脉冲代码调制（PCM）

欧宝体育在线入口：一种技术模拟信号转换为数字形式为了通过数字网络进行信号传输，称为脉冲代码调制。它被缩写为PCM。

PCM系统基本上是信号编码器，也称为波形编码器。PCM允许将连续的时间消息信号表示为一系列二进制编码脉冲。二进制形式仅允许2个可能的状态，即0和1。

PCM涉及的主要步骤是采样，量化和编码将在即将到来的部分中详细讨论。

PCM的基础知识

在脉冲代码中调制，首先对模拟消息信号进行采样，然后样品的幅度近似于最近的量化水平。这允许以离散方式表示时间和振幅。从而产生离散信号。

然后将此离散信号转换为其二进制形式以进行信号的传输。

这里值得注意的是，在PCM技术中，信号以编码格式传输，必须在接收器上解码以具有原始消息信号。

脉冲代码调制的框图

下图显示了代表PCM系统的框图

它基本上由发射器，传输路径和接收器组成。发射器执行信号的采样，量化和编码。传输路径包括再生接收器，这些接收器从不需要的噪声效应中恢复信号。

最后，在接收器处的信号再生后，执行编码信号的接收器部分。现在让我们详细了解每个部分的工作：

PCM发射器

实用PCM发射器的详细图如下所示

• LPF：在这里，允许以连续时间形式的消息信号通过低通滤波器（LPF）。截止频率为f的LPF_m消除信号的高频组件，并仅通过F下方的频率组件_m。
• 采样器：然后将LPF的输出馈送到采样器中，在该采样器中，以定期的间隔采样模拟输入信号。信号的采样以F速率进行_s。选择了此采样频率，以至于必须遵循以下表示的采样定理：

F_s≥2F_m

采样器的输出是一个信号，该信号为离散时间连续振幅信号，表示为nt_s只不过是一个pam信号。

• Quantizer：量化器是一个将每个样本圆形到最接近的离散级别的单元。采样器提供了连续的范围信号，因此仍然是一个模拟信号。量化器执行每个样品的近似值，从而将其分配为特定的离散水平。

由于它基本上将值从一个一定级别上汇总到一定级别，因此显示出实际数量的一些变化。因此，我们可以说，量化信号会引入一些失真或噪声。这被称为量化误差。

该噪声因子比通道噪声好一些，因为它是可控的。

量化器可以是两种类型，均匀和不均匀的量化器。在均匀的量化器中，存在均匀的间距。与之相反，在不均匀的量化器中，水平之间的间距并不均匀。在这里，我们采用了统一的量化器。

为一个低信号水平，量化误差很高即坏snr。但是，对于高信号水平，量化误差很低提供良好的SNR。

下图显示了模拟信号的采样和样品的进一步量化

• 编码器：编码器将量化信号转换为二进制代码。该单元生成数字编码的信号，该信号是一系列二进制脉冲，充当调制输出。

因为它是二进制编码器，因此生成了二进制编码序列。通过传输路径传输。

PCM系统中的传输路径

与其他系统相比，PCM系统对通过通道传输过程中引入的信号失真具有更好的控制。PCM通过沿传输路径采用再生接收器来实现低信号失真。

该通道在传输过程中引入信号中的失真。再生器消除了这种失真，以提供无失真的PCM信号。结果，增强了系统的传输能力。

下图显示了再生中继器的框图。它基本上执行均衡和计时，然后执行决策。

PCM信号在提供给再生中继器时，开始时的均衡器电路会执行变形信号的重塑。同时，正时电路会生成一个脉冲序列，该脉冲序列是输入PCM脉冲的导数。

然后，决策装置将这种脉冲列车用于采样PCM脉冲。此采样是在可以实现最大SNR的瞬间进行的。这样，决策设备会生成无失真的PCM波。

PCM接收器

下图显示了PCM接收器的功能框图

• 再生器：将再生中继器放置在接收端，以便具有精确的PCM传输信号。在这里，再生器也以与传输路径中使用相似的方式工作。它消除了通道诱导的噪声并重塑脉冲。
• DAC和采样器：通过使用采样器，数字到模拟转换器再次执行数字信号转换为其模拟形式。由于实际消息信号是模拟的，因此在接收器端，有必要再次将其转换为原始形式。
• LPF：采样器生成模拟信号，但这不是原始消息信号。因此，采样器的输出被馈送到具有截止频率F的LPF_m。有时将其称为产生原始消息信号的重建过滤器。

为了生成原始模拟消息信号，在接收器上进行的发射器上完成的过程有些逆转。下图显示了接收器上实际模拟消息信号的重建。

脉冲代码调制中的传输带宽

变速箱PCM系统的带宽与每个样品的许多位相关联。如果每个样品的位数增加，则带宽也会增加。为了获得良好的近似值，必须使用大量级别，但这将导致更大的带宽要求。

让我们考虑每个量化级别都由“ n”二进制数字表示。然后给出由n个二进制数字表示的级别

Q = 2ⁿ

：q是量化器的数字级别

每个样品都更改为n位，因此每个样本的许多位为“ n”。

正如我们已经讨论了每秒样本的数量是f_s。因此，每秒的位数也称为信号速率

r = n f_s

由于传输带宽是信号速率的一半，因此

正如我们已经讨论过的那样r = nf_s

所以，

但是我们知道，F_s≥2F_m

因此，PCM系统的带宽为

bw≥nf_m

PCM的优点

1. 免疫通道引起的噪声和失真。
2. 可以沿着传输渠道使用中继器。
3. 编码器允许安全数据传输。
4. 它确保均匀的传输质量。

PCM的缺点

1. 脉冲代码调制增加了传输带宽。
2. PCM系统比另一个系统更复杂。

因此，从上面的讨论中，我们可以得出结论，PCM系统以编码格式传输数据，以确保安全传输。但是，这同时需要解码系统，以便重现增加系统复杂性的精确消息信号。