Лекція №6 Імпульсно - кодова модуляція
Імпульсно – кодова модуляція ( pulse code modulation - PCM ) це назва дана класу низькочастотних сигналів, отриманих з сигналів амплітудно – імпульсної модуляції методом кодування кожної квантової вибірки цифровим словом.
Висхідна інформація дискретизується і квантується в один із L-рівнів.
Після цього кожна квантова вибірка проходить цифрове кодування для перетворення
в l-бітове кодове слово.
l=log2L
Для низькочастотної передачі біти кодового слова перетворюються в імпульсні сигнали. На наступному малюнку зображена бінарна імпульсно - кодова модуляція.
Амплітуди аналогового сигналу x(t) обмежені діапазоном від -4 до 4В. Крок між між рівнями квантування складає 1В. Використовується 8 квантових рівнів. Вони розміщені від -3,5В до +3,5В. Рівню -3,5В присвоємо кодовий номер 0, рівню +3,5В – кодовий номер 7. Кожний кодовий номер має двійкове представлення від 000 до 111.
Інтервали квантування між рівнями повинні бути однаковими і вони повинні бути симетричними відносно нуля. Кожна вибірка аналогового сигналу отримується найближчим рівнем квантування. В системі зв’язку реального часу повідомлення повинні доставлятися без затримки. Час передачі повинен бути однаковим для всіх вибірок.
Якщо на вибірку приходиться більше бітів, то вони повинні передаватися швидше, тобто біти повинні бути вужчими. Це приводить до підвищення швидкості передачі даних. За це ми платимо збільшенням смуги пропускання.
Сказане пояснює як можна отримати більш точну передачу даних за рахунок збільшення смуги пропускання. Але слід пам’ятати, що є області зв’язку де затримка цілком допустима. Розглянемо, наприклад, передачу планетарних зображень з космічного апарату Galileo. Він почався в 1989 році. АпаратGalileoприбув до місця призначення в 1995 році. Завдання було сфотографувати і передати на Землю зображення Юпітера. Подорож зайняла декілька років. Відповідно затримка сигналу на декілька хвилин, годин, або днів не буде великою. В таких випадках можемо обійтися і часовою затримкою.
Квантування з постійним і змінним кроком.
Передача мови – це дуже важлива область цифрового зв’язку. Людська мова характеризується унікальними статистичними властивостями. На наступному малюнку зображено статистичний розподіл амплітуд мови людини.
Для більшості каналів голосового зв’язку домінують дуже низькі тони : 50% часу напруга, яка характеризує енергію мови складає менше чверті середньо-квадратичного значення. Значення з великими амплітудами зустрічаються доволі рідко. Тільки 15% часу напруга перевищує середньо-квадратичне значення. Якщо використовувати рівномірне квантування, то така система зв’язку буде не економною. Нерівномірне квантування може забезпечити краще квантування слабих сигналів і грубе квантування сильних сигналів. На наступному малюнку ми зобразимо нерівномірне і рівномірне квантування.
Для сигналів мовлення динамічний діапазон складає 40 дБ
Співвідношення ДБ
потужності
10110
10220
10330
10440
10550
10660
В стандартному телефонному зв’язку використовується не рівномірне квантування, а пристрій з логарифмічним стискуванням. При цьому відношення сигнал – шум на виході не залежить від розподілу рівнів на вході.