مهندسی برق-مخابرات




ساده ترین مثال برای شروع کدگذاری داده های آنالوگ به سیگنال دیجیتال، صوت است. چطور صدای خود راروی کامپیوتر ذخیره می‌کنید و در اینترنت به اشتراک می‌گذارید؟

خروجی میکروفن، داده آنالوگ است که در کامپیوتر به صفر و یک تغییر می‌کند. کامپیوتر با روش‌هایی داده های انالوگ را طوری به صفر و یک تبدیل می‌کند که بتواند از روی آن دوباره صدا را بازسازی کند.

ابزاری که داده های انالوگ را به دیجیتال تبدیل می‌کند کُدِک نام دارد. این وسیله با نام های دیگری چون رقمی ساز، مبدل انالوگ به دیجیتال که به ترتیب ترجمه عبارت های Digitizer و Analog to Digital Convertor هستند، نیز شناخته می‌شود.

هدف اصلی این ابزار تبدیل کردن داده انالوگ به دنباله ای از بیت های صفر و یک است به گونه ای که اطلاعات اولیه را بتوان از روی آن بازسازی کرد و انها را به صورت کد های NRZ یا هر کد دیگری نمایش و انتقال داد.



مدولاسیون دامنه (Pulse Amplitude Modulation)

اولین مرحله از مدولاسیون داده های آنالوگ به دیجیتال PAM نام دارد. در این تکنیک یاد می‌گیریم چطور از داده های آنالوگ نمونه برداری کنیم. نمونه برداری در اینجا بدین معناست که که دامنه سیگنال را در فواصل زمانی مشخص اندازه می‌گیریم. هر چه اندازه این فاصله زمانی کمتر باشد، نمونه بر داری دقیق تر است.

روش PAM به تنهایی روشی برای انتقال و کد گذاری داده های آنالوگ نیست. زیرا در این روش سیگنال آنالوگ به سیگنال نمونه برداری تبدیل می‌شود و همچنان این سیگنال را نیز نمی توانیم در رسانه ی انتقال دیجیتال عبور دهیم. زیرا داده ها هنوز آنالوگ هستند.

تکنیک PAM در واقع مقدمه ای برای روش مدولاسیون کد پالس (Pulse Code Modulation) یا به اختصار PCM است که در ادامه به توضیح ان می پردازیم.

مدولاسیون کد پالس (Pulse Code Modulation)

سیگنال خروجی که از روش PAM به دست آوردیم را به عنوان سیگنال ورودی برای این روش به کار می‌بریم. اولین قدم کوانتیزه کردن پالس های PAM است.

گفتیم در PAM در فاصله های زمانی مشخص از سیگنال آنالوگ نمونه بر داری می‌کنیم. نمونه های گرفته شده ممکن است دارای مقادیر غیر صحیح باشند. برای انتقال داده ها ابتدا مجبوریم داده هایی که مقدار آنها ناصحیح است را کوانتیزه کرده و به مقادیر صحیح تبدیل کنیم.



پس از کوانتیزه کردن نمونه ها، کار ساده می‌شود. می توانید حدس بزنید؟

تنها کافیست اندازه های کوانتیزه شده را به مبنای دو تبدیل کنیم. با این کار رشته ای از صفر و یک ها تولید خواهد شد و این صفر و یک به راحتی در رسانه ی انتقال دیجیتال منتشر می شوند. در این تکنیک گیرنده نیز از روش کار مطلع است و از روی مقادیر خوانده شده بر اساس فاصله زمانی نمونه برداری شده، سیگنال مورد نظر را بازسازی می کند.



با توجه به مطالب گفته شده، واضح است که هر چه میزان نرخ نمونه برداری بیشتر باشد (البته بستگی به نوع سیگنال دارد) و بازه های لازم برای کوانتیزه کردن اعداد PAM کوچک تر باشد، سیگنال بازسازی شده در سمت گیرنده دقیق تر خواهد بود و به این ترتیب کیفیت صدای انتقال یافته از فرستنده به گیرنده افت کمتری خواهد داشت.





نرخ نمونه برداری

میزان نرخ نمونه برداری در این روش حرف اساسی را می‌زند. اگر بازه نمونه برداری درست انتخاب نشود، سیگنال آنالوگ شکل خود را از دست می دهد و در سمت گیرنده نمی تواند بازسازی شود.

تکنیک های نمونه برداری متفاوتی وجود دارند که سه روش ایده آل، طبیعی و سر تخت را می توان نام برد. نمونه برداری مانند عمل سوئیچ رفتار می کند که به طور متناوب با پریود زمانی مشخص باز و بسته می شود. معکوس فاصله نمونه برداری، فرکانس نمونه برداری خوانده می شود.

بر اساس قضیه نایکوئیست (Nyquist Theorem)، نرخ نمونه برداری باید حد اقل دو برابر بالاترین مولفه فرکانسی (دو برابر پهنای باند) سیگنال آنالوگ باشد. عددی که این قضیه بیان می کند حداقل عددی است که گیرنده توسط آن می تواند سیگنال فرستاده شده را بازسازی کند.
+ نوشته شده در  دوشنبه دوم آبان 1390ساعت 15:4  توسط هادی  |