Pulskod modulering är en metod som används för att konvertera en analog signal till en digital signal så att en modifierad analog signal kan sändas via det digitala kommunikationsnätet. PCM är i binär form, så det finns bara två möjliga tillstånd höga och låga (0 och 1). Vi kan också få tillbaka vår analoga signal genom demodulering. Pulskodsmoduleringsprocessen görs i tre steg Sampling, Quantization och Coding. Det finns två specifika typer av pulskodsmoduleringar, såsom differentiell pulskodmodulering (DPCM) och adaptiv differentialpulskodmodulering (ADPCM)

“typer av vattenkraftverk ”

Blockdiagram över PCM

Här är ett blockschema över stegen som ingår i PCM.

Vid provtagning använder vi PAM-sampler, det vill säga Pulse Amplitude Modulation Sampler, som omvandlar kontinuerlig amplitudsignal till diskret-tid-kontinuerlig signal (PAM-pulser). Det grundläggande blockdiagrammet för PCM ges nedan för bättre förståelse.

Vad är en pulskodsmodulering?

För att få en pulskodmodulerad vågform från en analog vågform vid sändaren ände (källa) för en kommunikationskrets, amplituden för de analoga signalproverna vid regelbundna tidsintervall. Samplingshastigheten eller ett antal prover per sekund är flera gånger den maximala frekvensen. Meddelandesignalen omvandlad till binärform kommer vanligtvis att ligga i antalet nivåer som alltid har en effekt på 2. Denna process kallas kvantisering.

Grundläggande element i PCM-systemet

Vid mottagaränden avkodar en pulskoddemodulator den binära signalen tillbaka till pulser med samma kvantnivåer som de i modulatorn. Genom ytterligare processer kan vi återställa den ursprungliga analoga vågformen.

Pulse Code Modulation Theory

Detta ovanstående blockschema beskriver hela PCM-processen. Källan till kontinuerlig tid meddelandesignal passeras genom ett lågpassfilter och sedan görs provtagning, kvantisering, kodning. Vi kommer att se i detalj steg för steg.

Provtagning

Sampling är en process för att mäta amplituden hos en kontinuerlig tidssignal vid diskreta ögonblick, omvandlar den kontinuerliga signalen till en diskret signal. Till exempel omvandling av en ljudvåg till en samplingsekvens. Provet är ett värde eller en uppsättning värden vid en tidpunkt eller så kan det placeras på avstånd. Sampler extraherar sampel av en kontinuerlig signal, det är ett delsystem idealiskt sampler producerar sampel som motsvarar det ögonblickliga värdet av den kontinuerliga signalen vid de angivna olika punkterna. Samplingsprocessen genererar PAM-signal (Flat Pulse Amplitude Modulated).

Analog och samplad signal

Samplingsfrekvens, Fs är antalet genomsnittliga sampel per sekund, även känd som samplingsfrekvensen. Enligt Nyquist Theorem bör samplingsfrekvensen vara minst 2 gånger den övre gränsfrekvensen. Samplingsfrekvens, Fs> = 2 * fmax för att undvika aliasing-effekt. Om samplingsfrekvensen är mycket högre än Nyquist-hastigheten blir den översampling, teoretiskt kan en bandbreddsbegränsad signal rekonstrueras om den samplas till över Nyquist-hastigheten. Om provtagningsfrekvensen är lägre än Nyquist-hastigheten blir det undersampling.

I princip används två typer av tekniker för provtagningsprocessen. Dessa är 1. Naturlig provtagning och 2. Platta provtagning.

Kvantisering

Vid kvantisering, ett analogt prov med en amplitud som omvandlas till ett digitalt prov med en amplitud som tar en av en specifikt definierad uppsättning kvantiseringsvärden. Kvantisering görs genom att dela upp intervallet av möjliga värden för de analoga samplen i några olika nivåer och tilldela mittvärdet för varje nivå till vilket prov som helst i kvantiseringsintervallet. Kvantisering approximerar de analoga provvärdena med närmaste kvantiseringsvärden. Så nästan alla kvantiserade prover kommer att skilja sig från originalproverna med en liten mängd. Det beloppet kallas kvantiseringsfel. Resultatet av detta kvantiseringsfel är att vi hör ett väsande ljud när vi spelar en slumpmässig signal. Konvertera analoga prover till binära tal som är 0 och 1.

I de flesta fall kommer vi att använda enhetliga kvantiserare. Enhetlig kvantisering är tillämplig när provvärdena ligger inom ett begränsat område (Fmin, Fmax). Det totala dataområdet är uppdelat i 2n-nivåer, låt det vara L-intervall. De kommer att ha samma längd Q. Q kallas kvantiseringsintervall eller kvantiseringsstegsstorlek. I enhetlig kvantisering kommer det inte att finnas något kvantiseringsfel.

Enhetligt kvantifierad signal

Som vi vet,
L = 2n, sedan stegstorlek Q = (Fmax - Fmin) / L.

“hur fungerar en digital multimeter ”

Intervall i mappas till medelvärdet. Vi lagrar eller skickar endast indexvärdet för det kvantiserade värdet.

Ett indexvärde för kvantiserat värde Qi (F) = [F - Fmin / Q]

Kvantiserat värde Q (F) = Qi (F) Q + Q / 2 + Fmin

Men det finns några problem som uppstått i enhetlig kvantifiering

Endast optimalt för den jämnt fördelade signalen.
Verkliga ljudsignaler är mer koncentrerade nära nollor.
Det mänskliga örat är känsligare för kvantiseringsfel till små värden.

Lösningen på detta problem är att använda icke-enhetlig kvantisering. I denna process är kvantiseringsintervallet mindre nära noll.

Kodning

Kodaren kodar de kvantiserade exemplen. Varje kvantiserat prov kodas till ett 8-bitars kodord genom att använda A-lag i kodningsprocessen.

Bit 1 är den viktigaste biten (MSB), den representerar polariteten hos samplet. '1' representerar positiv polaritet och '0' representerar negativ polaritet.
Bit 2,3 och 4 definierar placeringen av samplingsvärdet. Dessa tre bitar bildar tillsammans en linjär kurva för negativa eller positiva prover på låg nivå.
Bit 5,6,7 och 8 är de minst signifikanta bitarna (LSB), det representerar ett av segmentens kvantiserade värde. Varje segment är uppdelat i 16 kvantnivåer.

PCM är två typer av DPCM (Differential Pulse Code Modulation) och ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation).

I DPCM kodas bara skillnaden mellan ett sampel och det tidigare värdet. Skillnaden kommer att vara mycket mindre än det totala samplingsvärdet så vi behöver några bitar för att få samma noggrannhet som i vanligt PCM. Så att den erforderliga bithastigheten också minskar. Till exempel, i 5-bitars kod är 1 bit för polaritet och de återstående 4 bitarna för 16 kvantnivåer.

ADPCM uppnås genom att anpassa kvantiseringsnivåerna till analoga signalegenskaper. Vi kan uppskatta värdena med föregående provvärden. Feluppskattning görs på samma sätt som i DPCM. I 32Kbps ADPCM-metodskillnad mellan det förutspådda värdet och samplet kodas värdet med 4 bitar, så att vi får 15 kvantnivåer. I denna metod är datahastigheten hälften av konventionell PCM.

Pulskoddemodulering

Pulse Code Demodulation kommer att göra detsamma moduleringsprocess baklänges. Demodulering börjar med avkodningsprocessen, under överföringen kommer PCM-signalen att påverkas av brusstörningar. Så innan PCM-signalen skickas till PCM-demodulatorn måste vi återställa signalen till den ursprungliga nivån för att vi använder en komparator. PCM-signalen är en seriepulsvågsignal, men för demodulering behöver vi en våg för att vara parallell.

Genom att använda en seriell till parallellomvandlare kommer seriepulsvågssignalen att omvandlas till en parallell digital signal. Därefter kommer signalen att passera genom n-bitaravkodaren, den ska vara en digital till analog-omvandlare. Avkodaren återställer de ursprungliga kvantiseringsvärdena för den digitala signalen. Detta kvantiseringsvärde innehåller också många högfrekventa övertoner med originalsignaler. För att undvika onödiga signaler använder vi ett lågpassfilter vid den sista delen.

Fördelar med pulskodsmodulering

Analoga signaler kan sändas via en höghastighets digital kommunikationssystem .
Sannolikheten för att inträffa fel minskar genom att använda lämpliga kodningsmetoder.
PCM används i Telkom-systemet, digital ljudinspelning, digitaliserade videospecialeffekter, digital video, röstbrevlåda.
PCM används också i radiostyrenheter som sändare och även mottagare för fjärrstyrda bilar, båtar, flygplan.
PCM-signalen är mer motståndskraftig mot störningar än normala signaler.

Det här handlar om Pulskodsmodulering och demodulering . Vi tror att informationen i den här artikeln är till hjälp för dig för en bättre förståelse av detta koncept. Dessutom är alla frågor angående denna artikel eller någon hjälp med att implementera el- och elektronikprojekt kan du kontakta oss genom att kommentera i kommentarfältet nedan. Här är en fråga till dig. Vilka tillämpningar använder Pulse Code Modulation?

Fotokrediter: