Импульсно-кодовая модуляция

ИМПУЛЬСНО-КОДОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ

При ИКМ отсчеты аналогового АИМ сигнала преобразуются в последовательность кодовых групп, состоящих из двоичных символов.

Для осуществления ИКМ необходимо произвести три операции:

• дискретизацию сигналов по времени (получение сигнала АИМ);
• квантование полученных импульсов по амплитуде;
• кодирование квантованных по амплитуде импульсов.

Принцип ИКМ показан на рис.1

[pic 1]

Рис.1 – Принцип импульсно-кодовой модуляции

Дискретизация  - это процесс разбиения аналогового сигнала на отдельные отсчеты или преобразование непрерывного сигнала в последовательность отдельных отсчетов (рис. 1а).

Квантование – это округление амплитуды полученных отсчетов до разрешенного для передачи уровня.

Этот процесс аналогичен процедуре округления чисел. Разность между двумя соседними разрешенными для передачи уровнями называется шагом квантования Δ. Если амплитуда отсчета сигнала в пределах двух соседних разрешенных значений (уровней) превышает половину шага квантования Δ/2, ее значение увеличивается в большую сторону, если меньше половины шага квантования — в меньшую сторону. Такое округление сопровождается ошибкой или шумом квантования (Екв) (рис 1б).

Ошибка или шум квантования – это разность между истинным значением отсчета Uс(t) сигнала и его квантованным значением Uкв(t), определяется по формуле (1):

Екв=Uс(t)-Uкв(t)                                                                   (1)

Избавиться от ошибки квантования нельзя, ее можно только уменьшить, уменьшив шаг квантования.

Квантование может быть

• равномерным
• неравномерным.

Равномерным называется квантование, при котором шаг квантования в допустимых пределах различных амплитудных значений остается неизменным (рис 2).

[pic 2]

Рис.2 – Равномерное квантование

а - амплитудная характеристика квантующего устройства; б — ошибки квантования

При равномерном квантовании относительная ошибка квантования зависит от величины отсчета входного сигнала. Как показано на рис. 2б, для первого отсчета сигнала максимальная ошибка квантования составляет  1/8, а для второго — 1/2- Поэтому недостатком равномерного квантования является то, что относительное значение ошибки квантования велико для слабых сигналов и уменьшается с увеличением уровня сигнала.

Для того, чтобы устранить этот недостаток применяют неравномерное квантование.

Неравномерным называется квантование, при котором шаг квантования в допустимых пределах амплитудных значений изменяется, а именно возрастает с ростом амплитуды сигнала.

[pic 3]

Рис 3. – Неравномерное квантование

а - амплитудная характеристика квантующего устройства; б — ошибки квантования

Из рисунка видно, что соотношение сигнал/шум практически выравнивается для сильных и слабых сигналов. Относительная ошибка квантования для импульса 1 по-прежнему составляет 1/8, а для импульса 2 уже не 1/2, а 1/5.