NGN - การมอดูเลตรหัสพัลส์

การถือกำเนิดของการสื่อสารด้วยเสียงและข้อมูลความเร็วสูงทำให้เกิดความต้องการสื่อที่รวดเร็วในการขนส่งข้อมูล วงจรดิจิทัลหรือลิงค์ได้พัฒนามาจากความต้องการในการส่งเสียงหรือข้อมูลในรูปแบบดิจิทัล

การแปลงจากรูปแบบอนาล็อกเป็นดิจิทัลเป็นไปตามกระบวนการสี่ขั้นตอน ( ดูรูปต่อไปนี้ ) และจะมีรายละเอียดในส่วนต่อไปนี้

การสุ่มตัวอย่าง

ความถี่เสียงอยู่ในรูปของสัญญาณอนาล็อกเช่นคลื่นไซน์ ( ดูรูปต่อไปนี้ ) สัญญาณนี้จะต้องถูกแปลงเป็นรูปแบบไบนารีเพื่อที่จะส่งผ่านสื่อดิจิทัล ขั้นตอนแรกของการแปลงนี้คือการแปลงสัญญาณเสียงเป็นไฟล์Pulse Amplitude Modulation(PAM)สัญญาณ. กระบวนการนี้เรียกโดยทั่วไปว่าsampling.

ขั้นตอนการสุ่มตัวอย่างจะต้องรวบรวมข้อมูลที่เพียงพอจากความถี่เสียงที่เข้ามาเพื่อให้สามารถทำสำเนาของสัญญาณต้นฉบับได้ โดยปกติความถี่เสียงจะอยู่ในช่วง300Hz to 3400Hzโดยทั่วไปเรียกว่าไฟล์ commercial speech band.

ในการรับตัวอย่างความถี่ในการสุ่มตัวอย่างจะใช้กับความถี่เสียงดั้งเดิม ความถี่ในการสุ่มตัวอย่างถูกกำหนดโดยNyquist Sampling Theoremซึ่งกำหนดว่า “the frequency of sampling should be at least twice the highest frequency component.”

สิ่งนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าตัวอย่างจะถูกนำมาอย่างน้อยหนึ่งครั้งในแต่ละรอบครึ่งดังนั้นจึงขจัดความเป็นไปได้ในการสุ่มตัวอย่างที่จุดศูนย์ของรอบซึ่งจะไม่มีแอมพลิจูด ส่งผลให้ความถี่ในการสุ่มตัวอย่างต่ำสุด 6.8 KHz

มาตรฐานยุโรปสุ่มตัวอย่างสัญญาณขาเข้าที่ 8 KHZเพื่อให้แน่ใจว่าตัวอย่างถูกนำมาทุก 125micro secondsหรือ 1/8000 วินาที ( ดูรูปต่อไปนี้ )

Quantization

แอมพลิจูดของแต่ละตัวอย่างควรกำหนดรหัสไบนารี (1 หรือ 0) แต่เนื่องจากแอมพลิจูดมีจำนวนไม่ จำกัด ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีรหัสไบนารีจำนวนไม่ จำกัด สิ่งนี้จะทำไม่ได้ดังนั้นจึงต้องใช้กระบวนการอื่นซึ่งเรียกว่าquantizing.

การหาปริมาณจะเปรียบเทียบสัญญาณ PAM กับมาตราส่วนเชิงปริมาณซึ่งมีจำนวนระดับที่ไม่ต่อเนื่อง มาตราส่วนเชิงปริมาณแบ่งออกเป็น 256 ระดับเชิงปริมาณซึ่ง 128 เป็นระดับบวกและ 128 เป็นระดับเชิงลบ

ขั้นตอนการหาปริมาณเกี่ยวข้องกับการจัดสรรรหัสไบนารี 8 บิตที่ไม่ซ้ำกันที่เหมาะสมกับช่วงเวลาการหาปริมาณที่แอมพลิจูดของสัญญาณ PAM ตกลง ( ดูรูปต่อไปนี้ )

ซึ่งประกอบด้วย 1 ขั้วบิตและ 7 บิตที่เหลือที่ใช้ในการระบุระดับการหาปริมาณ ( ดังแสดงในรูปด้านบน )

บิตแรกที่เห็นก่อนหน้านี้คือบิตขั้วสามบิตถัดไปสำหรับรหัสเซ็กเมนต์ให้รหัสส่วนแปดส่วนและอีกสี่บิตที่เหลือสำหรับระดับควอนไทเซชันโดยให้ระดับการหาปริมาณสิบหกระดับ

Companding

กระบวนการหาปริมาณเองนำไปสู่ปรากฏการณ์ที่เรียกว่า quantization distortion. สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อแอมพลิจูดของสัญญาณตัวอย่างอยู่ระหว่างระดับการหาปริมาณ สัญญาณจะถูกปัดเศษขึ้นเป็นระดับที่ใกล้ที่สุดเสมอ ความแตกต่างระหว่างระดับที่สุ่มตัวอย่างและระดับการหาปริมาณคือการบิดเบือนเชิงปริมาณ

อัตราการเปลี่ยนแปลงของแอมพลิจูดของสัญญาณจะแตกต่างกันไปตามส่วนต่างๆของวงจร สิ่งนี้เกิดขึ้นบ่อยที่สุดที่ความถี่สูงเนื่องจากแอมพลิจูดของสัญญาณเปลี่ยนแปลงเร็วกว่าความถี่ต่ำ เพื่อเอาชนะสิ่งนี้รหัสเซ็กเมนต์แรกมีระดับการหาปริมาณใกล้กัน จากนั้นรหัสกลุ่มถัดไปจะมีความสูงเป็นสองเท่าของส่วนก่อนหน้าและอื่น ๆ กระบวนการนี้เรียกว่าcompandingเนื่องจากจะบีบอัดสัญญาณขนาดใหญ่และขยายสัญญาณขนาดเล็ก

ในยุโรปพวกเขาใช้ไฟล์ A-law เปรียบเทียบกับอเมริกาเหนือและญี่ปุ่นที่ใช้ไฟล์ μ law.

เนื่องจากความผิดเพี้ยนเชิงปริมาณเทียบเท่ากับสัญญาณรบกวน Companding จึงปรับปรุงอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนบนสัญญาณแอมพลิจูดต่ำและสร้างอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่ยอมรับได้ในช่วงแอมพลิจูดที่สมบูรณ์

การเข้ารหัส

เพื่อให้ข้อมูลไบนารีถูกส่งผ่านทางดิจิทัลข้อมูลจะต้องถูกแก้ไขให้เป็นรหัสบรรทัดที่เหมาะสม เทคนิคการเข้ารหัสที่ใช้ในยุโรปเรียกว่าHigh Density Bipolar 3 (HDB3).

HDB3 มาจากรหัสบรรทัดที่เรียกว่า AMI หรือ Alternate Mark Inversion. ภายในการเข้ารหัส AMI จะมีค่า 3 ค่าที่ใช้: ไม่มีสัญญาณแทนไบนารี 0 และสัญญาณบวกหรือลบที่ใช้สลับกันเพื่อแทนไบนารี 1

ปัญหาหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการเข้ารหัส AMI เกิดขึ้นเมื่อมีการส่งสตริงค่าศูนย์แบบยาว ซึ่งอาจทำให้เกิดปัญหาเฟสล็อกลูปที่ตัวรับสัญญาณที่อยู่ไกล

HDB3ทำงานในลักษณะเดียวกันกับ AMI แต่รวมขั้นตอนการเข้ารหัสพิเศษที่แทนที่สตริงสี่ศูนย์ด้วยศูนย์สามตัวตามด้วย 'บิตการละเมิด' การละเมิดนี้เป็นขั้วเดียวกันของการเปลี่ยนแปลงก่อนหน้านี้ ( ดูรูปต่อไปนี้ )

ดังที่เห็นในตัวอย่าง 000V แทนที่สตริงแรกของศูนย์สี่ตัว อย่างไรก็ตามการใช้การเข้ารหัสประเภทนี้อาจทำให้ระดับ DC เฉลี่ยถูกนำเข้าสู่สัญญาณเนื่องจากอาจมีสตริงศูนย์ยาวทั้งหมดจะถูกเข้ารหัสในลักษณะเดียวกัน เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้การเข้ารหัสของแต่ละศูนย์สี่ตัวที่ต่อเนื่องกันจะเปลี่ยนเป็น B00V โดยใช้บิต 'การละเมิดสองขั้ว' ที่สลับขั้ว

จากนี้สามารถสันนิษฐานได้ว่าด้วยการเข้ารหัส HDB3 จำนวนศูนย์สูงสุดที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงคือสาม เทคนิคการเข้ารหัสนี้มักเรียกว่าmodulation format.