Questo processo è chiamato quantizzazione.



Elementi di base del sistema PCM

Elementi di base del sistema PCM

All'estremità del ricevitore, un demodulatore di codice a impulsi decodifica il segnale binario in impulsi con gli stessi livelli quantici di quelli nel modulatore. Con ulteriori processi, possiamo ripristinare la forma d'onda analogica originale.

Teoria della modulazione del codice di impulsi

Questo diagramma a blocchi sopra descrive l'intero processo di PCM. La fonte del tempo continuo segnale di messaggio viene fatto passare attraverso un filtro passa basso e quindi verranno eseguiti il ​​campionamento, la quantizzazione e la codifica. Vedremo in dettaglio passo dopo passo.


Campionamento

Il campionamento è un processo di misurazione dell'ampiezza di un segnale a tempo continuo in istanti discreti, converte il segnale continuo in un segnale discreto. Ad esempio, la conversione di un'onda sonora in una sequenza di campioni. Il campione è un valore o un insieme di valori in un punto nel tempo oppure può essere spaziato. Il campionatore estrae campioni di un segnale continuo, è un sottosistema campionatore ideale che produce campioni che sono equivalenti al valore istantaneo del segnale continuo nei vari punti specificati. Il processo di campionamento genera un segnale PAM (Pulse Amplitude Modulated) piatto.

Segnale analogico e campionato

Segnale analogico e campionato

Frequenza di campionamento, Fs è il numero di campioni medi al secondo noto anche come frequenza di campionamento. Secondo il teorema di Nyquist la frequenza di campionamento dovrebbe essere almeno 2 volte la frequenza di taglio superiore. Frequenza di campionamento, Fs> = 2 * fmax per evitare l'effetto di aliasing. Se la frequenza di campionamento è molto più alta della velocità di Nyquist diventa Oversampling, teoricamente un segnale con larghezza di banda limitata può essere ricostruito se campionato al di sopra della velocità di Nyquist. Se la frequenza di campionamento è inferiore alla frequenza di Nyquist, diventerà sottocampionamento.

Fondamentalmente vengono utilizzati due tipi di tecniche per il processo di campionamento. Quelli sono 1. Campionamento naturale e 2. Campionamento flat-top.

Quantizzazione

Nella quantizzazione, un campione analogico con un'ampiezza che viene convertito in un campione digitale con un'ampiezza che assume uno di un insieme specifico di valori di quantizzazione. La quantizzazione viene eseguita dividendo la gamma dei possibili valori dei campioni analogici in alcuni livelli diversi e assegnando il valore centrale di ciascun livello a qualsiasi campione nell'intervallo di quantizzazione. La quantizzazione approssima i valori del campione analogico con i valori di quantizzazione più vicini. Quindi quasi tutti i campioni quantizzati differiranno dai campioni originali di una piccola quantità. Tale importo è chiamato errore di quantizzazione. Il risultato di questo errore di quantizzazione è che sentiremo un sibilo durante la riproduzione di un segnale casuale. Conversione di campioni analogici in numeri binari che sono 0 e 1.

Nella maggior parte dei casi, utilizzeremo quantizzatori uniformi. La quantizzazione uniforme è applicabile quando i valori del campione sono in un intervallo finito (Fmin, Fmax). L'intervallo di dati totale è diviso in 2n livelli, lasciate che siano intervalli L. Avranno una lunghezza uguale Q. Q è noto come intervallo di quantizzazione o dimensione del passo di quantizzazione. Nella quantizzazione uniforme, non ci sarà alcun errore di quantizzazione.

Segnale uniformemente quantizzato

Segnale uniformemente quantizzato

Come sappiamo,
L = 2n, quindi Step size Q = (Fmax - Fmin) / L

L'intervallo i è mappato al valore medio. Memorizzeremo o invieremo solo il valore di indice del valore quantizzato.

Un valore Indice di valore quantizzato Qi (F) = [F - Fmin / Q]

Valore quantizzato Q (F) = Qi (F) Q + Q / 2 + Fmin

Ma ci sono alcuni problemi sollevati nella quantizzazione uniforme, quelli sono

  • Ottimo solo per il segnale distribuito uniformemente.
  • I segnali audio reali sono più concentrati vicino agli zeri.
  • L'orecchio umano è più sensibile agli errori di quantizzazione a valori bassi.

La soluzione a questo problema sta usando la quantizzazione non uniforme. In questo processo, l'intervallo di quantizzazione è più piccolo vicino allo zero.

Codifica

Il codificatore codifica i campioni quantizzati. Ogni campione quantizzato è codificato in un file Codeword a 8 bit utilizzando la legge A nel processo di codifica.

  • Il bit 1 è il bit più significativo (MSB), rappresenta la polarità del campione. '1' rappresenta la polarità positiva e '0' rappresenta la polarità negativa.
  • I bit 2,3 e 4 definiranno la posizione del valore di campionamento. Questi tre bit insieme formano una curva lineare per campioni negativi o positivi di basso livello.
  • I bit 5,6,7 e 8 sono i bit meno significativi (LSB) rappresentano uno dei valori quantizzati dei segmenti. Ogni segmento è diviso in 16 livelli quantistici.

Il PCM è costituito da due tipi di Modulazione differenziale del codice a impulsi (DPCM) e Modulazione adattiva del codice a impulsi differenziali (ADPCM).

In DPCM viene codificata solo la differenza tra un campione e il valore precedente. La differenza sarà molto inferiore al valore totale del campione, quindi abbiamo bisogno di alcuni bit per ottenere la stessa precisione del normale PCM. In modo che anche il bit rate richiesto si riduca. Ad esempio, nel codice a 5 bit 1 bit è per la polarità e i restanti 4 bit per 16 livelli quantici.

L'ADPCM si ottiene adattando i livelli di quantizzazione alle caratteristiche del segnale analogico. Possiamo stimare i valori con i valori campione precedenti. La stima degli errori viene eseguita come in DPCM. Nella differenza del metodo ADPCM a 32 Kbps tra il valore previsto e il campione, il valore è codificato con 4 bit, in modo da ottenere 15 livelli quantici. In questo metodo la velocità dei dati è la metà del PCM convenzionale.

Demodulazione del codice a impulsi

La demodulazione del codice a impulsi farà lo stesso processo di modulazione in retromarcia. La demodulazione inizia con il processo di decodifica, durante la trasmissione il segnale PCM sarà influenzato da interferenze di rumore. Quindi, prima che il segnale PCM venga inviato al demodulatore PCM, dobbiamo ripristinare il segnale al livello originale per questo stiamo usando un comparatore. Il segnale PCM è un segnale a onda di impulsi in serie, ma per la demodulazione, abbiamo bisogno che un'onda sia parallela.

Utilizzando un convertitore da seriale a parallelo, il segnale dell'onda di impulso in serie verrà convertito in un segnale digitale parallelo. Dopo di che il segnale passerà attraverso il decodificatore a n bit, dovrebbe essere un convertitore da digitale ad analogico. Il decodificatore recupera i valori di quantizzazione originali del segnale digitale. Questo valore di quantizzazione include anche molte armoniche ad alta frequenza con segnali audio originali. Per evitare segnali non necessari utilizziamo un filtro passa-basso nella parte finale.

Vantaggi della modulazione del codice a impulsi

  • I segnali analogici possono essere trasmessi su un digitale ad alta velocità sistema di comunicazione .
  • La probabilità che si verifichi un errore si ridurrà grazie all'uso di metodi di codifica appropriati.
  • PCM è utilizzato nel sistema Telkom, registrazione audio digitale, effetti speciali video digitalizzati, video digitale, posta vocale.
  • Il PCM è utilizzato anche nelle unità di controllo radio come trasmettitori e anche come ricevitore per auto, barche, aerei telecomandati.
  • Il segnale PCM è più resistente alle interferenze rispetto ai segnali normali.

Questo è tutto Modulazione e demodulazione del codice a impulsi . Riteniamo che le informazioni fornite in questo articolo siano utili per una migliore comprensione di questo concetto. Inoltre, qualsiasi domanda riguardante questo articolo o qualsiasi aiuto nell'implementazione progetti elettrici ed elettronici , puoi avvicinarci commentando nella sezione commenti qui sotto. Ecco una domanda per te, quali sono le applicazioni della modulazione del codice a impulsi?

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