NGN - Pulse Code Modulation تعديل رمز النبض

NGN - Pulse Code Modulation تعديل رمز النبض

أدى ظهور الاتصالات الصوتية والبيانات عالية السرعة إلى الحاجة إلى وسيلة سريعة لنقل المعلومات. تطورت الدوائر أو الروابط الرقمية من الحاجة إلى نقل الصوت أو البيانات في شكل رقمي.

يتبع التحويل من الشكل التناظري إلى الشكل الرقمي عمليات من أربع مراحل ( انظر الشكل التالي ) وسيتم تفصيلها في الأقسام التالية.

أخذ العينات

تتخذ الترددات الصوتية شكل إشارة تناظرية أي موجة جيبية ( انظر الشكل التالي ). يجب تحويل هذه الإشارة إلى شكل ثنائي حتى يتم نقلها عبر وسيط رقمي. تتمثل المرحلة الأولى من هذا التحويل في تحويل الإشارة الصوتية إلى إشارة Pulse Amplitude Modulation (PAM) . تُعرف هذه العملية عمومًا باسم أخذ العينات .

يجب أن تجمع عملية أخذ العينات معلومات كافية من ترددات الصوت الواردة لتمكين نسخة من الإشارة الأصلية. عادةً ما تكون الترددات الصوتية في نطاق 300 هرتز إلى 3400 هرتز ، والمعروف عادةً باسم نطاق الكلام التجاري .

للحصول على عينة ، يتم تطبيق تردد أخذ العينات على تردد الصوت الأصلي. يتم تحديد تكرار أخذ العينات من خلال نظرية نيكويست لأخذ العينات ، والتي تنص على أن "تكرار أخذ العينات يجب أن يكون ضعف أعلى مكون تردد" على الأقل.

يضمن هذا أخذ عينة على الأقل مرة واحدة في كل نصف دورة ، وبالتالي ، يلغي إمكانية أخذ العينات عند نقطة الصفر من الدورة ، والتي لن يكون لها سعة. ينتج عن هذا تردد أخذ العينات بحد أدنى 6.8 كيلو هرتز.

تقوم المعايير الأوروبية بأخذ عينات إشارة واردة عند 8 كيلو هرتز ، مما يضمن أخذ عينة كل 125 دقيقة أو 1/8000 جزء من الثانية ( انظر الشكل التالي ).

توضيح

من الناحية المثالية ، يتم تعيين سعة كل عينة رمز ثنائي (1 أو 0) ، ولكن يمكن أن يكون هناك عدد لا حصر له من السعات ؛ لذلك ، يجب أن يكون هناك عدد لا حصر له من الرموز الثنائية المتاحة. قد يكون هذا غير عملي ، لذلك يجب استخدام عملية أخرى ، والتي تُعرف باسم التكميم .

يقارن القياس الكمي إشارة PAM بمقياس تكمي ، يحتوي على عدد محدود من المستويات المنفصلة. ينقسم المقياس الكمي إلى 256 مستوى كمي ، منها 128 مستويات إيجابية و 128 مستويات سالبة.

تتضمن مرحلة التكميم تخصيص رمز ثنائي فريد من 8 بتات مناسب للفاصل الكمي الذي يقع فيه اتساع إشارة PAM ( انظر الشكل التالي ).

يتكون هذا من بتة قطبية واحدة مع البتات السبع المتبقية المستخدمة لتحديد مستوى التكمية ( كما هو موضح في الشكل أعلاه ).

البتة الأولى كما رأينا من قبل هي بتة القطبية ، والبتات الثلاث التالية لرمز المقطع ، مع إعطاء ثمانية أكواد مقطع ، والبتات الأربع المتبقية لمستوى التكمية ، مما يعطي ستة عشر مستوى تكمية.

المصاحبة

تؤدي عملية التكميم نفسها إلى ظاهرة تعرف باسم التشوه الكمي . يحدث هذا عندما يقع اتساع إشارة العينة بين مستويات التكميم. يتم تقريب الإشارة دائمًا إلى أقرب مستوى كامل. هذا الاختلاف بين مستوى العينة والمستوى الكمي هو تشويه كمي.

يختلف معدل تغير اتساع الإشارة في أجزاء مختلفة من الدورة. يحدث هذا أكثر في الترددات العالية حيث يتغير اتساع الإشارة بشكل أسرع من الترددات المنخفضة. للتغلب على هذا ، يحتوي كود القطعة الأول على مستويات تكميم قريبة من بعضها البعض. ثم يكون رمز المقطع التالي هو ضعف ارتفاع السابق وما إلى ذلك. تُعرف هذه العملية باسم companding ، لأنها تضغط الإشارات الأكبر وتوسع الإشارات الأصغر.

في أوروبا يستخدمون قانون الرفقة ، مقارنة بأمريكا الشمالية واليابان الذين يستخدمون قانون μ .

نظرًا لأن تشوه التكميم مكافئ للضوضاء ، فإن التضاؤل يحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء على إشارات السعة المنخفضة ، وينتج نسبة إشارة إلى ضوضاء مقبولة على المدى الكامل من السعات.

التشفير

من أجل إرسال المعلومات الثنائية عبر مسار رقمي ، يجب تعديل المعلومات إلى رمز خط مناسب. تُعرف تقنية التشفير المستخدمة في أوروبا باسم High Density Bipolar 3 (HDB3) .

يتم اشتقاق HDB3 من رمز سطر يسمى AMI أو Alternate Mark Inversion . ضمن ترميز AMI ، هناك 3 قيم مستخدمة: لا توجد إشارة لتمثيل 0 ثنائي ، وإشارة موجبة أو سالبة تُستخدم بالتناوب لتمثيل ثنائي 1.

تحدث إحدى المشكلات المرتبطة بتشفير AMI عند إرسال سلسلة طويلة من الأصفار. يمكن أن يتسبب ذلك في حدوث مشكلات في حلقة قفل الطور في المستقبل البعيد.

يعمل HDB3 بطريقة مشابهة لـ AMI ، ولكنه يتضمن خطوة ترميز إضافية تستبدل أي سلسلة من أربعة أصفار بثلاثة أصفار متبوعة بـ "بت انتهاك". هذا الانتهاك له نفس قطبية الانتقال السابق ( انظر الشكل التالي ).

كما يتضح في المثال ، يستبدل 000V السلسلة الأولى المكونة من أربعة أصفار. ومع ذلك ، قد يؤدي استخدام هذا النوع من التشفير إلى إدخال مستوى متوسط للتيار المستمر في الإشارة ، حيث يمكن أن توجد سلسلة طويلة من الأصفار ، يتم تشفيرها جميعًا بنفس الطريقة. لتجنب ذلك ، يتم تغيير ترميز كل أربعة أصفار متتالية إلى B00V ، باستخدام بت "انتهاك ثنائي القطب" الذي يتناوب في القطبية.

من هذا ، يمكن افتراض أنه مع تشفير HDB3 ، يكون الحد الأقصى لعدد الأصفار دون انتقال ثلاثة. غالبًا ما يشار إلى تقنية التشفير هذه بتنسيق التعديل .