NGN - Modulación de código de pulso
El advenimiento de las comunicaciones de voz y datos de alta velocidad ha provocado la necesidad de un medio rápido para transportar la información. Los circuitos o enlaces digitales han evolucionado a partir de la necesidad de transmitir voz o datos en forma digital.
La conversión de forma analógica a digital sigue un proceso de cuatro etapas ( ver la siguiente figura ) y se detallará en las siguientes secciones.
Muestreo
Las frecuencias de voz adoptan la forma de una señal analógica, es decir, una onda sinusoidal ( consulte la siguiente figura ). Esta señal debe convertirse en formato binario para que pueda transmitirse por un medio digital. La primera etapa de esta conversión es convertir la señal de audio en unPulse Amplitude Modulation(PAM)señal. Este proceso se conoce genéricamente comosampling.
El proceso de muestreo debe recopilar suficiente información de las frecuencias de voz entrantes para permitir que se realice una copia de la señal original. Las frecuencias de voz están normalmente en el rango de300Hz to 3400Hz, normalmente conocido como el commercial speech band.
Para obtener una muestra, se aplica una frecuencia de muestreo a la frecuencia de voz original. La frecuencia de muestreo está determinada porNyquist Sampling Theorem, que dicta que “the frequency of sampling should be at least twice the highest frequency component.”
Esto asegura que se tome una muestra como mínimo una vez en cada medio ciclo, eliminando así la posibilidad de muestrear en puntos cero del ciclo, que no tendrían amplitud. Esto da como resultado que la frecuencia de muestreo sea de un mínimo de 6,8 KHz.
El estándar europeo muestrea una señal entrante en 8 KHZ, asegurando una muestra, se toma cada 125micro secondso 1/8000 de segundo ( consulte la siguiente figura ).
Cuantificación
Idealmente, a la amplitud de cada muestra se le asignaría un código binario (unos o ceros), pero como puede haber un número infinito de amplitudes; por lo tanto, debe haber un número infinito de códigos binarios disponibles. Esto no sería práctico, por lo que se debe emplear otro proceso, que se conoce comoquantizing.
La cuantificación compara la señal PAM con una escala de cuantificación, que tiene un número finito de niveles discretos. La escala de cuantificación se divide en 256 niveles de cuantificación, de los cuales 128 son niveles positivos y 128 son niveles negativos.
La etapa de cuantificación implica la asignación de un código binario único de 8 bits apropiado para el intervalo de cuantificación en el que cae la amplitud de la señal PAM ( consulte la siguiente figura ).
Esto consta de 1 bit de polaridad con los 7 bits restantes utilizados para identificar el nivel de cuantificación ( como se muestra en la figura anterior ).
El primer bit como se vio antes es el bit de polaridad, los siguientes tres bits para el código de segmento, dando ocho códigos de segmento, y los cuatro bits restantes para el nivel de cuantificación, dando dieciséis niveles de cuantificación.
Companding
El proceso de cuantificación en sí mismo conduce a un fenómeno conocido como quantization distortion. Esto ocurre cuando la amplitud de la señal muestreada cae entre los niveles de cuantificación. La señal siempre se redondea al nivel completo más cercano. Esta diferencia entre el nivel muestreado y el nivel de cuantificación es la distorsión de cuantificación.
La tasa de cambio de la amplitud de una señal varía en diferentes partes del ciclo. Esto ocurre más en las frecuencias altas, ya que la amplitud de la señal cambia más rápido que en las frecuencias bajas. Para superar esto, el primer código de segmento tiene los niveles de cuantificación muy próximos. El siguiente código de segmento tiene el doble de altura que el anterior y así sucesivamente. Este proceso se conoce comocompanding, ya que comprime señales más grandes y expande señales más pequeñas.
En Europa utilizan el A-law de companding, en comparación con América del Norte y Japón que utilizan el μ law.
Como la distorsión de cuantificación es equivalente al ruido, la compactación mejora la relación señal / ruido en señales de baja amplitud y produce una relación señal / ruido aceptable en todo el rango de amplitudes.
Codificación
Para que la información binaria se transmita a través de una ruta digital, la información debe modificarse en un código de línea adecuado. La técnica de codificación empleada en Europa se conoce comoHigh Density Bipolar 3 (HDB3).
HDB3 se deriva de un código de línea llamado AMI o Alternate Mark Inversion. Dentro de la codificación AMI, se utilizan 3 valores: ninguna señal para representar un 0 binario y una señal positiva o negativa que se utiliza alternativamente para representar un 1 binario.
Un problema asociado con la codificación AMI ocurre cuando se transmite una larga cadena de ceros. Esto puede causar problemas de bucle de bloqueo de fase en el receptor del extremo distante.
HDB3funciona de manera similar a AMI, pero incorpora un paso de codificación adicional que reemplaza cualquier cadena de cuatro ceros por tres ceros seguidos de un 'bit de infracción'. Esta violación es de la misma polaridad de la transición anterior ( ver la siguiente figura ).
Como se puede ver en el ejemplo, 000V reemplaza la primera cadena de cuatro ceros. Sin embargo, el uso de este tipo de codificación podría llevar a la introducción de un nivel de CC medio en la señal, ya que podría estar presente una larga cadena de ceros, todos codificados de la misma manera. Para evitar esto, la codificación de cada cuatro ceros sucesivos se cambia a B00V, utilizando un bit de 'Violación bipolar' que alterna en polaridad.
A partir de esto, se puede suponer que con la codificación HDB3, el número máximo de ceros sin una transición es tres. Esta técnica de codificación a menudo se denominamodulation format.