PCM

Pulskodmodulering ( PCM , engelsk  pulskodmodulering , PCM ) används för att digitalisera analoga signaler . Nästan alla typer av analoga data ( video , ljud ( röst , musik ), telemetri ) tillåter användning av PCM.

Modulering

Med pulskodmodulering omvandlas den analoga sända signalen till digital form genom tre operationer: tidssampling, amplitudkvantisering och kodning [1] .

En analog-till-digital-omvandlare (ADC) används för att konvertera en analog signal till digital . ADC:n mäter amplituden för den analoga signalen med jämna mellanrum - tar emot momentana värden eller signalsampel och omvandlar sedan samplen till binära ord [2] .

Det momentana uppmätta värdet (avläsningen) av den analoga signalen kvantiseras med nivåer (avrundat från närmaste heltal). Antalet kvantiseringsnivåer är vanligtvis lika med eller en multipel av en heltalspotens av 2, till exempel 2 3 = 8 , 2 4 = 16 , 2 5 = 32 , etc. Nivånumret är kodat i binära ord med längden 3 , 4, 5, etc. ] [2.bit

Utgångsorden från ADC:n i parallellkoden kodas sedan genom att passera till ett skiftregister som klockas av en extra skiftgenerator . Paket bildas vid skiftregistrets utgång[ förtydliga ] kodade pulser i en seriell kod. Därefter sänds pulsskurar till kommunikationskanalen [2] .

Samplingshastigheten för signalen (eller digitaliseringshastighet , samplingsfrekvens ) för att eliminera informationsförlust i enlighet med Kotelnikov-satsen måste vara minst två gånger den maximala frekvensen i den analoga signalens spektrum .

Det finns specialiserade integrerade kretsar designade för PCM, som kombinerar ADC, skiftregister, klockgeneratorer och andra enheter.

Demodulering

En demodulator är installerad i den mottagande änden av kommunikationskanalen . I demodulatorn appliceras pulsskurar på den seriella ingången[ förtydliga ] skiftregister. Efter att alla bitar av pulståget har tryckts in i skiftregistret skrivs ordet från skiftregistret i parallellkoden till ingångsregistret hos digital-till-analog-omvandlaren (DAC) . DAC:n omvandlar de kodade samplen av den överförda analoga signalen tillbaka till analog form. Utsignalen från DAC:n är en stegvis analog signal. Utjämningen av stegen utförs av ett lågpassfilter (LPF) , vid vars utgång en sänd analog signal bildas. LPF-gränsfrekvensen är vald att vara mindre än eller lika med två gånger samplingshastigheten.

Digitala koder i PCM

För att koda avläsningar i PCM används en mängd olika binära koder , till exempel:

• den vanliga representationen av siffror i det binära talsystemet , dessutom kan serieöverföringen av bitar av ett binärt tal utföras både med de minst signifikanta bitarna framåt och med de mest signifikanta bitarna framåt;
• olika koder med feldetektering och eliminering i överföringskanalen, till exempel Hamming -kod , Reed-Solomon-kod , etc. Den enklaste av dem är redundant kod med paritetsbitöverföring ;
• koder som eliminerar DC-komponenten i den kodade pulsade tvånivåsignalen, såsom den självsynkroniserande Manchester-koden .

Varianter av PCM

• Differentiell (eller delta ) pulskodmodulering ( DPCM , DPCM ) - PCM, där signalen kodas som skillnaden mellan nuvarande och tidigare uppmätta värden. För ljuddata minskar denna typ av modulering det erforderliga antalet bitar per sampel med cirka 25 %.
  • Adaptiv DPCM ( ADCM , ADPCM )  är en variant av DPCM med ett variabelt kvantiseringssteg. Genom att ändra tonhöjden kan du minska bandbreddskraven för ett givet signal-brusförhållande .
• LPCM ( linjär pulskodmodulering , linjär pulskodmodulering)

Praktisk tillämpning

• Inom digital telefoni och IP-telefoni används PCM för att konvertera en röstljudsignal till en digital ström som sänds med en hastighet av 64 kbps ( digital huvudkanal ).
• PCM används för att konvertera en analog ljudsignal till en digital för att lagra signalen på digitala enheter och media ( digitalt ljud ). Lista över några vanliga filformat som används för att lagra ljud (musik, röst, etc.): WAV , MP3 , WMA , OGG , FLAC , APE .
• PCM användes tidigare i ITU V.90 (endast inkommande klient) och V.92 (inkommande och utgående) modemprotokoll för att ge en maximal anslutningshastighet på 56 Kbps.

Se även

• deltakodning
• adaptiv modulering

Litteratur

• Panfilov I.P., Dyrda V.E. Teori om elektrisk kommunikation. - M . : Radio och kommunikation, 1991. - 344 sid. — ISBN 5-256-00869-2 .

Anteckningar

1. ↑ Panfilov, 1991 , sid. 282.
2. ↑ 1 2 3 Panfilov, 1991 , sid. 283.