Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.
‫‪Pulse-code modulation‬‬
‫‪Pcm‬‬
‫تهیه کننده :دانیال خسروی‬
‫پروژه آزمایشگاه مخابرات استاد خوشنیت‬
‫فهرست‬
‫1-مقدمه‬

‫2-تاریخچه‬

‫7-انقباض‬

‫3-فرستنده‬

‫8-مدوالسیون پالس کد تفاضلی‬

‫4-گیرنده‬

‫11-مدوالسیون دلتا‬

‫5...
‫مقدمه‬
‫مدوالسیون کد پالس یک شیوه کدگذاری رقمی سیگنال آنالوگ در مخابرات است. •‬
‫در این مدوالسیون بزرگی سیگنال در فواصل ز...
‫• کیفیت نتیجهٔ این مدوالسیون به دو عامل بستگی دارد: سرعت‬
‫نمونهبرداری و تعداد سطوح کوانتیزهکردن. شرط الزم برای‬
‫سرعتنمو...
‫تاریخچه‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬

‫•‬
‫•‬

‫‪pcm‬در سال 7391 توسط «الکس اچ ریوز» در انگلستان ساخته شد.‬
‫این سیستم به علت پیچ...
‫کوانتیزه کردن‬
‫نویز کوانتیزه کردن‬
‫اگر سیگنال حقیقی باسیگنالی که در شکل است مقایسه شود،‬
‫بالفاصله مشاهده می گردد که کو...
‫فرستنده ‪pcm‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬

‫شکل موج ورودسی از یک ‪ LPF‬عبور کرده.‬
‫یک کوانتش کننده به نزدیک ترین مقدار گسست...
‫گیرنده ‪pcm‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬

‫اگر سیگنال خروجی آلوده به نویز باشد و نسبت سیگنال به نویز‬
‫زیاد باشدباز سازی شکل...
‫نویز‬
‫•‬

‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬

‫نویز تصادفی افزوده به سیگنال ‪ pcm‬باعث خطا در در بازسازی ،به صورت رقم های‬
‫اشتباه در کلمه ...
‫انقباض یا کوانتش غیر یک نواخت‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬

‫•‬

‫میدانیم خطای کوانتش برابر2/1دامنه سطح کوانتیزه می باشد.مثال برای سیستمی...
‫مدوالسیون پالس کد تفضلی‬
‫• این روش به ‪ pcm‬معمولی خیلی شبیه هست.اختالف ها دراین است که در‬
‫روش معمولی دامنه سیگنال ورو...
‫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 ...
‫مدوالسیون دلتا سیگما‬
‫• سیستم مدوالسیون دلتا مشتق ورودی را می گیرد و در مواردی که‬
‫داده نویز دارد ، نویز می تواندخطای ا...
‫نمونه برداری سیگنالهای صوتی‬
‫شاخص های نمونه برداری سیگنالهای صوتی می توان بقرار زیر خالصه نمود:‬

‫‪ ‬تعداد نمونه ها یا...
‫نمونه برداری سیگنالهای تصویر‬
‫برای ایجادسیگنالهای تصویر دیجیتال از فرکانس نمونه برداری چهار برابر فرکانس موج حامل رنگ اس...
‫مثال1: نحوه دیجیتایز نمودن یک سیگنال صوتی‬
‫‪ ‬مشخصات سیگنال آنالوگ صدا:‬
‫‪– W=4 kHz‬‬

‫‪ ‬فرکانس نمونه برداری حداقل:...
‫مثال2: مشخصات سیگنال موسیقی دیجیتال با کیفیت‬
‫‪ ‬مشخصات سیگنال صدای خام(آنالوگ):‬
‫•‬

‫استریوی دو کاناله‬

‫‪ ‬فرکانس...
‫مراجع‬
Electronic communication system , kennedy George 1978 3th •
Commiunication to signalinelectricalcommunication 4th ...
Pulse -code modulation
Pulse -code modulation
Pulse -code modulation
Pulse -code modulation
Pulse -code modulation
Pulse -code modulation
Pulse -code modulation
Pulse -code modulation
Pulse -code modulation
Pulse -code modulation
Pulse -code modulation
Pulse -code modulation
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Pulse -code modulation

1,324 views

Published on

  • Be the first to comment

Pulse -code modulation

  1. 1. ‫‪Pulse-code modulation‬‬ ‫‪Pcm‬‬ ‫تهیه کننده :دانیال خسروی‬ ‫پروژه آزمایشگاه مخابرات استاد خوشنیت‬
  2. 2. ‫فهرست‬ ‫1-مقدمه‬ ‫2-تاریخچه‬ ‫7-انقباض‬ ‫3-فرستنده‬ ‫8-مدوالسیون پالس کد تفاضلی‬ ‫4-گیرنده‬ ‫11-مدوالسیون دلتا‬ ‫5-کوانتیزاسیون‬ ‫01-مدوالسیون دلتا سیگما‬ ‫6-نویز‬ ‫11-ضبط و پخش ‪cd‬‬
  3. 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. 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. 5. ‫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 .‬
  6. 6. ‫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
  7. 7. ‫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
  8. 8. ‫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.‬
  9. 9. ‫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.‬
  10. 10. ‫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.‬
  11. 11. ‫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.‬
  12. 12. ‫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.‬
  13. 13. ‫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.‬
  14. 14. ‫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
  15. 15. ‫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
  16. 16. ‫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.‬
  17. 17. ‫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 ‫‪• 21644,100 = 1.4 Mbits/s‬‬ ‫‪ ‬حجم نهایی یک ‪ CD‬صوتی شامل یک ساعت صدای استریوی دیجیتال شده‬ ‫)‪• (1.43,600 )/8= 635 MB (Mega byte‬‬
  18. 18. ‫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 •

×