Mã xung điều chế là một phương pháp được sử dụng để chuyển đổi một tín hiệu tương tự thành tín hiệu kỹ thuật số để một tín hiệu tương tự đã sửa đổi có thể được truyền qua mạng truyền thông kỹ thuật số. PCM ở dạng nhị phân, vì vậy sẽ chỉ có hai trạng thái có thể có là cao và thấp (0 và 1). Chúng tôi cũng có thể lấy lại tín hiệu tương tự của mình bằng cách giải điều chế. Quá trình điều chế mã xung được thực hiện theo ba bước Lấy mẫu, Lượng tử hóa và Mã hóa. Có hai loại điều chế mã xung cụ thể như điều chế mã xung vi sai (DPCM) và điều chế mã xung vi sai thích ứng (ADPCM)

“sự khác biệt giữa arduino mega và una ”

Sơ đồ khối của PCM

Đây là sơ đồ khối của các bước được bao gồm trong PCM.

Trong lấy mẫu, chúng tôi đang sử dụng bộ lấy mẫu PAM là Bộ lấy mẫu điều chế biên độ xung chuyển đổi tín hiệu biên độ liên tục thành tín hiệu rời rạc-thời gian- liên tục (xung PAM). Sơ đồ khối cơ bản của PCM được đưa ra dưới đây để hiểu rõ hơn.

Điều chế mã xung là gì?

Để nhận dạng sóng được điều chế mã xung từ dạng sóng tương tự tại máy phát cuối (nguồn) của một mạch liên lạc, biên độ của các mẫu tín hiệu tương tự trong các khoảng thời gian đều đặn. Tốc độ lấy mẫu hoặc số lượng mẫu mỗi giây gấp vài lần tần số tối đa. Tín hiệu thông báo được chuyển đổi thành dạng nhị phân thường sẽ ở số mức luôn có công suất là 2. Quá trình này được gọi là lượng tử hóa.

Các yếu tố cơ bản của hệ thống PCM

Ở đầu cuối máy thu, một bộ giải điều chế mã xung sẽ giải mã tín hiệu nhị phân trở lại thành các xung có cùng mức lượng tử như trong bộ điều chế. Bằng các quy trình tiếp theo, chúng tôi có thể khôi phục lại dạng sóng tương tự ban đầu.

Lý thuyết điều chế mã xung

Sơ đồ khối trên mô tả toàn bộ quá trình của PCM. Nguồn của thời gian liên tục tín hiệu tin nhắn được đưa qua bộ lọc thông thấp và sau đó lấy mẫu, Lượng tử hóa, Mã hóa sẽ được thực hiện. Chúng ta sẽ xem chi tiết từng bước.

Lấy mẫu

Lấy mẫu là một quá trình đo biên độ của tín hiệu thời gian liên tục tại các thời điểm rời rạc, chuyển tín hiệu liên tục thành tín hiệu rời rạc. Ví dụ, chuyển đổi một sóng âm thanh thành một chuỗi các mẫu. Mẫu là một giá trị hoặc tập hợp các giá trị tại một thời điểm hoặc nó có thể cách nhau. Bộ lấy mẫu trích xuất các mẫu của một tín hiệu liên tục, nó là bộ lấy mẫu lý tưởng của hệ thống con tạo ra các mẫu tương đương với giá trị tức thời của tín hiệu liên tục tại các điểm khác nhau được chỉ định. Quá trình Lấy mẫu tạo ra tín hiệu được điều chế biên độ xung (PAM) đỉnh phẳng.

Tín hiệu tương tự và lấy mẫu

Tần suất lấy mẫu, Fs là số lượng mẫu trung bình trong một giây còn được gọi là Tốc độ lấy mẫu. Theo Định lý Nyquist tốc độ lấy mẫu ít nhất phải bằng 2 lần tần số ngưỡng trên. Tần số lấy mẫu, Fs> = 2 * fmax để tránh Hiệu ứng răng cưa. Nếu tần số lấy mẫu cao hơn tốc độ Nyquist, nó trở thành Lấy mẫu quá mức, về mặt lý thuyết, tín hiệu giới hạn băng thông có thể được tái tạo lại nếu được lấy mẫu ở trên tốc độ Nyquist. Nếu tần số lấy mẫu nhỏ hơn tỷ lệ Nyquist, nó sẽ trở thành Lấy mẫu dưới.

Về cơ bản có hai loại kỹ thuật được sử dụng cho quá trình lấy mẫu. Đó là 1. Lấy mẫu tự nhiên và 2. Lấy mẫu phẳng.

Lượng tử hóa

Trong lượng tử hóa, một mẫu tương tự có biên độ được chuyển đổi thành mẫu kỹ thuật số với biên độ nhận một trong các giá trị lượng tử hóa được xác định cụ thể. Lượng tử hóa được thực hiện bằng cách chia phạm vi giá trị có thể có của các mẫu tương tự thành một số mức khác nhau và gán giá trị trung tâm của mỗi mức cho bất kỳ mẫu nào trong khoảng lượng tử hóa. Lượng tử hóa xấp xỉ các giá trị mẫu tương tự với các giá trị lượng tử hóa gần nhất. Vì vậy, hầu như tất cả các mẫu đã định lượng sẽ khác với mẫu ban đầu một lượng nhỏ. Số tiền đó được gọi là lỗi lượng tử hóa. Kết quả của lỗi lượng tử hóa này là chúng ta sẽ nghe thấy tiếng rít khi phát một tín hiệu ngẫu nhiên. Chuyển đổi các mẫu tương tự thành các số nhị phân 0 và 1.

Trong hầu hết các trường hợp, chúng tôi sẽ sử dụng các bộ định lượng thống nhất. Lượng tử hóa đồng nhất có thể áp dụng khi các giá trị mẫu nằm trong một phạm vi hữu hạn (Fmin, Fmax). Tổng phạm vi dữ liệu được chia thành 2n mức, gọi là L khoảng. Chúng sẽ có độ dài bằng nhau Q. Q được gọi là Khoảng lượng tử hóa hoặc kích thước bước lượng tử hóa. Trong lượng tử hóa đồng nhất, sẽ không có lỗi lượng tử hóa.

Tín hiệu được lượng tử hóa đồng nhất

Như chúng ta biết,
L = 2n, sau đó Kích thước bước Q = (Fmax - Fmin) / L

“các loại hệ thống thời gian thực ”

Khoảng thời gian i được ánh xạ tới giá trị giữa. Chúng tôi sẽ lưu trữ hoặc chỉ gửi giá trị chỉ mục của giá trị đã lượng tử hóa.

Giá trị chỉ mục của giá trị lượng tử Qi (F) = [F - Fmin / Q]

Giá trị lượng tử hóa Q (F) = Qi (F) Q + Q / 2 + Fmin

Nhưng có một số vấn đề được đặt ra trong quá trình lượng tử hóa thống nhất đó là

Chỉ tối ưu cho tín hiệu được phân phối đồng đều.
Tín hiệu âm thanh thực tập trung hơn ở gần số không.
Tai người nhạy cảm hơn với các lỗi lượng tử hóa ở các giá trị nhỏ.

Giải pháp cho vấn đề này là sử dụng lượng tử hóa không đồng nhất. Trong quá trình này, khoảng lượng tử hóa nhỏ hơn gần bằng không.

Mã hóa

Bộ mã hóa mã hóa các mẫu lượng tử hóa. Mỗi mẫu lượng tử hóa được mã hóa thành một Từ mã 8 bit bằng cách sử dụng luật A trong quá trình mã hóa.

Bit 1 là bit quan trọng nhất (MSB), nó đại diện cho cực của mẫu. “1” đại diện cho cực dương và “0” đại diện cho cực âm.
Bit 2,3 và 4 sẽ xác định vị trí của giá trị mẫu. Ba bit này cùng nhau tạo thành một đường cong tuyến tính cho các mẫu âm hoặc dương mức thấp.
Bit 5,6,7 và 8 là các bit ít quan trọng nhất (LSB) nó đại diện cho một trong các giá trị lượng tử hóa của các phân đoạn. Mỗi phân đoạn được chia thành 16 mức lượng tử.

PCM là hai loại Điều chế mã xung vi sai (DPCM) và Điều chế mã xung vi sai thích ứng (ADPCM).

Trong DPCM, chỉ sự khác biệt giữa một mẫu và giá trị trước đó được mã hóa. Sự khác biệt sẽ nhỏ hơn nhiều so với tổng giá trị mẫu, vì vậy chúng tôi cần một số bit để có được độ chính xác như trong PCM thông thường. Vì vậy, tốc độ bit yêu cầu cũng sẽ giảm. Ví dụ, trong mã 5 bit, 1 bit dành cho phân cực và 4 bit còn lại dành cho 16 mức lượng tử.

ADPCM đạt được bằng cách điều chỉnh các mức lượng tử hóa thành các đặc tính của tín hiệu tương tự. Chúng tôi có thể ước tính các giá trị với các giá trị mẫu trước đó. Ước tính lỗi được thực hiện giống như trong DPCM. Trong phương pháp ADPCM 32Kbps, sự khác biệt giữa giá trị dự đoán và mẫu, giá trị được mã hóa bằng 4 bit, do đó chúng tôi sẽ nhận được 15 mức lượng tử. Trong phương pháp này, tốc độ dữ liệu bằng một nửa so với PCM thông thường.

Giải điều chế mã xung

Giải điều chế mã xung sẽ hoạt động tương tự quá trình điều chế ngược lại. Giải điều chế bắt đầu với quá trình giải mã, trong quá trình truyền tín hiệu PCM sẽ bị ảnh hưởng bởi nhiễu nhiễu. Vì vậy, trước khi tín hiệu PCM gửi vào bộ giải điều chế PCM, chúng ta phải khôi phục tín hiệu về mức ban đầu mà chúng ta đang sử dụng bộ so sánh. Tín hiệu PCM là tín hiệu sóng xung nối tiếp, nhưng để giải điều chế, chúng ta cần một sóng song song.

Bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi nối tiếp sang song song, tín hiệu sóng xung loạt sẽ được chuyển thành tín hiệu số song song. Sau đó tín hiệu sẽ đi qua bộ giải mã n-bits, nó phải là bộ chuyển đổi Digital sang Analog. Bộ giải mã khôi phục các giá trị lượng tử hóa ban đầu của tín hiệu số. Giá trị lượng tử hóa này cũng bao gồm rất nhiều sóng hài tần số cao với tín hiệu âm thanh gốc. Để tránh các tín hiệu không cần thiết, chúng tôi sử dụng bộ lọc thông thấp ở phần cuối cùng.

Ưu điểm của điều chế mã xung

Tín hiệu tương tự có thể được truyền qua kỹ thuật số tốc độ cao hệ thống thông tin liên lạc .
Xác suất xảy ra lỗi sẽ giảm bằng cách sử dụng các phương pháp mã hóa thích hợp.
PCM được sử dụng trong hệ thống Telkom, ghi âm kỹ thuật số, hiệu ứng đặc biệt video số hóa, video kỹ thuật số, hộp thư thoại.
PCM cũng được sử dụng trong các đơn vị điều khiển vô tuyến như máy phát và cũng là máy thu cho ô tô, tàu thuyền, máy bay được điều khiển từ xa.
Tín hiệu PCM có khả năng chống nhiễu tốt hơn các tín hiệu bình thường.

Đây là tất cả về Điều chế và giải điều chế mã xung . Chúng tôi tin rằng thông tin được đưa ra trong bài viết này là hữu ích để bạn hiểu rõ hơn về khái niệm này. Hơn nữa, bất kỳ truy vấn nào liên quan đến bài viết này hoặc bất kỳ trợ giúp nào trong việc triển khai dự án điện và điện tử , bạn có thể tiếp cận với chúng tôi bằng cách bình luận trong phần bình luận bên dưới. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, Các ứng dụng của Điều chế mã xung là gì?

Tín ảnh: