NGN - Modulação de Código de Pulso
O advento das comunicações de voz e dados de alta velocidade trouxe a necessidade de um meio rápido para o transporte de informações. Os circuitos ou links digitais evoluíram com a necessidade de transmitir voz ou dados em formato digital.
A conversão da forma analógica para a digital segue um processo de quatro estágios ( veja a figura a seguir ) e será detalhada nas seções seguintes.
Amostragem
As frequências de voz assumem a forma de um sinal analógico, ou seja, uma onda senoidal ( consulte a figura a seguir ). Esse sinal deve ser convertido em uma forma binária para ser transportado por um meio digital. O primeiro estágio desta conversão é converter o sinal de áudio em umPulse Amplitude Modulation(PAM)sinal. Este processo é genericamente conhecido comosampling.
O processo de amostragem deve reunir informações suficientes das frequências de voz de entrada para permitir que uma cópia do sinal original seja feita. As frequências de voz estão normalmente na faixa de300Hz to 3400Hz, normalmente conhecido como commercial speech band.
Para obter uma amostra, uma frequência de amostragem é aplicada à frequência da voz original. A frequência de amostragem é determinada peloNyquist Sampling Theorem, o que dita que “the frequency of sampling should be at least twice the highest frequency component.”
Isso garante que uma amostra seja coletada no mínimo uma vez a cada meio ciclo, eliminando assim a possibilidade de amostragem em pontos zero do ciclo, que não teriam amplitude. Isso resulta na frequência de amostragem de no mínimo 6,8 KHz.
O padrão europeu faz a amostragem de um sinal de entrada em 8 KHZ, garantindo que uma amostra seja coletada a cada 125micro secondsou 1/8000 de segundo ( veja a figura a seguir ).
Quantização
A amplitude de cada amostra seria idealmente atribuída a um código binário (1's ou 0's), mas como pode haver um número infinito de amplitudes; portanto, deve haver um número infinito de códigos binários disponíveis. Isso seria impraticável, então outro processo deve ser empregado, que é conhecido comoquantizing.
A quantização compara o sinal PAM com uma escala de quantização, que possui um número finito de níveis discretos. A escala de quantização se divide em 256 níveis de quantização, dos quais 128 são níveis positivos e 128 são níveis negativos.
O estágio de quantização envolve a alocação de um código binário exclusivo de 8 bits apropriado para o intervalo de quantização no qual a amplitude do sinal PAM cai ( veja a figura a seguir ).
Isso compreende 1 bit de polaridade com os 7 bits restantes usados para identificar o nível de quantização ( como mostrado na figura acima ).
O primeiro bit como visto antes é o bit de polaridade, os próximos três bits para o código de segmento, dando oito códigos de segmento, e os quatro bits restantes para o nível de quantização, dando dezesseis níveis de quantização.
Companding
O próprio processo de quantização leva a um fenômeno conhecido como quantization distortion. Isso ocorre quando a amplitude do sinal amostrado cai entre os níveis de quantização. O sinal é sempre arredondado para o nível inteiro mais próximo. Essa diferença entre o nível amostrado e o nível de quantização é a distorção de quantização.
A taxa de variação da amplitude de um sinal varia em diferentes partes do ciclo. Isso acontece mais nas frequências altas, pois a amplitude do sinal muda mais rápido do que nas frequências baixas. Para superar isso, o código do primeiro segmento tem os níveis de quantização próximos. O próximo código de segmento terá o dobro da altura do anterior e assim por diante. Este processo é conhecido comocompanding, pois comprime sinais maiores e expande sinais menores.
Na Europa eles usam o A-law de compressão / expansão, em comparação com a América do Norte e o Japão que usam o μ law.
Como a distorção de quantização é equivalente ao ruído, o companding melhora a relação sinal / ruído em sinais de baixa amplitude e produz uma relação sinal / ruído aceitável em toda a faixa de amplitudes.
Codificação
Para que a informação binária seja transmitida por um caminho digital, a informação deve ser modificada em um código de linha adequado. A técnica de codificação empregada na Europa é conhecida comoHigh Density Bipolar 3 (HDB3).
HDB3 é derivado de um código de linha chamado AMI ou Alternate Mark Inversion. Dentro da codificação AMI, existem 3 valores usados: nenhum sinal para representar um binário 0 e um sinal positivo ou negativo que é usado alternadamente para representar um binário 1.
Um problema associado à codificação AMI ocorre quando uma longa sequência de zeros é transmitida. Isso pode causar problemas de loop de bloqueio de fase no receptor de extremidade distante.
HDB3funciona de maneira semelhante ao AMI, mas incorpora uma etapa de codificação extra que substitui qualquer string de quatro zeros por três zeros seguidos por um 'bit de violação'. Esta violação é da mesma polaridade da transição anterior ( veja a figura a seguir ).
Como pode ser visto no exemplo, 000V substitui a primeira string de quatro zeros. No entanto, o uso desse tipo de codificação pode levar à introdução de um nível DC médio no sinal, pois uma longa sequência de zeros pode estar presente, todos sendo codificados da mesma maneira. Para evitar isso, a codificação de cada quatro zeros sucessivos é alterada para B00V, usando um bit de 'violação bipolar' que alterna em polaridade.
A partir disso, pode-se supor que, com a codificação HDB3, o número máximo de zeros sem uma transição é três. Esta técnica de codificação é frequentemente referida como omodulation format.