NGN - Modulazione del codice a impulsi

L'avvento delle comunicazioni voce e dati ad alta velocità ha determinato la necessità di un mezzo veloce per il trasporto delle informazioni. Circuiti o collegamenti digitali si sono evoluti dalla necessità di trasmettere voce o dati in forma digitale.

La conversione dalla forma analogica a quella digitale segue un processo in quattro fasi ( vedere la figura seguente ) e sarà dettagliata nelle sezioni seguenti.

Campionamento

Le frequenze vocali assumono la forma di un segnale analogico, cioè un'onda sinusoidale ( vedere la figura seguente ). Questo segnale deve essere convertito in una forma binaria per essere trasportato su un supporto digitale. La prima fase di questa conversione consiste nel convertire il segnale audio in un filePulse Amplitude Modulation(PAM)segnale. Questo processo è genericamente noto comesampling.

Il processo di campionamento deve raccogliere informazioni sufficienti dalle frequenze vocali in ingresso per consentire una copia del segnale originale. Le frequenze delle voci sono normalmente nella gamma di300Hz to 3400Hz, generalmente noto come commercial speech band.

Per ottenere un campione, viene applicata una frequenza di campionamento alla frequenza della voce originale. La frequenza di campionamento è determinata dalNyquist Sampling Theorem, che lo impone “the frequency of sampling should be at least twice the highest frequency component.”

Ciò garantisce che un campione venga prelevato almeno una volta in ogni mezzo ciclo, eliminando così la possibilità di campionamento a punti zero del ciclo, che non avrebbe ampiezza. Ciò si traduce in una frequenza di campionamento minima di 6,8 KHz.

Lo standard europeo campiona un segnale in ingresso a 8 KHZ, garantendo un campione, viene prelevato ogni 125micro secondso 1/8000 di secondo ( vedere la figura seguente ).

Quantizzazione

All'ampiezza di ogni campione sarebbe idealmente assegnato un codice binario (1 o 0), ma poiché ci può essere un numero infinito di ampiezze; pertanto, deve essere disponibile un numero infinito di codici binari. Ciò non sarebbe pratico, quindi è necessario utilizzare un altro processo, noto comequantizing.

La quantizzazione confronta il segnale PAM con una scala di quantizzazione, che ha un numero finito di livelli discreti. La scala di quantizzazione si divide in 256 livelli di quantizzazione, di cui 128 sono livelli positivi e 128 sono livelli negativi.

La fase di quantizzazione implica l'allocazione di un codice binario univoco a 8 bit appropriato all'intervallo di quantizzazione in cui cade l'ampiezza del segnale PAM ( vedere la figura seguente ).

Questo comprende 1 bit di polarità con i restanti 7 bit utilizzati per identificare il livello di quantizzazione ( come mostrato nella figura sopra ).

Il primo bit come visto prima è il bit di polarità, i successivi tre bit per il codice di segmento, che danno otto codici di segmento, e gli altri quattro bit per il livello di quantizzazione, che danno sedici livelli di quantizzazione.

Companding

Il processo di quantizzazione stesso porta a un fenomeno noto come quantization distortion. Ciò si verifica quando l'ampiezza del segnale campionato cade tra i livelli di quantizzazione. Il segnale viene sempre arrotondato al livello intero più vicino. Questa differenza tra il livello campionato e il livello di quantizzazione è distorsione di quantizzazione.

La velocità di variazione dell'ampiezza di un segnale varia in diverse parti del ciclo. Ciò accade soprattutto alle alte frequenze poiché l'ampiezza del segnale cambia più velocemente rispetto alle basse frequenze. Per ovviare a questo problema, il codice del primo segmento ha i livelli di quantizzazione vicini. Il codice del segmento successivo è quindi il doppio dell'altezza del precedente e così via. Questo processo è noto comecompanding, poiché comprime segnali più grandi ed espande segnali più piccoli.

In Europa usano il A-law di companding, rispetto al Nord America e al Giappone che utilizzano l'estensione μ law.

Poiché la distorsione di quantizzazione è equivalente al rumore, il companding migliora il rapporto segnale / rumore su segnali a bassa ampiezza e produce un rapporto segnale / rumore accettabile su tutta la gamma di ampiezze.

Codifica

Affinché l'informazione binaria possa essere trasmessa su un percorso digitale, l'informazione deve essere modificata in un codice di linea adatto. La tecnica di codifica impiegata in Europa è nota comeHigh Density Bipolar 3 (HDB3).

HDB3 è derivato da un codice di linea chiamato AMI o Alternate Mark Inversion. Nella codifica AMI, sono utilizzati 3 valori: nessun segnale per rappresentare uno 0 binario e un segnale positivo o negativo che viene utilizzato alternativamente per rappresentare un 1 binario.

Un problema associato alla codifica AMI si verifica quando viene trasmessa una lunga stringa di zeri. Ciò può causare problemi di loop ad aggancio di fase sul ricevitore finale distante.

HDB3funziona in modo simile all'AMI, ma incorpora un passaggio di codifica aggiuntivo che sostituisce qualsiasi stringa di quattro zeri con tre zeri seguiti da un "bit di violazione". Questa violazione è della stessa polarità della transizione precedente ( vedere la figura seguente ).

Come si può vedere nell'esempio, 000V sostituisce la prima stringa di quattro zeri. Tuttavia, l'utilizzo di questo tipo di codifica potrebbe portare all'introduzione di un livello DC medio nel segnale, poiché potrebbe essere presente una lunga stringa di zeri, tutti codificati allo stesso modo. Per evitare ciò, la codifica di ogni successivo quattro zeri viene modificata in B00V, utilizzando un bit di "violazione bipolare" che si alterna nella polarità.

Da ciò, si può presumere che con la codifica HDB3, il numero massimo di zeri senza una transizione sia tre. Questa tecnica di codifica è spesso indicata comemodulation format.