NGN - Pulscodemodulation
Das Aufkommen der Hochgeschwindigkeits-Sprach- und Datenkommunikation hat die Notwendigkeit eines schnellen Mediums für den Informationstransport mit sich gebracht. Digitale Schaltungen oder Verbindungen haben sich aus der Notwendigkeit heraus entwickelt, Sprache oder Daten in digitaler Form zu übertragen.
Die Konvertierung von analoger in digitale Form erfolgt in vier Schritten ( siehe folgende Abbildung ) und wird in den folgenden Abschnitten detailliert beschrieben.
Probenahme
Sprachfrequenzen haben die Form eines analogen Signals, dh einer Sinuswelle ( siehe folgende Abbildung ). Dieses Signal muss in eine binäre Form umgewandelt werden, damit es über ein digitales Medium übertragen werden kann. Die erste Stufe dieser Umwandlung besteht darin, das Audiosignal in ein umzuwandelnPulse Amplitude Modulation(PAM)Signal. Dieser Prozess ist allgemein bekannt alssampling.
Der Abtastvorgang muss ausreichende Informationen von den eingehenden Sprachfrequenzen sammeln, damit eine Kopie des ursprünglichen Signals erstellt werden kann. Sprachfrequenzen liegen normalerweise im Bereich von300Hz to 3400Hz, typischerweise bekannt als die commercial speech band.
Um eine Probe zu erhalten, wird eine Abtastfrequenz auf die ursprüngliche Sprachfrequenz angewendet. Die Abtastfrequenz wird bestimmt durch dieNyquist Sampling Theorem, was das diktiert “the frequency of sampling should be at least twice the highest frequency component.”
Dies stellt sicher, dass eine Probe mindestens einmal in jedem Halbzyklus entnommen wird, wodurch die Möglichkeit der Probenahme an Nullpunkten des Zyklus, die keine Amplitude haben würden, ausgeschlossen ist. Dies führt dazu, dass die Abtastfrequenz mindestens 6,8 kHz beträgt.
Die europäische Norm tastet ein eingehendes Signal bei ab 8 KHZ, um eine Probe zu gewährleisten, wird jeder genommen 125micro secondsoder 1/8000 Sekunde ( siehe folgende Abbildung ).
Quantisierung
Der Amplitude jeder Probe würde idealerweise ein Binärcode (1 oder 0) zugewiesen, aber da es eine unendliche Anzahl von Amplituden geben kann; Daher muss eine unendliche Anzahl von Binärcodes verfügbar sein. Dies wäre unpraktisch, daher muss ein anderes Verfahren angewendet werden, das als bekannt istquantizing.
Die Quantisierung vergleicht das PAM-Signal mit einer Quantisierungsskala, die eine endliche Anzahl von diskreten Pegeln aufweist. Die Quantisierungsskala teilt sich in 256 Quantisierungsstufen auf, von denen 128 positive und 128 negative Stufen sind.
In der Quantisierungsstufe wird ein eindeutiger 8-Bit-Binärcode zugewiesen, der dem Quantisierungsintervall entspricht, in das die Amplitude des PAM-Signals fällt ( siehe folgende Abbildung ).
Dies umfasst 1 Polaritätsbit, wobei die verbleibenden 7 Bits zur Identifizierung des Quantisierungspegels verwendet werden ( wie in der obigen Abbildung gezeigt ).
Das erste Bit, wie zuvor gesehen, ist das Polaritätsbit, die nächsten drei Bits für den Segmentcode, die acht Segmentcodes ergeben, und die verbleibenden vier Bits für den Quantisierungspegel, was sechzehn Quantisierungspegel ergibt.
Companding
Der Quantisierungsprozess selbst führt zu einem Phänomen, das als bekannt ist quantization distortion. Dies tritt auf, wenn die abgetastete Signalamplitude zwischen die Quantisierungspegel fällt. Das Signal wird immer auf den nächsten ganzen Pegel aufgerundet. Dieser Unterschied zwischen dem Abtastpegel und dem Quantisierungspegel ist die Quantisierungsverzerrung.
Die Änderungsrate der Amplitude eines Signals variiert an verschiedenen Stellen des Zyklus. Dies geschieht am häufigsten bei hohen Frequenzen, da sich die Amplitude des Signals schneller ändert als bei niedrigen Frequenzen. Um dies zu überwinden, hat der erste Segmentcode die Quantisierungspegel nahe beieinander. Der nächste Segmentcode ist dann doppelt so hoch wie der vorherige und so weiter. Dieser Vorgang ist bekannt alscompanding, da es größere Signale komprimiert und kleinere Signale erweitert.
In Europa nutzen sie die A-law im Vergleich zu Nordamerika und Japan, die die μ law.
Da die Quantisierungsverzerrung dem Rauschen entspricht, verbessert das Kompandieren das Signal-Rausch-Verhältnis bei Signalen mit niedriger Amplitude und erzeugt ein akzeptables Signal-Rausch-Verhältnis über den gesamten Amplitudenbereich.
Codierung
Damit die binären Informationen über einen digitalen Pfad übertragen werden können, müssen die Informationen in einen geeigneten Zeilencode geändert werden. Die in Europa verwendete Codierungstechnik ist bekannt alsHigh Density Bipolar 3 (HDB3).
HDB3 wird von einem Zeilencode namens AMI oder abgeleitet Alternate Mark Inversion. Innerhalb der AMI-Codierung werden 3 Werte verwendet: kein Signal zur Darstellung einer binären 0 und ein positives oder negatives Signal, das abwechselnd zur Darstellung einer binären 1 verwendet wird.
Ein mit der AMI-Codierung verbundenes Problem tritt auf, wenn eine lange Folge von Nullen übertragen wird. Dies kann zu Problemen mit der Phasenregelschleife am Empfänger am entfernten Ende führen.
HDB3funktioniert ähnlich wie AMI, enthält jedoch einen zusätzlichen Codierungsschritt, der eine beliebige Zeichenfolge mit vier Nullen durch drei Nullen ersetzt, gefolgt von einem "Verletzungsbit". Diese Verletzung hat die gleiche Polarität wie der vorherige Übergang ( siehe folgende Abbildung ).
Wie im Beispiel zu sehen ist, ersetzt 000V die erste Zeichenfolge von vier Nullen. Die Verwendung dieser Art der Codierung könnte jedoch dazu führen, dass ein mittlerer Gleichstrompegel in das Signal eingeführt wird, da eine lange Folge von Nullen vorhanden sein könnte, die alle auf die gleiche Weise codiert werden. Um dies zu vermeiden, wird die Codierung jeder aufeinanderfolgenden vier Nullen in B00V geändert, indem ein Bit "Bipolare Verletzung" verwendet wird, dessen Polarität wechselt.
Daraus kann angenommen werden, dass bei der HDB3-Codierung die maximale Anzahl von Nullen ohne Übergang drei beträgt. Diese Codierungstechnik wird oft als die bezeichnetmodulation format.