مدولاسیون کد پالس

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
پی‌سی‌ام 4 بیتی یک سیگنال آنالوگ (قرمز)

مدولاسیون کد پالس یک شیوه کدگذاری رقمی*[۱] سیگنال آنالوگ *[۲] در مخابرات است. در این مدولاسیون بزرگی سیگنال در فواصل زمانی ثابت و مساوی اندازه‌گیری شده و سپس کوانتیزه می‌شود. نتیجهٔ کوانتیزه‌کردن سیگنال آنالوگ به صورت عضوی از مجموعه‌ای محدود قابل نمایش است (به عنوان نمونه عددی بین ۰ تا ۲۵۵). از آن‌جا که اعضای این مجموعه با عددی صحیح قابل بیان‌اند می‌توان از روش‌های متداول مخابرات دیجیتال برای ذخیره‌سازی، مقاوم‌سازی نسبت به خطا و ارسال سیگنال بر کانال مخابراتی استفاده کرد. از کدینگ پی‌سی‌ام در تلفن‌های دیجیتال، سیستم‌های صوتی دیجیتال، صدای کامپیوتر و برخی پخش‌کننده‌های صوت دیجیتال استفاده می‌شود.

کیفیت نتیجهٔ این مدولاسیون به دو عامل بستگی دارد: سرعت نمونه‌برداری و تعداد سطوح کوانتیزه‌کردن. شرط لازم برای سرعت‌نمونه‌برداری این است که فرکانس نمونه‌برداری بیش‌تر از فرکانس نایکوئیست سیگنال آنالوگ باشد. هم‌چنین با افزایش تعداد سطوح کوانتیزه‌کردن سیگنال دیجیتالِ معادل تقریب بهتری از سیگنال آنالوگ اولیه خواهد بود. در مدولاسیون کد پالس استفاده‌شده در سی‌دی‌های صوتی فرکانس نمونه‌برداری ۴۴٫۱کیلوهرتز و تعداد سطوح کوانتیزه‌کردن ۶۵۵۳۶ (معادل ۱۶ بیت) است. کاربرد در تلفن همراه : از تکنولوژی خطوط پی سی ام در تلفن همراه در بخشی مانند dsp دی اس پی برای بخش صوت استفاده می شود.منظور دی اس پی (digital system processor)محل کنترل و تحلیل سیگنال های دیجیتالی صوتی و تصویری در بخش تشخیص سیستم های آنالوگ و دیجیتالی می باشد.

تاریخچه[ویرایش]

pcm در سال 1937 توسط «الکس اچ ریوز» در انگلستان ساخته شد. این سیستم به علت پیچیدگی زیاد در ابتدا مانع استفاده فوری آن شد. در جنگ جهانی دوم در سیستم های رله ماکروویو ارتش آمریکا قرار گرفت. در سال 1948 تحقیقات بیشتری روی این سیستم انجام شد. بعد از آن به طور گسترده در سیستم های تلفنی بین قاره ای مورد استفاده قرار گرفت وجود مدارات مجتمع و قابلیت مولتی پلکس کردن آن سبب پیشرفت این مدولاسیون شد در سال 1965 در سفینه ماینر 4 برای عکس برداری از مریخ قرار گرفت و توانست تصویری با فاصله 200.000.000 کیلومتری زمین را با فرستنده ای 10 وات در زمان 30 دقیقه ارسال کند.تقریبا هیچ سیستمی از عهده چنین کاری بر نمی آمد .

نویز کوانتیزه کردن[ویرایش]

اگر سیگنال حقیقی باسیگنالی که در شکل است مقایسه شود، بلافاصله مشاهده می گردد که کوانتیزه کردن سبب اعوجاج می شود. این را نویز کوانتیزه کردن می نامند. واز این جهت نویز خوانده می شود که خطا ها جنبه تصادفی دارند. این تصادفی بودن به این دلیل است که تفاوت بین عدد فرستاده شده وسیگنال حقیقی در آن لحظه کاملاً غیر قابل پیش بینی است واز این رو تصادفی خوانده می شود. بزرگترین خطای ممکن برابر نصف اندازه نمونه برداریست. روش ساده کاهش نویز کوانتیزه کردن زیاد کردن تعداد تراز استاندارد است. با این عمل می توان سطح نویز را به حد قابل قبول تقلیل داد. گر چه زیاد کردن تعداد تراز مستلزم تعداد بیشتری بیت برای فرستادن آن است.عرض باند لازم متناسب با تعداد بیت هایی است که در ثانیه فرستاده می شود. در سیستم های عملی 128 تراز برای کلام کاملاً کافی است.

فرستنده pcm[ویرایش]

شکل موج ورودی از یک LPF (فیلتر پایین گذر) عبور کرده. یک کوانتش کننده به نزدیک ترین مقدار گسسته سطح کوانتش گرد می کند. کد کننده نمونه های کوانتیده را را به کلمات دیجیتال تبدیل می کند. کد متوالی به سری تبدیل شده و خوانده می شود. مولد به صورت یک ADC عمل کرده و این تبدیل با آهنگ Fs=1/ts انجام می دهد. زمان سنج با فرکانس 2 برابر پهنای باند فعال می باشد.

Block diagram of PCM modulation

گیرنده pcm[ویرایش]

Block diagram of PCM demodulation

اگر سیگنال خروجی آلوده به نویز باشد و نسبت سیگنال به نویز زیاد باشد باز سازی شکل موج تقریبا بی خطا خواهد بود. عملیات تبدیل سری به موازی ،کد گشای M تایی ،نمونه بردار و نگه دار،فیلتر پایین گذر. باز سازی دقیق پیام حتی در صورت غلبه کامل به نویز ،به علت کوانتش در مبدل های آنالوگ به دیجیتال و بر عکس در مبدا و مقصد ناممکن هست.

نویز در pcm[ویرایش]

نویز تصادفی افزوده به سیگنال pcm باعث خطا در در بازسازی ،به صورت رقم های اشتباه در کلمه کد ، می شود.پس کد گشا سطح کوانتش نادرستی برای نمونه سیگنال به دست میدهد. پیام بازسازی شده علاوه بر نویز کوانتش به نویز کدگشایی نیز آلوده است. در کل مدولاسیون با سطح دامنه ثابت از بهبودی بهتری برای سیگنال به نویز دارند. مصونیت pcm به نویز بسیار بالاست مثلا در یک سیستم با S/N=21dB که برای سایر مدولاسیون بسیار مقدار کمی است به خوبی کار می کند. در کل اعوجاج تاثیری ندار و حضور وغیاب پالس مهم هست. مثلا برای یک pcm در یک کانال 4KHz این مقدار سیگنال به نویز باعث سرعت خطایی برابر 1 خطا در 10000 علامت فرستنده می شود.

انقباض یا کوانتش غیر یک نواخت[ویرایش]

میدانیم خطای کوانتش برابر1/2دامنه سطح کوانتیزه می باشد.مثلا برای سیستمی که دارای 128 تراز استاندارد هست حد اکثر خطا برابر 1/256 می باشد. در حالتی که دامنه سیگنال مثل شکل کوچک باشد کوانتیزاسیون یک نواخت می تواند سبب بروز خطا شود.مثلا خطا در همان سیستم 128 ترازی با داشتن سیگنالی با دامنه 1/64 خطایی برابر ¼ خواهیم داشت. بخار این علت از کوانتش غیر یکنوات برای pcm استفاده میشود وسیگنال با دامنه کم تراز کوانتیزه بشتری خواهد داشت.یعنی فاصله تراز برای سیگنال ها کوچک ، کوچکتر وبرای سیگنال های بزرگ بزگتر انتخاب می شود. این مدار در کل پیچیده بوده ولی می توان مدار قبل از مدولاسیون معوج ساخت و پس از دمدولاسیون آن اعوجاج را برطرف کرد.می توان از یک تقویت کننده غیر خطی برای انقباض استفاده کرد و در گیرنده از مدار انبسا دهنده استفاده کرد.

مدولاسیون پالس کد تفضلی[ویرایش]

این روش به pcm معمولی خیلی شبیه هست.اختلاف ها دراین است که در روش معمولی دامنه سیگنال ورودی نمونه برداری میشود ولی در این روش اختلاف دامنه را ،مثبت ومنفی ، بین نمونه و نمونه قبلی کوانتیزه می کند.در اینجا ایده این استکه اکثر سیگنال ها از سطح قبلی خود زیاد تقییر نمی کند.در نهایت برای یک تغییر دامنه به پالس های کمتری نسبت به ارایه یک دامنه نیاز داریم و در نهایت پهنای باند نصف می شود پیچیدگی کد و دیکد کردن این روش گسترش pcm تفاضلی را محدود کرده است.

مدولاسیون دلتا[ویرایش]

the process of delta modulation

در این روش تنها در هر نمونه یک بیت مثب یا منفی تغییر میکند.این سیستم دارای این مزیت هست که کدو و دی کد و عمل کوانتیزه آن به سادگی قابل انجام هست.عیب این مدار این هست تغییر دامنه سریع بین نمونه را نمی تواند به سرعت دنبال کند.و نقاط نا پیوستگی را در نظر نمی گیرد.در نهایت خطای کوانتیزه آن زیاد است.چناچه مقدایر نمونه نزدیک هم باشد این عیب کمتر محسوس هست.

مدولاسیون دلتا سیگما[ویرایش]

Block Diagram Delta-Sigma

سیستم مدولاسیون دلتا مشتق ورودی را می گیرد و در مواردی که داده نویز دارد ،

نویز می تواندخطای انباشته در سیگنال دمدوله شده اعمال کند.اگر سیگنال نیز

مولفه dc نیز داشته باشد مشکل دیگری بروز می کند.در این روش مدولاسیون دلتا را

در نظر میگیریم.و یک انتگرال گیر (یا انباره ای)به ورودی اعمال می کنیم تا نقش

پیش تاکید فرکانس های پایین را داشته باشد.برای جبران این انتگرال گیر در فرستنده

یک مشتق گیر در گیرنده اعمال می شود.در نهایت مشکل مدولاسون دلتا حل شده و

انتگرال گیر و مشتق گیر یک دیگر را خنثی می کند.

پانوشت[ویرایش]

  1. ^  Digital
  2. ^  Analog
  3. ^  Binary

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  • نظریه مخابرات دیجیتال، سان شانموگام، ترجمه محمدرضا عارف

Electronic communication system , kennedy George 1978 3th Commiunication to signalinelectricalcommunication 4th ed , Carlson, A.bruce Advanced industrial electronics , 2th ,Humphries,james T COIvIMUNICATION SYSTEMS ENGINEERING John G. Proakis , Masoud Salehi Digital communication by Dr.nader esfahani

  • آزمایشگاه مخابرات استاد خوشنیت

http://www.slideshare.net/danyravi/pulse-code-modulation-29631189