recent
أخبار ساخنة

التعديل النبضي المرمز PCM

admin
الصفحة الرئيسية

التضمين النبضي الرقمي Digital Pulse Modulation

يعرف التضمين الرقمي بانه طريقة لتمثيل اتساع العينة مثلا بقيمة رقمية تمثل بالنظام الثنائي لتمثيل الأعداد بعدد من النبضات.؛ وقد أصبح هذا النوع من التضمين أهم طريقة لنقل الخدمات الهاتفية، وتزداد أهميته يوما بعد يوم للأسباب الآتية:


مميزات التضمين الرقمي
  • في الاتصالات بعيدة المدي، يمكن إعادة توليد الإشارة بوساطة المعيدات (Repeaters) حيث لا يتراكم تأثير التشويش.
  • سهولة تصنيع أجهزة التضمين الرقمي بسبب إمكانية استخدام الدارات الرقمية المتكاملة، وبالتالي زيادة الوثوقية.
  • تخزين الإشارة بسبب سهولة تخزين الأرقام التي تمثلها.
  • خفض تأثير التداخلات باستخدام الرموز المناسبة لهذه الغاية .

التضمين النبضي المرمز Pulse Code Modulation


التضمين النبضي الرقمي Digital Pulse Modulation
التعديل النبضي المرمز PCM

يعتبر نظام تعديل ترميز النبضات PCM هو الطريقة الأمثل لتحويل الإشارات التماثلية إلى كلمات رقمية ( Binary Words)؛حيث يتم تشفيرها بالطريقة المناسبة لإرسالها عبر خطوط الاتصال أي أن الإشارة تكون عبارة عن شفرة نبضية معدلة لتحويل معلوماتها التناظرية إلى تسلسل ثنائي وهو 1 و 0؛و لقد تم اختراع نظام PCM في العام ١٩٣٧ من قبل العالم ( Alec Reeves)، أما التطبيقات الأولى فكانت في الولايات المتحدة الأمريكية في العام ١٩٦٢ م من قبل شركة بل ( Bell Labs).

مراحل نظام التعديل النبضي المرمز


  1. أخذ عينات الإشارة التماثلية للحصول على إشارة تعديل سعة النبضات PAM.
  2. تكمية أو التكميم (Quantization) قيم النبضات وتقريبها إلى أقرب قيمة من القيم المعتمدة.
  3. ترميز القيم التي تم اعتمادها في المرحلة السابقة و تحويل قيمتها إلى كلمة ثنائية ذات عدد من الخانات يتم تحديدها حسب عدد القيم المعتمدة في المرحلة الثانية.

مكونات التعديل أو التضمين النبضي المرمز PCM


المرشح :وهو عبارة عن مرشح كهربائي لتحديد قيم ترددات الإشارة التماثلية بحيث لا تتجاوز التردد الأقصى  وذلك منعا لحصول التداخل بين مكونات الطيف الترددي.
آخذ العينات: وهو عبارة عن دائرة تنفيذ عملية أخذ العينات والتي يتم ضبطها على تردد أخذ العينات وفقا لشرط نظرية أخذ العينات. إن الإشارة الناتجة في هذه المرحلة هي إشارة PAM.
المكمي أو التكميم: وهو عبارة عن دائرة تحديد قيم النبضات الناتجة عن عملية أخذ العينات حيث يتم التقريب لأقرب قيمة من القيم المتاحة ( المعتمدة وتسمى هذه القيم بمستويات التكمية ( Quantized Levels).
المرمزأو التشفير: وهى دائرة ترميز أو تشفير قيم النبضات التي تم تحديدها في المرحلة السابقة، أي تحويل القيم العادية العشرية إلى قيم ثنائية (Binary) والتي تسمى كلمات ثنائية ( Binary Words ).


 إن عدد خانات الكلمة الثناثية N يعتمد على عدد المستويات المعتمدة M وفقا للعلاقة التالية:



إن الإشارة الناتجة تسمى تعديل ترميز النبضات Pulse Code Modulation Signal والتي تعرف إختصارا إشارة PCM.

مميزات نظام التعديل النبضي المرمز PCM


  • قلة تكاليف الدوائر الرقمية المستخدمة.
  • إمكانية إرسال الإشارات التماثلية المختلفة (الصوت، الصورة، الفيديو) بعد تحويلها في نظام "PCM" ودمجها مع البيانات الأخرى (بيانات أجهزة الحاسب) في نظام الإرسال الرقمي.
  • في حالة الاتصالات الهاتفية الرقمية بعيدة المدى، هنالك إمكانية استرجاع إشارات PCM من المعيدات (Repeaters) بالوضع المثالي الذى بدأت به.
  • تحملها لتأثير الضوضاء بدرجة أعلى من الأنظمة التماثلية.
  • إمكانية الحصول على مسافات أطول بين المعيدات.
  • لكن هنالك بعض السلبيات أهمها الحاجة إلى عرض نطاق ترددي واسع.

فك التعديل النبضي المرمز PCM


إن عملية إزالة كود النبض بنفس عملية التعديل ولكن في الاتجاه المعاكس؛يبدأ الاستخلاص بعملية فك التشفير أثناء الإرسال ستتأثر إشارة PCM بتداخل الضوضاء و لذلك ، قبل أن ترسل إشارة PCM إلى مزيل التشكيل PCM  يتعين علينا استعادة الإشارة إلى المستوى الأصلي لذلك نستخدم comparator؛و إشارة PCM هي إشارة موجة نبضية متسلسلة  ولكن لإزالة التشكيل نحتاج إلى أن تكون الموجة متوازية.
وباستخدام serial to parallel converter سيتم تحويل إشارة الموجة النبضية التسلسلية إلى إشارة رقمية موازية. بعد أن تمر الإشارة عبر وحدة فك التشفير n-bits ويجب أن تكون محولًا رقميًا إلى تناظري؛و يستعيد مفكك الشفرة قيم التكميم الأصلية للإشارة الرقمية؛وتتضمن قيمة التكميم هذه أيضًا الكثير من التوافقيات عالية التردد مع الإشارات الصوتية الأصلية و لتجنب الإشارات غير الضرورية نستخدم مرشح تمرير منخفض في الجزء الأخير.

تطبيقات التعديل النبضي المرمز PCM 



  • أنظمة الهاتف الرقمية Digital Telephone Systems.
  • أنظمة الصوت الرقمية في أجهزة الحاسب Digital Audio in Computers.
  • أنظمة الصوت في الأقراص المدمجة والفيديو Digital Audio in CD , DVD and Blue-Ray.
  • أنظمة الفيديو الرقمية Digital Video.
  • أنظمة الترميز وفك الترميز Coders and Decoders والتي تكون على شكل شرائح.
  • أنظمة إجراء القياسات عن بعد Telemetry.
  • الاتصالات الفضائية Space Communications حيث يتم إرسال الصور الفضائية وغيرها من البيانات باستخدام نظام PCM.

تعديل ترميز النبضات التفاضلي Differential pulse code modulation 

تعديل ترميز النبضات التفاضلي Differential pulse code modulation
تعديل ترميز النبضات التفاضلي DPCM

يعتمد نظام تضمين أو تعديل ترميز النبضات التفاضلي (DPCM) على إيجاد الفرق بين قيمة العينة في لحظة معينة (X(k وقيمة العينة التي تسبتها زمنيا (1-X(k؛ مما يسمح باستخدام عدد أقل من البتاتbits (أصغر وحدة حاملة او ناقلة لمعلومة) لترميز الفرق ومن ثم إرساله عبر نظام الاتصالات؛ويمكن استخدام هذا النظام في حالة إرسال الإشارات التماثلية والرقمية ؛في حالة الإشارات التماثلية يجب إدخال الإشارة أولا على دائرة أخذ العينات Sampler؛ ومن ثم إدخال العينات على مرمز ( Encoder DPCM ).  

ولتوضيح ما سبق نفترض أن لدينا لديك إشارة تماثلية (X(k كما بالشكل التالي: 

تعديل ترميز النبضات التفاضلي Differential pulse code modulation
مثال على تعديل ترميز النبضات التفاضلي

يراد تحويلها إلى إشارة رقمية باستخدام تعديل ترميز النبضات التفاضلي DPCM؛ و رسم إشارة التكميم الناتجة بعد 
التعديل (X(t وترميز الإشارة الناتجة باستخدام عدد البتاتbits (أصغر وحدة حاملة او ناقلة لمعلومة) يساوي 3.

في هذه الحالة يتم إدخال الإشارة(X(k الناتجة بعد مرحلة أخذ العينات على دائرة مفاضل (عملية الطرح) والمدخل الثاني له الإشارة الراجعة من المخرج بعد إدخالها على دائرة تأخير زمني بمقدار T s والناتج هو حاصل الطرح (d(k. 

وباستخدام عدد من البتاتbits (أصغر وحدة حاملة او ناقلة لمعلومة) يساوي 3 يتم ترميز كل قيمة من قيم الإشارة(d(k ويكون الناتج الإشارة التالية: 

تعديل ترميز النبضات التفاضلي Differential pulse code modulation
شكل الاشارة بعد تعديل ترميز النبضات التفاضلي



دائرة فك ترميز DPCM

تعديل ترميز النبضات التفاضلي Differential pulse code modulation
دائرة فك ترميز DPCM

في المستقبل، يتم استقبال الإشارات(dq(k وضمن آلية بسيطة يتم إسترجاع الإشارات الأصلية (X(k.

مميزات نظام تعديل ترميز النبضات التفاضلي


  1. الحاجة إلى عدد بتاتbits (أصغر وحدة حاملة او ناقلة لمعلومة) أقل من نظام PCM مما يقلل كمية المعلومات المرسلة وبالتالي يقلل عرض النطاق الترددي المطلوب للإرسال.
  2. في حالة عدد البتاتbits (أصغر وحدة حاملة او ناقلة لمعلومة) الأقل فإن عدد القيم المعتمدة للتكميم (Levels Quantized) تصبح أقل مما يسهل تصميمه ويقلل تكلفته. 
  3. في حالة استخدام نفس عدد القيم المعتمدة للتكيمم تصبح قيمة التدريج (V∆) أقل مما يقلل تأثير ضوضاء التكمية وبالتالي يرفع نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR).

المصادر
Pulse Code ModulationPulse Code Demodulation-المناهج السعودية.

google-playkhamsatmostaqltradent