Modulação PCM

Jonas Augusto Kunzler

Kleverson Machado da Silva

Marcus Vinícius Batista

Helton Nunes

Centro Federal de Educação Tecnológica de Goiás – CEFET-GO

Objetivo

Apresentar o conceito, utilização e características da Modulação por código de pulsos – PCM

Proporcionar o entendimento por meio de teoria, figuras, diagrama de blocos e palestra

O que é modulação?

É uma ferramenta usada em telecomunicações para enviar dados de forma que os custos sejam baixos e as dimensões dos materiais usados nesta comunicação de dados não extrapole os limites.

Modulação é um processo que consiste em se alterar uma característica da onda portadora, proporcionalmente ao sinal modulante.

Esta é a forma mais primitiva de armazenamento de áudio em formato digital, desenvolvido pela Sony e Philips no início da década de 70

Um pouco de história

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No PCM o áudio é transformado numa série de amostras, cada uma com uma amplitude

No CD por exemplo temos 44100 amostras por segundo (44.1 KHz) com uma amplitude de 16 bits, ou seja, 65 mil valores diferentes

Onde é utilizado

Em áudio:

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A desvantagem

Apesar da qualidade ser muito boa, o PCM não prevê o uso de nenhum tipo de compressão, é por isso que um CD pode armazenar apenas 74 minutos de música em PCM, enquanto a mesma mídia pode gravar mais de 10 horas em arquivos MP3 ou Ogg

Onde é utilizado

Em telefonia:

O sinal de voz é digitalizado pela central telefônica no formato PCM e transmitido no formato digital entre as centrais, sendo novamente convertido em sinal analógico ao chegar na central telefônica do destinatário

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A modulação por codificação de pulso consiste, basicamente, em transformar um sinal analógico em uma sucessão de pulsos que, devido ao seu comportamento de admitir apenas dois níveis distintos, permitem sua codificação em um padrão binário, ou seja, é uma representação digital de um sinal analógico no qual a magnitude do sinal é obtida em intervalos regulares e então transformados em uma série de símbolos em código digital (geralmente binário)

Definição

Um ponto significativo, positivo deste tipo de modulação é a baixa interferência de ruído. Isso devido a utilização de dois níveis distintos para o sinal modulado.

Definição

Na geração do sinal PCM temos três etapas

•Amostragem

•Quantização

•Codificação

Geração do sinal PCM

Amostragem

A amostragem retém o valor instantâneo do sinal analógico por um espaço de tempo suficiente para a sua codificação

É um processo de conversão de um sinal analógico para digital. São extraídas amostras do sinal. Quanto mais amostras por segundo, mais fiel será o sinal digitalizado, porém maior será o arquivo gerado.

Amostragem

Quantização

Essa etapa consiste em fixar os valores amostrados (primeira etapa); aproximar os valores amostrados a níveis discretos (código binário)

Associa-se cada um dos níveis a um código, assim cada nível terá um valor de bits correspondente a aproximação do valor real

Compressão

Devido a interferência de ruído em pequenas amplitudes, a compressão é utilizada para aumentar a relação sinal/ruído

Dois tipos de compressão serão tratados:

•Compressão analógica

•Compressão digital

Compressão Analógica

Pela variedade de componentes não-lineares disponíveis no mercado, este tipo de compressão durante algum tempo foi a mais usada, mas este circuito é sensível a temperatura, isto por causa da perda com corrente de fuga

Curva de transferência da compressão analógica (VexVs)

Circuito da compressão analógica, os diodos são fundamentais para o resultado de VexVs

Compressão Analógica

Compressão Digital

Caracteriza-se pela quantização não-linear. Para tanto estabelece-se uma quantização linear inicial de um número maior de bits e logo depois reduz-se aos 8 bits padronizados

Dentro da compressão digital são usados dois tipos:

•Lei A (EUA, Canadá e Japão)

•Lei (Brasil e Europa)

A Lei não é utilizada no Brasil. A curva característica de Lei apresenta 15 segmentos e é utilizada para um sistema PCM de 24 canais. Adotada nos EUA e Japão.

A Lei A adotada para os sistemas de 32 canais onde a curva é aproximada para 13 segmentos de reta. Utilizada na Europa e Brasil.

Compressão Digital

Compressão

Codificação

Obtendo o sinal amostrado e quantizado podemos codificá-lo, com 8 bits usamos uma escala de 0 a 256 (níveis); de uma representação vertical transforma-se em uma representação horizontal

Esta etapa encarrega-se de gerar o código binário que deverá ser transmitido pela linha de transmissão

Regeneração

Expansor

Decodificação

Filtro

Recepção

A regeneração é um reforço no sinal que chega ao receptor.

Existe a regeneração analógica e digital, sendo esta mais usada devido suas qualidades. A digital regenera completamente o pulso sem ruídos, já a analógica no momento da descompressão amplifica também os ruídos.

Regeneração

Expansor

Assim como houve a compressão no gerador de sinal PCM há também um expansor para voltar o pulso a sua forma normal. Foi comprimido de 13 para 8 bits, neste processo será descomprimido de 8 para 13 bits.

Decodificação

Esta fase é a leitura do código binário que foi gerado na codificação, e transformando estes bits com um conversor D/A encontraremos o sinal analógico

Nesta etapa o sinal analógico que acabara de ser transformado, passa por um filtro para “enxugar” as impurezas no sinal decodificado

O sinal chega meio quadrado ao destino por isso é importante a passagem por este filtro

Filtragem

Como observamos no diagrama abaixo, um sinal que é amostrado, passa por uma fase de quantização (fixa valores), após isso codifica-se o sinal para a transmissão do dado. Na recepção este sinal é decodificado e logo depois filtrado, recuperando o sinal original.

Conclusão