Импульсно-кодовая модуляция

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Технологии модуляции п о р
Аналоговая модуляция
AM · SSB · ЧМ (FM) · ЛЧМ · ФМ (PM) · СКМ
Цифровая модуляция
АМн · ФМн · КАМ · ЧМн · GMSK
OFDM · COFDM · TCM
Импульсная модуляция
АИМ · ДМ · ИКМ · ΣΔ · ШИМ · ЧИМ · ФИМ
Расширение спектра
FHSS  · DSSS  · CSS
См. также: Демодуляция
Пример 4-битовой (16-ти уровневой) ИКМ. Показано квантование аналогового сигнала и пачки импульсов, кодирующих отсчёты. Передача в канале производится старшими битами вперёд

И́мпульсно-ко́довая модуля́ция (ИКМ, англ. pulse code modulation, PCM) используется для оцифровки аналоговых сигналов. Практически все виды аналоговых данных (видео, аудио (голос, музыка), телеметрия) допускают применение ИКМ.

Модуляция[править | править вики-текст]

При импульсно-кодовой модуляции аналоговый передаваемый сигнал преобразуется в цифровую форму посредством трёх операций: дискретизации по времени, квантования по амплитуде и кодирования[1].

Для преобразования аналогового сигнала в цифровой используется аналого-цифровой преобразователь (АЦП). АЦП через равные промежутки времени измеряет амплитуду аналогового сигнала — получает мгновенные значения или отсчёты сигнала, затем преобразует отcчёты в двоичные слова[2].

Мгновенное измеренное значение (отcчёт) аналогового сигнала квантуется по уровням (округляется от ближайшего целого). Число уровней квантования, обычно, равно или кратно целой степени числа 2, например, 23 = 8, 24 = 16, 25 = 32 и т. д. Номер уровня кодируется двоичными словами длиной 3, 4, 5 и т. д. бит[2].

Затем выходные слова АЦП в параллельном коде подвергаются кодированию при помощи передачи на регистр сдвига, тактируемый вспомогательным генератором сдвига. На выходе регистра сдвига формируются пачки[прояснить] кодированных импульсов в последовательном коде. Затем пачки импульсов передаются в канал связи[2].

Частота отсчётов сигнала (или скорость оцифровки, частота дискретизации) для исключения потерь информации в соответствие с теоремой Котельникова должна быть не меньше удвоенной максимальной частоты в спектре аналогового сигнала.

Существуют специализированные интегральные микросхемы, совмещающие АЦП, регистр сдвига, тактовые генераторы и другие устройства.

Демодуляция[править | править вики-текст]

На приёмном конце канала связи установлен демодулятор. В демодуляторе пачки импульсов подаются на сдвиговый вход[прояснить] регистра сдвига. После вдвигания всех битов пачки импульсов в регистр сдвига слово из регистра сдвига в параллельном коде записывается во входной регистр цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). ЦАП преобразует кодированные отсчёты переданного аналогового сигнала снова в аналоговый вид. На выходе ЦАП образуется ступенчатый аналоговый сигнал. Сглаживание ступенек производится фильтром нижних частот (ФНЧ), на выходе которого образуется переданный аналоговый сигнал. Частота среза ФНЧ выбирается меньшей или равной удвоенной частоте отсчётов.

Цифровые коды в ИКМ[править | править вики-текст]

Для кодирования отсчётов в ИКМ применяются самые разнообразные двоичные коды, например:

Разновидности ИКМ[править | править вики-текст]

  • Дифференциальная (или дельта) импульсно-кодовая модуляция (ДИКМ, DPCM) — ИКМ, при которой сигнал кодируется в виде разности между текущим и предыдущим измеренными значениями. Для звуковых данных такой тип модуляции уменьшает требуемое количество бит на отсчёт примерно на 25 %.
  • Адаптивная ДИКМ (АДИКМ, ADPCM) — разновидность ДИКМ с переменным шагом квантования. Изменение шага позволяет уменьшить требования к полосе пропускания при заданном соотношении сигнала и шума.

Практическое применение[править | править вики-текст]

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  • Панфилов И.П., Дырда В.Е. Теория электрической связи. — М.: Радио и связь, 1991. — 344 с. — ISBN 5-256-00869-2.