Modulación y demodulación de código de pulso

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Código de pulso la modulación es un método que se utiliza para convertir un señal analógica en señal digital de modo que se pueda transmitir una señal analógica modificada a través de la red de comunicación digital. PCM está en forma binaria, por lo que solo habrá dos estados posibles alto y bajo (0 y 1). También podemos recuperar nuestra señal analógica mediante demodulación. El proceso de modulación de código de pulso se realiza en tres pasos: muestreo, cuantificación y codificación. Hay dos tipos específicos de modulaciones de código de pulso, como la modulación de código de pulso diferencial (DPCM) y la modulación de código de pulso diferencial adaptativo (ADPCM)

Diagrama de bloques de PCM

Diagrama de bloques de PCM



Aquí hay un diagrama de bloques de los pasos que se incluyen en PCM.


En el muestreo, estamos utilizando un muestreador PAM que es un muestreador de modulación de amplitud de pulso que convierte la señal de amplitud continua en una señal continua de tiempo discreto (pulsos PAM). El diagrama de bloques básico de PCM se proporciona a continuación para una mejor comprensión.



¿Qué es una modulación de código de pulso?

Para obtener una forma de onda modulada por código de pulso a partir de una forma de onda analógica en el transmisor final (fuente) de un circuito de comunicaciones, la amplitud de las muestras de señal analógica a intervalos de tiempo regulares. La frecuencia de muestreo o un número de muestras por segundo es varias veces la frecuencia máxima. La señal del mensaje convertida a la forma binaria estará normalmente en el número de niveles que siempre es una potencia de 2. Este proceso se llama cuantificación.

Elementos básicos del sistema PCM

Elementos básicos del sistema PCM

En el extremo del receptor, un demodulador de código de pulsos decodifica la señal binaria de nuevo en pulsos con los mismos niveles cuánticos que los del modulador. Mediante otros procesos, podemos restaurar la forma de onda analógica original.

Teoría de la modulación del código de impulsos

Este diagrama de bloques anterior describe todo el proceso de PCM. La fuente del tiempo continuo señal de mensaje pasa a través de un filtro de paso bajo y luego se realizará el muestreo, la cuantificación y la codificación. Veremos en detalle paso a paso.


Muestreo

El muestreo es un proceso de medición de la amplitud de una señal de tiempo continuo en instantes discretos, convierte la señal continua en una señal discreta. Por ejemplo, conversión de una onda de sonido en una secuencia de muestras. La muestra es un valor o conjunto de valores en un momento determinado o puede estar espaciado. Sampler extrae muestras de una señal continua, es un subsistema ideal. El muestreador produce muestras que son equivalentes al valor instantáneo de la señal continua en los diversos puntos especificados. El proceso de muestreo genera una señal de amplitud de pulso modulada (PAM) de superficie plana.

Señal analógica y muestreada

Señal analógica y muestreada

La frecuencia de muestreo, Fs es el número de muestras promedio por segundo, también conocido como frecuencia de muestreo. Según el teorema de Nyquist, la frecuencia de muestreo debe ser al menos 2 veces la frecuencia de corte superior. Frecuencia de muestreo, Fs> = 2 * fmax para evitar el efecto de aliasing. Si la frecuencia de muestreo es muy superior a la tasa de Nyquist, se convierte en sobremuestreo; en teoría, se puede reconstruir una señal con ancho de banda limitado si se muestrea por encima de la tasa de Nyquist. Si la frecuencia de muestreo es menor que la tasa de Nyquist, se convertirá en submuestreo.

Básicamente se utilizan dos tipos de técnicas para el proceso de muestreo. Éstos son 1. Muestreo natural y 2. Muestreo de superficie plana.

Cuantificación

En la cuantificación, una muestra analógica con una amplitud que se convierte en una muestra digital con una amplitud que toma uno de un conjunto definido específicamente de valores de cuantificación. La cuantificación se realiza dividiendo el rango de valores posibles de las muestras analógicas en algunos niveles diferentes y asignando el valor central de cada nivel a cualquier muestra en el intervalo de cuantificación. La cuantificación aproxima los valores de la muestra analógica con los valores de cuantificación más cercanos. Por tanto, casi todas las muestras cuantificadas diferirán de las muestras originales en una pequeña cantidad. Esa cantidad se llama error de cuantificación. El resultado de este error de cuantificación es que escucharemos un silbido al reproducir una señal aleatoria. Conversión de muestras analógicas en números binarios que son 0 y 1.

En la mayoría de los casos, usaremos cuantificadores uniformes. La cuantificación uniforme es aplicable cuando los valores de la muestra están en un rango finito (Fmin, Fmax). El rango total de datos se divide en 2n niveles, sean L intervalos. Tendrán una longitud igual Q. Q se conoce como intervalo de cuantificación o tamaño de paso de cuantificación. En la cuantificación uniforme, no habrá error de cuantificación.

Señal uniformemente cuantificada

Señal uniformemente cuantificada

Tal como lo conocemos,
L = 2n, luego tamaño de paso Q = (Fmax - Fmin) / L

El intervalo i se asigna al valor medio. Almacenaremos o enviaremos solo el valor de índice del valor cuantificado.

Un valor de índice de valor cuantificado Qi (F) = [F - Fmin / Q]

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

Pero hay algunos problemas que surgen en la cuantificación uniforme que son

  • Solo óptimo para la señal distribuida uniformemente.
  • Las señales de audio reales están más concentradas cerca de los ceros.
  • El oído humano es más sensible a los errores de cuantificación en valores pequeños.

La solución a este problema está utilizando la cuantificación no uniforme. En este proceso, el intervalo de cuantificación es menor cerca de cero.

Codificación

El codificador codifica las muestras cuantificadas. Cada muestra cuantificada se codifica en un Palabra de código de 8 bits mediante el uso de la ley A en el proceso de codificación.

  • El bit 1 es el bit más significativo (MSB), representa la polaridad de la muestra. '1' representa polaridad positiva y '0' representa polaridad negativa.
  • Los bits 2, 3 y 4 definirán la ubicación del valor de la muestra. Estos tres bits juntos forman una curva lineal para muestras positivas o negativas de bajo nivel.
  • Los bits 5, 6, 7 y 8 son los bits menos significativos (LSB); representa uno de los segmentos de valor cuantificado. Cada segmento se divide en 16 niveles cuánticos.

PCM son dos tipos de modulación de código de pulso diferencial (DPCM) y modulación de código de pulso diferencial adaptativo (ADPCM).

En DPCM, solo se codifica la diferencia entre una muestra y el valor anterior. La diferencia será mucho menor que el valor total de la muestra, por lo que necesitamos algunos bits para obtener la misma precisión que en PCM ordinario. De modo que la tasa de bits requerida también se reducirá. Por ejemplo, en un código de 5 bits, 1 bit es para polaridad y los 4 bits restantes para 16 niveles cuánticos.

La ADPCM se logra adaptando los niveles de cuantificación a las características de la señal analógica. Podemos estimar los valores con los valores muestrales anteriores. La estimación de errores se realiza de la misma forma que en DPCM. En el método ADPCM de 32 Kbps, la diferencia entre el valor predicho y la muestra, el valor se codifica con 4 bits, por lo que obtendremos 15 niveles cuánticos. En este método, la velocidad de datos es la mitad de la PCM convencional.

Demodulación de código de pulso

La demodulación de código de pulso hará lo mismo proceso de modulación en reversa. La demodulación comienza con el proceso de decodificación, durante la transmisión, la señal PCM se verá afectada por interferencias de ruido. Entonces, antes de que la señal PCM se envíe al demodulador PCM, tenemos que recuperar la señal en el nivel original para lo que estamos usando un comparador. La señal PCM es una señal de onda de pulso en serie, pero para la demodulación, necesitamos que una onda sea paralela.

Al utilizar un convertidor de serie a paralelo, la señal de onda de pulso en serie se convertirá en una señal digital en paralelo. Después de eso, la señal pasará a través del decodificador de n bits, debería ser un convertidor de digital a analógico. El decodificador recupera los valores de cuantificación originales de la señal digital. Este valor de cuantificación también incluye muchos armónicos de alta frecuencia con señales de audio originales. Para evitar señales innecesarias, utilizamos un filtro de paso bajo en la parte final.

Ventajas de la modulación de código de pulso

  • Las señales analógicas se pueden transmitir a través de un dispositivo digital de alta velocidad. sistema de comunicación .
  • La probabilidad de que ocurra un error se reducirá mediante el uso de métodos de codificación apropiados.
  • PCM se utiliza en el sistema Telkom, grabación de audio digital, efectos especiales de video digitalizado, video digital, correo de voz.
  • El PCM también se utiliza en unidades de control de radio como transmisores y también como receptor para automóviles, barcos y aviones a control remoto.
  • La señal PCM es más resistente a las interferencias que las señales normales.

Esto se trata de Modulación y demodulación de código de pulso . Creemos que la información proporcionada en este artículo es útil para comprender mejor este concepto. Además, cualquier consulta relacionada con este artículo o cualquier ayuda para implementar proyectos eléctricos y electrónicos , puede acercarse a nosotros comentando en la sección de comentarios a continuación. Aquí tiene una pregunta: ¿Cuáles son las aplicaciones de la modulación por código de pulso?

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