3. مقدمه
مدوالسیون کد پالس یک شیوه کدگذاری رقمی سیگنال آنالوگ در مخابرات است. •
در این مدوالسیون 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 ۵۵۲).
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.
4. • کیفیت نتیجهٔ این مدوالسیون به دو عامل بستگی دارد: سرعت
نمونهبرداری و تعداد سطوح کوانتیزهکردن. شرط الزم برای
سرعتنمونهبرداری این است که فرکانس نمونهبرداری بیشتر از فرکانس
نایکوئیست سیگنال آنالوگ باشد. همچنین با افزایش تعداد سطوح
کوانتیزهکردن سیگنال دیجیتال معادل تقریب بهتری از سیگنال آنالوگ اولیه
ِ
خواهد بود. در مدوالسیون کد پالس استفادهشده درسیدیهای صوتی فرکانس
نمونهبرداری ۱٫۴۴کیلوهرتز و تعداد سطوح کوانتیزهکردن ۶۳۵۵۶ (معادل
۶۱ بیت) است. کاربرد در تلفن همراه : از تکنولوژی خطوط پی سی ام در
تلفن همراه در بخشی مانند dspدی اس پی برای بخش صوت استفاده می
شود.منظور دی اس پی
• ()digital system processorمحل کنترل و تحلیل سیگنال های
دیجیتالی صوتی و تصویری در بخش تشخیص سیستم های آنالوگ و
دیجیتالی می باشد
5.
6. تاریخچه
•
•
•
•
•
•
•
pcmدر سال 7391 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 8491 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
مدوالسیون شد
در سال 5691 در سفینه ماینر 4 برای عکس برداری از مریخ قرار گرفت و
توانست تصویری با فاصله 000.000.002 کیلومتری زمین را با فرستنده ای
01 وات در زمان 03 دقیقه ارسال کند.تقریبا هیچ سیستمی از عهده چنین کاری
بر نمی آمد .
7. کوانتیزه کردن
نویز کوانتیزه کردن
اگر سیگنال حقیقی باسیگنالی که در شکل است مقایسه شود،
بالفاصله 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 کامالً غیر قابل پیش بینی
است واز این رو تصادفی خوانده می شود.
می بینیم 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 الزم متناسب
با تعداد بیت هائی است که در ثانیه فرستاده می شود. در
سیستم های عملی 821 تراز برای کالم کامالً کافی است
8.
9.
10.
11. فرستنده pcm
•
•
•
•
•
•
شکل موج ورودسی از یک LPFعبور 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 ADCعمل کرده و این تبدیل با آهنگ
Fs=1/tsانجام می دهد.
زمان سنج با فرکانس 2 برابر پهنای باند فعال می باشد
12.
13.
14.
15. گیرنده pcm
•
•
•
•
•
•
اگر سیگنال خروجی آلوده به نویز باشد و نسبت سیگنال به نویز
زیاد باشدباز سازی شکل موج تقریبا بی خطا خواهد بود.
عملیات تبدیل سری به موازی
کد گشای Mتایی
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.
16.
17.
18. نویز
•
•
•
•
•
نویز تصادفی افزوده به سیگنال pcmباعث 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 عالوه بر نویز کوانتش به نویز کدگشایی نیز آلوده است.
در کل مدوالسیون با سطح دامنه ثابت از بهبودی بهتری برای سیگنال به نویز دارند.
مصونیت pcmبه نویز بسیار باالست مثال در یک سیستم با (S/N)=21dBکه برای
سایر مدوالسیون بسیار مقدار کمی است به خوبی کار می کند.
در کل اعوجاج تاثیری ندار و حضور وغیاب پالس مهم هست.
مثال برای یک pcmدر یک کانال 4KHzاین مقدار سیگنال به نویز باعث سرعت
خطایی برابر 1 خطا در 00001 عالمت فرستنده می شود.
19.
20. انقباض یا کوانتش غیر یک نواخت
•
•
•
•
میدانیم خطای کوانتش برابر2/1دامنه سطح کوانتیزه می باشد.مثال برای سیستمی
که دارای 821 تراز استاندارد هست حد اکثر خطا برابر 652/1 می باشد.
در حالتی که دامنه سیگنال مثل شکل کوچک باشد کوانتیزاسیون یک نواخت می
تواند سبب بروز خطا شود.مثال خطا در همان سیستم 821 ترازی با داشتن
سیگنالی با دامنه 46/1 خطایی برابر ¼ خواهیم داشت.
بخار این علت از کوانتش غیر یکنوات برای pcmاستفاده 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 مدوالسیون معوج ساخت
و پس از دمدوالسیون 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.
21.
22. مدوالسیون پالس کد تفضلی
• این روش به pcmمعمولی خیلی شبیه هست.اختالف ها دراین است که در
روش معمولی دامنه سیگنال ورودی نمونه برداری میشود ولی در این روش
اختالف 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 pcmتفاضلی را محدود کرده است.
23. مدوالسیون دلتا
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.
24. مدوالسیون دلتا سیگما
• سیستم مدوالسیون دلتا مشتق ورودی را می گیرد و در مواردی که
داده نویز دارد ، نویز می تواندخطای انباشته در سیگنال دمدوله شده
اعمال کند.اگر سیگنا نیز مولفه dcنیز داشته باشد مشکل دیگری
بروز می کند.
• در این روش مدوالسون دلتا را در نظر میگیریم.و یک انتگرال گیر
(یا انباره ای)به ورودی اعمال می کنیمتا 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
مدوالسون دلتا حل شده و انتگرال گیر و مشتق گیر یک دیگر را
خنثی می کند.
25.
26. نمونه برداری سیگنالهای صوتی
شاخص های نمونه برداری سیگنالهای صوتی می توان بقرار زیر خالصه نمود:
تعداد نمونه ها یا ”“sampling rate
مقدار اطالعات در هر نمونه ”“bit depth
تعداد کانالهایی که باید نمونه برداری شوند”“Mono or Stereo
در حال حاضر سه فرکانس نمونه برداری استاندارد در عمل وجود دارد:
استاندارد حرفه ای انتشار/پخش
– اولین فرکانسی که در خطوط ارتباطی زمینی و تغذیه فرستنده های اف ام استفاده شد،
32kHzبود.
استاندارد دستگاههای خانگی
– فرکانس ، 44.1kHzهدف از این انتخاب آن بود که بتوان با استفاده از ویدئو تیپ های
یوماتیک سیستم های NTSCو PALو با استفاده از یک آداپتور ،PCMصدای دیجیتال را
که به سیگنالی شبیه ویدئو تبدیل شده، روی نوار ویدئو ضبط و پخش کرد.
استاندارد پخش و ضبط در رادیو- تلویزیون
– 48kHz
27. نمونه برداری سیگنالهای تصویر
برای ایجادسیگنالهای تصویر دیجیتال از فرکانس نمونه برداری چهار برابر فرکانس موج حامل رنگ استفاده میشود.
در این خصوص در NTSCبرای تبدیل تصویر آنالوگ به دیجیتال استانداردی بنام SMPTE 244Mتدوین گردید که مشخصات
آن بقرار زیر است:
تعداد نمونه ها بر خط یا ”910 :“sample per total line
فرکانس نمونه برداری:””4fSC=14.32818MHz
شیوه کوانتیزیشن: Uniformly quantized
رزولیشن کوانتیزیشن: 8-10 bits/Syample48kHz
• در PALاستاندارد 106-:ITU
28. مثال1: نحوه دیجیتایز نمودن یک سیگنال صوتی
مشخصات سیگنال آنالوگ صدا:
– W=4 kHz
فرکانس نمونه برداری حداقل:
)– fs≥2W=8 kHz (8000 samples/sec
مشخصات کوانتایزر:
– بمنظور حفظ کیفیت صدا پس از آشکارسازی از یک انکدر حداقل 8 بیتی باید استفاده کنیم که در اینصورت تعداد سطوح
کوانتایزر برابر 652 بدست خواهد آمد.
– L=28=256 levels
نرخ بیت خروجی:
– چون نرخ خروجی سمپلر 0008 نمونه در ثانیه بوده و هر نمونه حاوی8بیت میباشد لذا نرخ بیت خروجی نهایی 00046بیت بر
ثانیه(یا 0008بایت بر ثانیه) بدست میآید.
29. مثال2: مشخصات سیگنال موسیقی دیجیتال با کیفیت
مشخصات سیگنال صدای خام(آنالوگ):
•
استریوی دو کاناله
فرکانس نمونه برداری
• 44.1 kHz
مشخصات کوانتایزر
• ”تعداد بیت اختصاص داده شده به هر نمونه: “16 bits
نرخ بیت نهایی CDبهنگام Readیا write
• 21644,100 = 1.4 Mbits/s
حجم نهایی یک CDصوتی شامل یک ساعت صدای استریوی دیجیتال شده
)• (1.43,600 )/8= 635 MB (Mega byte
30. مراجع
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 •
