PCM Pulse Code Modulation

Digitalização dos sinais analógicos Necessário para a transmissão de sinais em meio digital. O sinal a ser transmitido passa pelas seguintes etapas: Amostragem Quantização Codificação

Amostragem Critério de Nyquist Trade-off Para que um sinal possa ser corretamente reconstruído, a sua maior freqüência deverá ser menor do que a metade da taxa de amostragem. Fa > 2 * Fmax chama-se também Fmax de Nyquist frequence Trade-off Quanto maior a taxa, mais precisa é a amostragem, no entanto maior é a quantidade de informação a ser armazenada

Amostragem Aliasing: Surgimento de freqüências espúrias (diferentes da original) quando o sinal não está corretamente amostrado

Filtro anti-Aliasing: Amostragem Filtro anti-Aliasing: Características Passa-baixas usado antes da conversão A/D para que nenhuma freqüência acima de Fa/2 esteja presente no sinal, provocando aliasing Filtro passa-baixas freq. ampl. 1 freqüência de corte (fc) passa atenua Inclinação (dB/oitava) fc

Modulação por Codificação Amostragem Para aplicações em telefonia a frequência de amostragem é: 8k amostras/segundo T=125s Caso as amostras não sejam transmitidas com pulsos de diferentes amplitudes, mas com palavras de códigos binários tem-se a: Modulação por Codificação de Pulsos(PCM)

Quantização Erro de Quantização O sinal PAM ainda é uma forma de sinal analógico. No sistema PCM 30 utiliza-se 8 bits para codificação. São utilizados 256 intervalos de quantização. (28) Valores de decisão Erro de Quantização A diferença entre o valor quantizado e o valor real é chamado Erro de Quantização. O Erro de Quantização é tanto menor quanto maior for o número de intervalos de quantização .

Quantização

Calcular o ruído de quantização de um ADC de 8 bits A relação sinal/ruído de quantização depende da largura do nível de quantização. Para reduzir a largura do nível de quantização deve-se utilizar um conversor A/D com maior número de bits A cada bit acrescentado, a largura do nível de quantização reduz-se a metade e tem-se uma redução de 6 dB no ruído. S/R = 1,76 + 6N onde N é o número de bits utilizados O tempo de conversão A/D deve ser inferior ao intervalo de tempo entre amostras (125 ms). Calcular o ruído de quantização de um ADC de 8 bits S/R=1,76 + 6x8 S/R=49,76dB

Quantização Quantização Linear: Utiliza intervalos de quantização de mesma largura e distribuídos linearmente dentro da faixa de amplitude. Problema: Erros de quantização grandes para sinais de baixa amplitude Quantização não Linear: Utiliza intervalos de quantização de larguras diferentes. Pequenos intervalos de quantização para sinais de pequenas amplitudes Maiores intervalos de quantização para sinais de amplitudes maiores.

Quantização linear

Quantização não linear

a curva de 13 segmentos (Lei A para o PCM 30) Características da lei A Quantização O ITU-T recomenda duas curvas de quantização não lineares: a curva de 13 segmentos (Lei A para o PCM 30) a curva de 15 segmentos (Lei  para o PCM-24) adotada nos EUA Características da lei A Curva de 13 segmentos adotada na Europa e no Brasil. Composta por 7 segmentos de reta na faixa positiva e 7 segmentos de reta na faixa negativa. Cada segmento tem 16 níveis.

Características da lei A O segmento 1 possui 32 níveis porque é composto por dois segmentos com a mesma inclinação. Apesar dele estar localizado acima e abaixo do zero ele forma um único segmento Entrada : Possui 4096 níveis positivos e 4096 níveis negativos (12 bits + 1 de polaridade). Saída: Possui 128 níveis positivos e 128 níveis negativos (7 bits + 1 de polaridade). O tamanho dos intervalos entre níveis de entrada dobra a partir do 2o segmento. Dentro de um mesmo segmento ele é igual. O bit mais significativo indica a polaridade Os bits pares são invertidos para a transmissão

Segmentos e Valores de decisão para sinais na entrada

Lei A de Compressão Onde: x =sinal na entrada do compressor y =sinal na saída do compressor A=87,6

Exemplos utilizando Lei A

Lei A para codificação 1o 2o, 3o, 4o 5o, 6o, 7o , 8o Palavra PCM Polaridade Segmento Nível do Segmento 1o 2o, 3o, 4o 5o, 6o, 7o , 8o

Codificação Multiplexação O codificador eletrônico atribui a cada amostra uma palavra de 8 bits em correspondência ao intervalo de quantização fixado de acordo com a Lei A. Os 128 intervalos positivos e negativos de quantização são representados em um sistema PCM através de um código binário de 8 bits. Multiplexação As palavras de código(8 bits) de diversos sinais são multiplexados no tempo(time slot) em um quadro PCM de 32 posições sendo 30 para transmissão de voz e 2 para sinalização e controle.

Conectores coaxiais DID

Resumo Transmissão Limitação da banda do sinal telefônico através do filtro passa-baixas Amostragem do sinal telefônico resultando em um sinal PAM Quantização das amostras Codificação das amostras. O sinal telefônico é codificado em 8 bits e chama-se PCM Multiplexação no tempo dos diferentes sinais PCM

Resumo Recepção Demultiplexação do sinal PCM multiplexado no tempo Decodificação das palavras código resultando novamente em um sinal PAM. Reconstituição do sinal telefônico analógico original a partir do sinal PAM através de um filtro passa baixa.

Bibliografia Apostila Siemens : Introdução a comutação digital Telefonia Digital Marcelo Sampaio de Alencar Editora Érica Telecomunicações - Transmissão e Recepção Alcides Tadeu Gomes Editora Érica Telecomunicações: Evolução e Revolução Antonio Matins Ferrari Editora Érica