Modulação e demodulação de código de pulso

Modulação e demodulação de código de pulso

Código de pulso modulação é um método que é usado para converter um sinal analógico em sinal digital de modo que um sinal analógico modificado possa ser transmitido através da rede de comunicação digital. O PCM está no formato binário, portanto, haverá apenas dois estados possíveis alto e baixo (0 e 1). Também podemos recuperar nosso sinal analógico por demodulação. O processo de Modulação do Código de Pulso é feito em três etapas: Amostragem, Quantização e Codificação. Existem dois tipos específicos de modulação de código de pulso, como modulação de código de pulso diferencial (DPCM) e modulação de código de pulso diferencial adaptativo (ADPCM)



Diagrama de blocos do PCM

Diagrama de blocos do PCM

Aqui está um diagrama de blocos das etapas incluídas no PCM.






Na amostragem, estamos usando o amostrador PAM, que é o amostrador de modulação de amplitude de pulso, que converte o sinal de amplitude contínua em sinal contínuo em tempo discreto (pulsos PAM). O diagrama de blocos básico do PCM é fornecido abaixo para melhor compreensão.

O que é uma modulação por código de pulso?

Para obter uma forma de onda modulada por código de pulso a partir de uma forma de onda analógica em o transmissor fim (fonte) de um circuito de comunicações, a amplitude das amostras de sinal analógico em intervalos de tempo regulares. A taxa de amostragem ou um número de amostras por segundo é várias vezes a frequência máxima. O sinal de mensagem convertido para a forma binária geralmente estará no número de níveis, que é sempre elevado a 2. Esse processo é chamado de quantização.



Elementos básicos do sistema PCM

Elementos básicos do sistema PCM

Na extremidade do receptor, um demodulador de código de pulso decodifica o sinal binário de volta em pulsos com os mesmos níveis quânticos do modulador. Por meio de outros processos, podemos restaurar a forma de onda analógica original.

Teoria da modulação do código de pulso

O diagrama de blocos acima descreve todo o processo de PCM. A fonte do tempo contínuo sinal de mensagem é passado por um filtro passa-baixo e, em seguida, a amostragem, quantização e codificação serão feitas. Veremos em detalhes passo a passo.


Amostragem

A amostragem é um processo de medição da amplitude de um sinal de tempo contínuo em instantes discretos, converte o sinal contínuo em um sinal discreto. Por exemplo, a conversão de uma onda sonora em uma sequência de amostras. A amostra é um valor ou conjunto de valores em um ponto no tempo ou pode ser espaçado. Amostrador extrai amostras de um sinal contínuo, é um amostrador ideal do subsistema que produz amostras que são equivalentes ao valor instantâneo do sinal contínuo em vários pontos especificados. O processo de amostragem gera um sinal modulado por amplitude de pulso (PAM).

Sinal Analógico e Amostrado

Sinal Analógico e Amostrado

Frequência de amostragem, Fs é o número de amostras médias por segundo, também conhecido como taxa de amostragem. De acordo com o Teorema de Nyquist, a taxa de amostragem deve ser pelo menos 2 vezes a frequência de corte superior. Frequência de amostragem, Fs> = 2 * fmax para evitar o efeito de aliasing. Se a frequência de amostragem for muito maior do que a taxa de Nyquist, ela se tornará Oversampling, teoricamente, um sinal de largura de banda limitada pode ser reconstruído se amostrado acima da taxa de Nyquist. Se a frequência de amostragem for menor do que a taxa de Nyquist, ela se tornará Subamostragem.

Basicamente, dois tipos de técnicas são usados ​​para o processo de amostragem. São eles 1. Amostragem natural e 2. Amostragem plana.

Quantização

Na quantização, uma amostra analógica com uma amplitude que é convertida em uma amostra digital com uma amplitude que leva um de um conjunto de valores de quantização especificamente definido. A quantização é feita dividindo a faixa de valores possíveis das amostras analógicas em alguns níveis diferentes e atribuindo o valor central de cada nível a qualquer amostra no intervalo de quantização. A quantização aproxima os valores da amostra analógica com os valores de quantização mais próximos. Portanto, quase todas as amostras quantizadas irão diferir das amostras originais em uma pequena quantidade. Essa quantidade é chamada de erro de quantização. O resultado desse erro de quantização é que ouviremos um ruído sibilante ao reproduzir um sinal aleatório. Converter amostras analógicas em números binários que são 0 e 1.

Na maioria dos casos, usaremos quantizadores uniformes. A quantização uniforme é aplicável quando os valores da amostra estão em uma faixa finita (Fmin, Fmax). O intervalo total de dados é dividido em 2n níveis, sejam L intervalos. Eles terão um comprimento igual Q. Q é conhecido como intervalo de quantização ou tamanho do passo de quantização. Na quantização uniforme, não haverá erro de quantização.

Sinal quantizado uniformemente

Sinal quantizado uniformemente

Como sabemos,
L = 2n, então o tamanho da etapa Q = (Fmax - Fmin) / L

O intervalo i é mapeado para o valor médio. Armazenaremos ou enviaremos apenas o valor de índice do valor quantizado.

Um valor de índice de valor quantizado Qi (F) = [F - Fmin / Q]

Valor quantizado Q (F) = Qi (F) Q + Q / 2 + Fmin

Mas existem alguns problemas levantados na quantização uniforme que são

  • Ideal apenas para o sinal uniformemente distribuído.
  • Os sinais de áudio reais são mais concentrados perto de zeros.
  • O ouvido humano é mais sensível a erros de quantização em valores pequenos.

A solução para este problema é usar a quantização não uniforme. Nesse processo, o intervalo de quantização é menor próximo a zero.

Codificação

O codificador codifica as amostras quantizadas. Cada amostra quantizada é codificada em um Palavra-código de 8 bits usando a lei A no processo de codificação.

  • O bit 1 é o bit mais significativo (MSB), ele representa a polaridade da amostra. “1” representa a polaridade positiva e “0” representa a polaridade negativa.
  • Os bits 2,3 e 4 definirão a localização do valor da amostra. Esses três bits juntos formam uma curva linear para amostras positivas ou negativas de baixo nível.
  • Os bits 5,6,7 e 8 são os bits menos significativos (LSB), pois representam um dos segmentos de valor quantizado. Cada segmento é dividido em 16 níveis quânticos.

PCM é dois tipos de Modulação por Código de Pulso Diferencial (DPCM) e Modulação por Código de Pulso Diferencial Adaptativo (ADPCM).

No DPCM, apenas a diferença entre uma amostra e o valor anterior é codificada. A diferença será muito menor do que o valor total da amostra, portanto, precisamos de alguns bits para obter a mesma precisão do PCM comum. Para que a taxa de bits necessária também seja reduzida. Por exemplo, no código de 5 bits, 1 bit é para polaridade e os 4 bits restantes para 16 níveis quânticos.

ADPCM é obtido adaptando os níveis de quantização às características do sinal analógico. Podemos estimar os valores com os valores de amostra anteriores. A estimativa de erro é feita da mesma forma que no DPCM. Na diferença do método ADPCM de 32 Kbps entre o valor predito e a amostra, o valor é codificado com 4 bits, de modo que obteremos 15 níveis quânticos. Neste método, a taxa de dados é a metade do PCM convencional.

Demodulação de código de pulso

A Demodulação do Código de Pulso fará o mesmo processo de modulação ao contrário. A demodulação começa com o processo de decodificação, durante a transmissão o sinal PCM será afetado pela interferência do ruído. Portanto, antes que o sinal PCM seja enviado para o demodulador PCM, temos que recuperar o sinal para o nível original, para isso estamos usando um comparador. O sinal PCM é um sinal de onda de pulso em série, mas para demodulação, precisamos que uma onda seja paralela.

Ao usar um conversor serial para paralelo, o sinal de onda de pulso em série será convertido em um sinal digital paralelo. Depois disso, o sinal passará pelo decodificador de n bits, que deverá ser um conversor Digital para Analógico. O decodificador recupera os valores de quantização originais do sinal digital. Este valor de quantização também inclui muitos harmônicos de alta frequência com sinais de áudio originais. Para evitar sinais desnecessários, utilizamos um filtro passa-baixa na parte final.

Vantagens da modulação do código de pulso

  • Os sinais analógicos podem ser transmitidos por meio de um digital de alta velocidade sistema de comunicação .
  • A probabilidade de ocorrer erro será reduzida pelo uso de métodos de codificação apropriados.
  • O PCM é usado no sistema Telkom, gravação de áudio digital, efeitos especiais de vídeo digitalizado, vídeo digital, correio de voz.
  • O PCM também é usado em unidades de controle de rádio como transmissores e também um receptor para carros, barcos e aviões com controle remoto.
  • O sinal PCM é mais resistente à interferência do que os sinais normais.

É tudo sobre Modulação e Demodulação de Código de Pulso . Acreditamos que as informações fornecidas neste artigo são úteis para uma melhor compreensão deste conceito. Além disso, qualquer dúvida sobre este artigo ou qualquer ajuda na implementação projetos elétricos e eletrônicos , você pode nos abordar comentando na seção de comentários abaixo. Aqui está uma pergunta para você, quais são as aplicações da modulação por código de pulso?

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