اصول pcm

[Mehdi.Aref 26,774]

- نمونه برداري : حداقل ميزان يا تعداد نمونه هاي لازم از يك سيگنال آنالوگ كه اطلاعات اوليه آن سيگنال حفظ شود را فركانس نمونه برداري مشخص ميكند .اين فركانس بايد بيش از دو برابر بالاترين فركانس سيگنال آنالوگ باشد . فركانس سيگنال Fa > Fs فركانس نمونه برداري

با توجه به اينكه فركانس سيگنالهاي ناشي از صوت انسان بين 3400-300 هرتز مي باشد فركانس نمونه برداري را 8000 HZ در نظر مي گيرند .يعني از سيگنال الكتريكي ناشي از صوت 800 بار در ثانيه نمونه برداري مي شود .

فاصله زماني بين دو نمونه متوالي از يك سيگنال بوسيله رابطه زير محاسبه ميشود :

Ta = 1/Fs = 1/8000 =125 msec

در شكل بالا چگونگي انتقال سيگنال تلفني از طريق يك فيلتر پايين گذر به يك سوئيچ الكترونيكي ( مدار نمونه برداري ) نشان داده شده است كه فيلتر پايين گذر باند فركانسي را به 4 كيلوهرتز محدود مي سازد . بطوريكه فركانسهاي بالاتر از فركانس نمونه برداري را حذف ميكند .مدار نمونه بردار با فركانس 8 كيلو هرتز از سيگنال تلفني در هر 125 ميلي ثانيه نمونه برداري مي كند . بنابراين خروجي حاصل از نمونه بردار يكسري PAM مي باشد .

 

2- كوانتيزه كردن : سيگنال هاي تلفني PAM هنوز به صورت آنالوگ مي باشند . چون ارسال نمونه ها به طريق ديجيتال ساده تر مي باشد . در اولين مرحله بايد سيگنال هاي PAM كه داراي مقادير اعشاري ميباشند به اعداد صحيح تبديل كرد كه اين عمل بوسيله فواصل كوانتيزه انجام مي پذيرد . اصول كوانتيزاسيون در شكل نشان داده شده است .

تعداد 16 فاصله كوانتيزه در شكل ديده ميشود . اين فاصله ها در محدوده +1 تا +8 و در محدوده منفي -1 تا -8 تقسيم شده است و براي هر نمونه مقادير كوانتيزه مناسبي انتخاب شده است .

مرزهاي تصميم گيري حد فاصل بين مرز هاي مجاور را مشخص ميكند . بنابراين در جهت ارسال مقادير آنالوگ متعددي در يك فصله كوانتيزه قرار مي گيرد . در جهت در يافت يك مقدار ثابت آنالوگ براي هر سيگنال كه برابر با نقطه مياني فاصله كوانتيزه است بدست مي آيد . اين عمل باعث مي شود تفاوت هاي بين نمونه سيگنال هاي تلفني اوليه در جهت ارسال و مقادير بازيابي شده در طرف دريافت بوجود بيايد .به طوري كه اين اختلاف مي تواند تا نصف يك فاصله كوانتيزه باشد . اين خطا به صورت نويز كه منطبق بر سيگنال اصلي است ظاهر مي شود . اين خطاهاي كوانتيزاسيون را ميتوان با افزايش تعداد فواصل كوانتيزه كمتر كرد .

اگر فواصل كوانتيزاسيون براي تمامي رنج هاي دامنه يكسان باشد ، در سيگنال هاي با دامنه كوچكتر خطاهاي بزرگتري بوجود مي آيد كه اين خطا ها ميتواند به اندازه سيگنالهاي ورودي باشد .در نتيجه نسبت سيگنال به نويز كوانتيزاسيون آنقدر بزرگ نخواهد بود به همين دليل عملا از 256 فاصله كوانتيزه نامساوي استفاده مي شود .

در كوانتيزه غير يكنواخت فواصل كوانتيزه كوچكتر براي سيگنالهاي با دامنه كم و فواصل كوانتيزه بزرگتر براي سيگنال با دامنه بيشتر به كار مي رود . بنابراين نسبت سيگنال ورودي به خطاي كوانتيزه تقريبا براي تمامي دامنه هاي يكسان خواهد بود .

1- كد بندي : سيگنال هاي PCM از كد نمودن فواصل يا step هاي كوانتيزه شده بدست مي آيد . فواصل مثبت را از يك تا 128 و فواصل كوانتيزه منفي را از -1 تا – 128 نشان داده مي شود .كد كننده الكتريكي به هريك از step ها يك كد هشت بيتي اختصاص مي دهد .

يك كد باينري 8 رقمي براي نشان دادن هر يك از 128 فاصله كوانتيزه مثبت يا منفي از مجموع 2^8= 256

فاصله اختصاص يافته است . پس هر كلمه PCM داراي 8 بيت است . بيت اول تمامي كلمات PCM به كار رفته در فواصل كوانتيزه منفي يك بوده و در فواصل مثبت صفر مي باشد .

 

4- Multiplexing ( تركيب كردن ) :

كلمات PCM هشت بيتي چند سيگنال تلفني مي توانند متواليا و در سيگنال هاي تكرار شونده كلمات PCM چندين سيگنال تلفني در يك رديف يكي بعد از ديگري قرار مي گيرند .اين عمل را مالتي پلكس زماني TDM مي گويند . پروسه هائي كه در مالتي پلكس به كار ميروند كلا الكترونيكي مي باشند .

فاصله زماني لازم جهت ارسال يك كلمه PCM را يك time slat ( شيار زماني ) مي گويند . يك زنجيره از كلمات PCM را يك فريم مي گويند.

تبديل ديجيتال به آنالوگ :

 

1- تفكيك كردن ( depultiplexing ) : در سمت دريافت به هنگام رسيدن هر time slat از يك فريم آنرا روي خروجي مربوط به خودش ارسال مي كند .

 

2- decoding ( دي كد كردن ) : بعد از ارسال هر كلمه هشت بيتي PCM به خروجي خودش مبدل digital/analog به هر كلمه PCM يك دامنه اختصاص مي دهد كه مقدار آن برابر وسط فاصله كوانتيزه مي باشد .به اين ترتيب كلمات PCM به ترتيب دريافت شده و به سيگنال هاي PCM تبديل مي شوند . سر انجام اين سيگنال هاي PAM پس از عبور از يك فيلتر پايين گذر به سيگنالهاي آنالوگ تلفني اوليه تبديل ميگردند.

 

سيگنال تنظيم فريم :

 

براي جدا سازي فريم ها از يكديگر كه به صورت پشت سر هم ارسال مي شوند در time slat شماره صفر يك كلمه منحصر به فرد قرار داده مي شود تا گيرنده با در يافت آن ابتداي هر فريم را تشخيص دهد و از تداخل فريم ها در يكديگر جلوگيري نمايند.