PCM

موضوع: <-PostCategory-> برچسب:,

15:32

PCM

PCM مخفف کلمات Pulse Code Modulation ميباشد و روشی است که سِیکنال آنالوگ پيوسته را به سیگنال دیجیتالی گسسته جهت کيفِيت بهتر و امنيت بيشتر تبديل می نمايد.

در استاندارد اروپائی که در ایران مورد قبول قرار گرفته است دارای 32 کانال که هر کانال با سرعت 64 Kb/s روی یک مسیر فیزیکی ارسال Tx و یک مسیر فیزیکی دریافت Rx بر اساس تقسیمات زمانی 3.9 µs میباشد و به آن تکنیک PCM/TDM گفته میشود.

انواع استاندارد اروپائی ، امریکائی ، ﮋاپنی

PCM به دو روش استاندارد اروپائی E1 و امریکائی T1 در دنیا مورد استفاده قرار میگیرد.

E1 ) در این استاندارد فاصله زمانی 125 µs را به 32 قسمت تقسیم می کنند و هر قسمت را یک تایم اسلات می نامند و شامل 8 بیت است.

T1 ) در این استاندارد تعداد تایم اسلات ها 24 عدد میباشد ، در استاندارد ﮋاپنیهم از T1 استفاده میشود اما مراحل ماکس با نوع امریکائی متفاوت است.

مراحل تولید و باز سازی PCM E1

تولید شامل مراحل :

1) نمونه برداری 2) مالتی پلکس کردن 3) فشرده سازی 4) کوانتیزاسیون ( چند سطحی نمودن ) 5) کد نمودن

باز سازی شامل مراحل :

1) دیکد نمودن ( آشکار سازی ) 2) گسترده سازی 3) فیلتر پایین گذر

نمونه برداری Sampling

پهنای باند صوت قابل شنیدن بین 20Hz الی 20KHz میباشد ، اما این پهنای باند جهت ارسال و دریافت پیامهای مخابراتی نه نیاز و نه مقرون به صرفه میباشد. جهت صرفه جوئی و کم نمودن هزینه ها بهترین پهنای باند که میتواند به راحتی پیامها را با کیفیت قابل قبول ارسال کند بین 300Hz الی 3.4 KHz در نظر گرفته شده است و با توجه به فاصله ای که بین دو پیام جهت عدم تداخل اطلاعات آنها در نظر گرفته میشود پهنای باند 4 KHz می باشد.

مالتی پلکس نمودن :

به معنی قرار دادن نمونه هائی از پیام ها در کنار یکدیگر است در صورتیکه بین دو نونه اول و دوم یک پیام تعدادی پیام های دیگر قرار دهیم به آن مالتی پلکس زمانی یا TDM که مخفف Time Division Multiplexing است گفته میشود.

در شکل بالا طریقه ساخت TDM مشخص است که کلید باید به اندازه T/n روی صحبت هر مشترک یا هر نمونه قرار گیرد.

غیر خطی نمودن و کوانتیزاسیون ( چند سطحی )

عمل تبدیل دامنه های نمونه برداری پیام را به اعداد ثابت کوانتیزاسیون می گویند . یعنی کمیت های نامحدود یا سطوح ولتاﮋ در اینجا را به چند سطح محدود منتسب کنیم و سطوح ولتاﮋ مشخصی را تعیین و نمونه ها را به هر کدام از این سطوح که نزدیکتر بودند نسبت میدهیم ، و آن سطح را به جای مقدار اصلی نونه قرار میدهیم به شکلی که پس از بازسازی در قسمت گیرنده بتوانیم همان پیام را داشته باشیم.

مثال : در صورتیکه تغییرات ما Δ=0.01 باشد دامنه پیام ها بین 0.115 ~ 0.125 را تبدیل به 0.12 می کنیم و با عدد نمایش میدهیم . در این حالت وقتی خطای ما به حداکثر میرسد که دامنه پیام ها در مرز ابتدائی و انتهایی باشند و وقتی خطا صفر است که دامنه پیام ها همان 0.12 باشد . پس خطا روی هر دامنه حداکثر 0.005 خواهد بود .

غیر خطی نمودن:

جهت کم نمودن اثر نویزو بهتر نمودن توان بازسازی سیگنالها در سمت گیرنده ، ولتاژها ( تعداد سطح ها ) را در دامنه های کم بیشتر و تعداد سطوح ولتاژی را در دامنه های زیاد کمتر میگیریم ، که به این عمل کوانتیزاسیون غیر خطی می گویند و در عمل ابتدا سیگنالها را از یک کمپرسور عبور داده به شکلی که دامنه های ضعیف را بیشتر و دامنه های قوی را کمتر تقویت میکند یا فشرده می سازد ، طبق شکل :

در گیرنده کار را بر عکس انجام میدهیم ، یعنی ابتدا پیام را گسترده کرده یا بسط میدهیم که دامنه های کم تضعیف و دامنه های زیاد تقویت شوند تا اطلاعات به شکل اولیه بر گردد.

نکته : در اینجا وقتی که دامنه های کم تقویت میشوند از اعداد حداکثر خود زیادتر نمیشوند یعنی سطح آنها تغییر نمیکند و دامنه های کم همچنان اعداد کمتر و دامنه های زیادعداد بالاتری دارند.

منحنی کوانتیزاسیون

جهت منتسب نمودن هر دامنمه به اعداد باینری از یک منحنی چندین قسمتی طبق شکل استفاده میکنیم ، که به هر کدام از قسمت ها یک بخش یا سگمنت گفته میشود . 8 بخش ( سگمنت ) در قسمت بالا و 8 بخش یا سگمنت در قسمت پایین یا منفی داریم داریم که سگمنت 1 بین آنها مشترک است.جهت مشخص نمودن جهت بالا یا پایین از کد 0 یا 1 استفاده میشود. هر سگمنت به 16 بخش یا قسمت یا لول تقسیم می گردد . بنابراین برای مشخص نمودن لول یا سطح مربوطه در هر سگمنت نیاز به 4 رقم باینری داریم و یک رقم جهت مثبت یا منفی بودن و سه رقم جهت جای لول یعنی در کدام سگمنت قرار دارد .

پس 8 بیت برای هر نمونه در نظر میگیریم :

E F G H	B C D	A
شماره لول و قسمت مربوطه	شماره سگمنت	علامت

استاندار ها و عبارات PCM

فاصله در نمونه صحبت در استاندارد E1 : T=1/8000 S =125 µs

تایم اسلات Time Slot : 125 µs را به 32 قسمت تقسیم میکنند و به هر قسمت یک تایم اسلات میگویند . هر تایم اسلات شامل 8 بیت است . شکاف های زمانی یا تایم اسلات های 0 و 16 حامل نمونه صحبت نیستند .

فریم Frame : به یک فاصله 125 µs ی که شامل 32 تایم اسلات است فریم گفته میشود.

مالتی فریم Multi Frame : دارای 16 فریم است که از 0 الی 15 نامگذاری میشوند.

نرخ بیت جهت هر تایم اسلات یا کانال ( bit rate )

چون در هر تایم اسلات 8 بیت داریم و فرکانس نمونه برداری نیز 8 KHz می باشد پس هر تایم اسلات دارای نرخ بیت ( bit rate ) 64 Kb/s می باشد . بنابر این نرخ بیت 32 کانال برابر 20.048 Mbps میباشد ، که اصطلاحا PCM 2Mbps میگویند.

همزمانی و توضیحات NFAS – MFAS – FAS

به 16 فریم متوالی یک مالتی فریم میگویند که هر کدام از این فریمها دارای 32 تایم اسلات هستند ، که تایم اسلات های 1 الی 15 و 17 الی 32 آنها حامل نمونه های پیام ( صحبت ) هستند و تایم اسلات 0 جهت همزمانی و تایم اسلات 16 جهت ارسال و دریافت سیگنالینگ کانالها بکار میرود .

اما در فریم صفر تایم اسلات 16 که حامل 8 بیت است ، 4 بیت اول آن بعنوان MFAS Multi Frame Alignment Signal و چهار بیت بعنوان Service Word در نظر گرفته شده و تایم اسلات صفر هر فریم بصورت یک در میان زوجها شامل FAS یا FAW است .

Frame Alignment Signal یا Frame Alignment Word شامل 8 بیت و فرد ها یعنی فریمهای ( 1 , 3 , 5 , . . . 15 ) شامل 8 بیت و بعنوان Service Word یا NFAS ( Non Frame Alignment Signal ) نامیده میشود .