Pulse code modulatie is een methode dat wordt gebruikt om een analoog signaal in een digitaal signaal zodat een gewijzigd analoog signaal kan worden verzonden via het digitale communicatienetwerk. PCM is in binaire vorm, dus er zijn slechts twee mogelijke toestanden hoog en laag (0 en 1). We kunnen ons analoge signaal ook terugkrijgen door middel van demodulatie. Het pulscodemodulatieproces wordt uitgevoerd in drie stappen: bemonstering, kwantisering en codering. Er zijn twee specifieke soorten pulscodemodulaties, zoals differentiële pulscodemodulatie (DPCM) en adaptieve differentiële pulscodemodulatie (ADPCM)

“hoe een weerstand te bouwen ”

Blokschema van PCM

Hier is een blokschema van de stappen die in PCM zijn opgenomen.

Bij bemonstering gebruiken we PAM-sampler, dat is Pulse Amplitude Modulation Sampler, die een continu amplitudesignaal omzet in een discreet-tijd-continu signaal (PAM-pulsen). Het basisblokschema van PCM wordt hieronder gegeven voor een beter begrip.

Wat is een pulscodemodulatie?

Om een pulscode-gemoduleerde golfvorm te krijgen van een analoge golfvorm op de zender einde (bron) van een communicatiecircuit, de amplitude van de analoge signaalmonsters op regelmatige tijdsintervallen. De bemonsteringsfrequentie of een aantal monsters per seconde is meerdere keren de maximale frequentie. Het berichtsignaal dat in de binaire vorm wordt omgezet, heeft gewoonlijk een aantal niveaus dat altijd een macht van 2 heeft. Dit proces wordt kwantisering genoemd.

Basiselementen van het PCM-systeem

Aan de ontvangerzijde decodeert een pulscodedemodulator het binaire signaal terug in pulsen met dezelfde kwantumniveaus als die in de modulator. Door verdere processen kunnen we de oorspronkelijke analoge golfvorm herstellen.

Pulse Code Modulatie Theorie

Dit bovenstaande blokschema beschrijft het hele proces van PCM. De bron van de continue tijd bericht signaal wordt door een laagdoorlaatfilter geleid en vervolgens wordt de bemonstering, kwantisering en codering uitgevoerd. We zullen stap voor stap in detail zien.

Bemonstering

Sampling is een proces waarbij de amplitude van een continu tijdsignaal op discrete tijdstippen wordt gemeten, waarbij het continue signaal wordt omgezet in een discreet signaal. Bijvoorbeeld omzetting van een geluidsgolf naar een reeks samples. De steekproef is een waarde of een reeks waarden op een bepaald tijdstip of kan worden gespreid. Sampler extract samples van een continu signaal, het is een subsysteem ideale sampler produceert samples die equivalent zijn aan de momentane waarde van het continue signaal op de gespecificeerde verschillende punten. Het bemonsteringsproces genereert een flat-top Pulse Amplitude Modulated (PAM) signaal.

Analoog en gesampled signaal

Bemonsteringsfrequentie, Fs is het aantal gemiddelde monsters per seconde, ook wel bekend als de bemonsteringsfrequentie. Volgens de Nyquist-stelling moet de bemonsteringsfrequentie ten minste 2 keer de bovenste afsnijfrequentie zijn. Bemonsteringsfrequentie, Fs> = 2 * fmax om aliasingseffect te voorkomen. Als de bemonsteringsfrequentie erg hoger is dan de Nyquist-snelheid, wordt het oversampling, theoretisch kan een in de bandbreedte beperkt signaal worden gereconstrueerd als het wordt bemonsterd met een hogere Nyquist-snelheid. Als de bemonsteringsfrequentie lager is dan de Nyquist-snelheid, wordt dit onderbemonstering.

In principe worden twee soorten technieken gebruikt voor het bemonsteringsproces. Dat zijn 1. Natural Sampling en 2. Flat-top Sampling.

Kwantisering

Bij kwantisering, een analoog monster met een amplitude dat wordt omgezet in een digitaal monster met een amplitude die een van een specifiek gedefinieerde reeks kwantisatiewaarden aanneemt. Kwantisering wordt gedaan door het bereik van mogelijke waarden van de analoge samples in enkele verschillende niveaus te verdelen en de middenwaarde van elk niveau toe te wijzen aan een willekeurige sample in het kwantiseringsinterval. Kwantisering benadert de analoge samplewaarden met de dichtstbijzijnde kwantiseringswaarden. Dus bijna alle gekwantiseerde samples zullen een klein beetje verschillen van de originele samples. Dat bedrag wordt kwantisatiefout genoemd. Het resultaat van deze kwantisatiefout is dat we een sissend geluid horen bij het afspelen van een willekeurig signaal. Analoge samples omzetten in binaire getallen die 0 en 1 zijn.

In de meeste gevallen zullen we uniforme kwantisatoren gebruiken. Uniforme kwantisering is van toepassing wanneer de monsterwaarden in een eindig bereik liggen (Fmin, Fmax). Het totale gegevensbereik is verdeeld in 2n niveaus, laat het L-intervallen zijn. Ze hebben een gelijke lengte Q. Q staat bekend als kwantiseringsinterval of kwantiseringsstapgrootte. Bij uniforme kwantisering zal er geen kwantiseringsfout zijn.

Uniform gekwantiseerd signaal

Zoals we weten,
L = 2n, dan stapgrootte Q = (Fmax - Fmin) / L

“voeding variabele spanning en stroom ”

Interval i wordt toegewezen aan de middelste waarde. We zullen alleen de indexwaarde van de gekwantiseerde waarde opslaan of verzenden.

Een indexwaarde van gekwantiseerde waarde Qi (F) = [F - Fmin / Q]

Gekwantiseerde waarde Q (F) = Qi (F) Q + Q / 2 + Fmin

Maar er zijn enkele problemen die zich voordoen bij uniforme kwantisering die dat zijn

Alleen optimaal voor het gelijkmatig verdeelde signaal.
Echte audiosignalen zijn meer geconcentreerd in de buurt van nullen.
Het menselijk oor is gevoeliger voor kwantisatiefouten bij kleine waarden.

De oplossing voor dit probleem is het gebruik van niet-uniforme kwantisering. In dit proces is het kwantiseringsinterval kleiner in de buurt van nul.

Codering

De encoder codeert de gekwantiseerde samples. Elk gekwantiseerd monster wordt gecodeerd in een 8-bits codewoord door A-law te gebruiken in het coderingsproces.

Bit 1 is de meest significante bit (MSB), het vertegenwoordigt de polariteit van het monster. '1' staat voor positieve polariteit en '0' staat voor negatieve polariteit.
Bit 2, 3 en 4 bepalen de locatie van de samplewaarde. Deze drie bits vormen samen een lineaire curve voor negatieve of positieve monsters van laag niveau.
Bit 5,6,7 en 8 zijn de minst significante bits (LSB), het vertegenwoordigt een van de gekwantiseerde segmentwaarde. Elk segment is onderverdeeld in 16 kwantumniveaus.

PCM is twee soorten Differential Pulse Code Modulation (DPCM) en Adaptive Differential Pulse Code Modulation (ADPCM).

In DPCM wordt alleen het verschil tussen een sample en de vorige waarde gecodeerd. Het verschil zal veel kleiner zijn dan de totale samplewaarde, dus we hebben enkele bits nodig om dezelfde nauwkeurigheid te krijgen als bij gewone PCM. Zodat ook de vereiste bitsnelheid afneemt. In 5-bits code is 1 bit bijvoorbeeld voor polariteit en de resterende 4 bits voor 16 kwantumniveaus.

ADPCM wordt bereikt door de kwantiseringsniveaus aan te passen aan analoge signaalkarakteristieken. We kunnen de waarden schatten met de voorgaande voorbeeldwaarden. Het inschatten van fouten wordt op dezelfde manier gedaan als in DPCM. In 32 Kbps ADPCM-methodeverschil tussen de voorspelde waarde en het monster, wordt de waarde gecodeerd met 4 bits, zodat we 15 kwantumniveaus krijgen. Bij deze methode is de gegevenssnelheid de helft van de conventionele PCM.

Pulse Code Demodulatie

Pulse Code Demodulation zal hetzelfde doen modulatieproces in omgekeerde volgorde. Demodulatie begint met het decoderingsproces, tijdens verzending wordt het PCM-signaal beïnvloed door ruisinterferentie. Dus voordat het PCM-signaal naar de PCM-demodulator wordt gestuurd, moeten we het signaal herstellen naar het oorspronkelijke niveau, daarvoor gebruiken we een comparator. Het PCM-signaal is een seriepulsgolfsignaal, maar voor demodulatie hebben we een golf nodig die parallel is.

Door gebruik te maken van een serieel naar parallel converter wordt het serie pulsgolfsignaal omgezet in een parallel digitaal signaal. Daarna gaat het signaal door de n-bits decoder, het moet een digitaal naar analoog omzetter zijn. Decoder herstelt de oorspronkelijke kwantiseringswaarden van het digitale signaal. Deze kwantisatiewaarde omvat ook veel hoogfrequente harmonischen met originele audiosignalen. Om onnodige signalen te vermijden, gebruiken we een laagdoorlaatfilter in het laatste deel.

Pulse Code Modulatie Voordelen

Analoge signalen kunnen worden verzonden via een hogesnelheidsmeter communicatie systeem
De kans op het optreden van fouten zal verminderen door het gebruik van geschikte coderingsmethoden.
PCM wordt gebruikt in het Telkom-systeem, digitale audio-opname, gedigitaliseerde video-speciale effecten, digitale video, voicemail.
PCM wordt ook gebruikt in radiobesturingen als zenders en ook als ontvanger voor op afstand bestuurbare auto's, boten, vliegtuigen.
Het PCM-signaal is beter bestand tegen interferentie dan normale signalen.

Dit gaat allemaal over Pulscodemodulatie en demodulatie Wij zijn van mening dat de informatie in dit artikel nuttig voor u is om dit concept beter te begrijpen. Bovendien, eventuele vragen over dit artikel of hulp bij de implementatie elektrische en elektronische projecten , kunt u ons benaderen door in de commentaarsectie hieronder te reageren. Hier is een vraag voor u: Wat zijn de toepassingen van Pulse Code Modulation?

Fotocredits: