Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6 PULSE CODE MODULATION (PCM)

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1 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6 PULSE CODE MODULATION (PCM)

2 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.1 LA PCM E’ UN SISTEMA PER LA TRASMISSIONE DIGITALE DI SEGNALI ANALOGICI : SCHEMA COMPLETO PER LA TRASMISSIONE DI SEGNALE ANALOGICO BASATO SU PCM LP CODIF. PCM Tx DIGITALE CANALE Rx DIGITALE DECODIF. PCM LP

3 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.2 SE VOGLIAMO EFFETTUARE UNA TRASMISSIONE DIGITALE  DOBBIAMO DISCRETIZZARE IL SEGNALE SIA NEL TEMPO CHE IN AMPIEZZA. TRAMITE IL CAMPIONAMENTO OTTENIAMO UN INSIEME DI CAMPIONI A VALORI “CONTINUI” IN “AMPIEZZA”. LA PCM INCLUDE LA “DISCRETIZZAZIONE DELL’ AMPIEZZA E LA CODIFICA NUMERICA (DIGITALE).

4 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.3 PCM DISCRETIZZIAMO LE “AMPIEZZE” DEI NOSTRI CAMPIONI IN M LIVELLI (ES. 256 LIVELLI) 256 1

5 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.4 PER ASSEGNARE UNO DEGLI “M LIVELLI” AD UN “CAMPIONE ANALOGICO” SI USA IL “LIVELLO PIU’ VICINO” : E’ IL LIVELLO QUANTIZZATO PIU’ VICINO AD. : SEGNALE CAMPIONATO : SEGNALE QUANTIZZATO : ERRORE DI QUANITZZAZIONE

6 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.5 PCM

7 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.6 PCM QUESTO E’ VALIDO IN IPOTESI DI “LIVELLI EQUISPAZIATI”. E’ POSSIBILE USARE SCHEMI DI QUANTIZZAZIONE PIU’ SOFISTICATI CHE TENGONO CONTO DELLA PROBABILITA’ DELLE AMPIEZZE. ( CON  COSTANTE )

8 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.7 PCM ESEMPIO CODIFICA PCM PER “VOCE” CCITT  PER VOCE HO : LIVELLI OGNI CAMPIONE E’ CODIFICATO CON UN “CODICE BINARIO” : 8 bit CHE CORRISPONDE A :

9 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.8 PCM PER VOCE CODIFICA BINARIA : IL Tx DIGITALE IMPIEGA 2 FORME D’ONDA DI BASE ES. : OGNI CAMPIONE E’ RAPPRESENTATO DA UNA “TRAMA” COSTITUITE CON LE 2 FORME D’ONDA DI BASE : “0”“1” 0 0 1 0 1 1 0 125  sec

10 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.9 PCM VOCE LA LARGHEZZA DI BANDA CON BUONA APPROSSIMAZIONE E’ DETERMINATA DALLA SINGOLA FORMA D’ONDA (BIT).  BANDA PCM “1” BANDA  1/ 

11 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.10 PCM VOCE NEL PCM SECONDO LO STANDARD “CCITT” RICORDO CHE HO UN FLUSSO DI 64Kbit/sec E QUINDI UNA BANDA DI 64KHz. IL CANALE PER EVITARE DEFORMAZIONI “PESANTI” DELLE FORME D’ONDA RETTANGOLARI ADOTTATE DAL Tx DIGITALE DOVRA’ AVERE UNA BANDA 5  10 VOLTE MAGGIORE.

12 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.11 PCM VOCE BANDA NELLA PRATICA SI USA COME BANDA DEL SEGNALE 64KHz PER UN BIT RATE 64Kbit/sec. N.B. SE HO UN CANALE CHE TAGLIA A 64KHz DEFORMO MOLTO IL bit, AD ESEMPIO IN UNA SEQUENZA DI 1-0 (F.O. RETTANGOLARE) PASSA SOLO LA FONDAMENTALE E IN USCITA DAL CANALE SI HA ANDAMENTO SINUISOIDALE.  1/  IN f

13 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.12 ALLARGANDO LA BANDA DEL CANALE B c OLTRE 64KHz SI AVRA’ : SE POI B c >> 64 kHz SI AVRA’ IN USCITA ANDAMENTO “QUASI” RETTANGOLARE N.B. Tx / Rx DIGITALI NON FANNO PARTE DEL PCM !! POSSO ACCOPPIARE PCM CON DIVERSI Tx / Rx DIGITALI (ANCHE DIVERSE FORME D’ONDA)  BANDA DIVERSA.

14 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.13 PCM VOCE,8 bit PER CAMPIONE.  8000 CAMPIONI AL SECONDO E 64 Kbit/sec (“THROUGPUT” IN LINEA O “BIT RATE”) BANDA PCM “VOCE”  = “DURATA” bit   15.6  sec  BANDA  1/   64KHz  A

15 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.14 CODIFICATORE PCM RIPRENDIAMO IL PCM DA UN PUNTO DI VISTA GENERALE. SISTEMA PCM USA : CAMPIONAMENTO, QUANTIZZAZIONE, CODIFICA, PER CONVERTIRE UN SEGNALE ANALOGICO IN UNO DIGITALE. LP QUANT CODIF. CONVERT. PARALL./SERIALE PCM A/D

16 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.15 PCM M : Nr. LIVELLI DEL QUANTIZZATORE n : Nr. FORME D’ONDA NELLA TRAMA x : Nr. FORME D’ONDA DI BASE IL CODIFICATORE GENERA UNA ‘TRAMA” COMPOSTA DA “n” FORME D’ONDA (SCELTE FRA LE “x” DI BASE). ES. CODIFICA BINARIA AD x=2, n=8  M=256

17 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.16 PCM FORME D’ ONDA PER CODIFICA BINARIA : I LIVELLI SONO IMPOSTI DAL QUANTIZZATORE. LE FORME D’ONDA DI BASE SONO DECISE DAL Tx DIGITALE. PER PROGETTARE IL QUANTIZZATORE DOBBIAMO VALUTARE L’ERRORE DI QUANTIZZAZIONE E RENDERLO ACCETTABILE RISPETTO AI REQUISITI DI QUALITA’ DEL SISTEMA DI TELECOMUNICAZIONE. SEGNALE POLARE SEGNALE UNIPOLARE

18 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.17 PCM QUANTIZZAZIONE  ERRORE DI QUANTIZZAZIONE E’ UNA VARIABILE ALEATORIA COMPRESA IN. VEDREMO PIU’ AVANTI COME VALUTARE QUANTITATIVAMENTE L’EFFETTO DI SULLA QUANTITA’ DELLA TRASMISSIONE.

19 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.18 PCM PER RIDURRE  AUMENTARE LIVELLI DI QUANTIZZAZIONE  AUMENTARE n=num. BIT/CAMPIONE PERO’ DEVO TENERE IN CONTO LA BANDA DEL CANALE. PIU’ E’ PICCOLO, PIU’ HO BISOGNO DI BANDA. SE AUMENTO LIVELLI  AUMENTO n  DIMINUISCE  MAGGIORE BANDA.

20 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.19 PCM Tx DIGITALE : SCEGLIE LE FORME D’ONDA DI BASE (ES. RETTANGOLARI). LA SCELTA DELLE FORME D’ONDA DEVE ESSERE “CONFORME” ALLA BANDA DEL CANALE. DEVO VEDERE LA RICHIESTA DI BANDA DOVUTA AL (“TEMPO DI CIFRA”).

21 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.20 PCM CODIFICA CON MEMORIA NEL CASO IN CUI LA BANDA DEL MIO “BIT” E’ TROPPO GRANDE PER IL CANALE A DISPOSIZIONE  CODIFICA CON MEMORIA. CONCETTO BASE : DEVO “RALLENTARE” LA VELOCITA’ DI Tx DELLE FORME D’ONDA.

22 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.21 PAM CON MEMORIA PER RIDURRE LA VELOCITA’ DI Tx DELLE FORME D’ONDA POSSO MEMORIZZARE L’INFORMAZIONE IN USCITA DAL CODIFICATORE E “RITRASMETTERLA” ASSOCIANDO AD OGNI FORMA D’ONDA PIU’ DI UNA CIFRA. ES. : PCM BINARIO, M=256, 8 BIT. POSSO MEMORIZZARE “COPPIE DI BIT” ED ASSEGNARE AD OGNI POSSIBILE COPPIA UNA FORMA D’ONDA MODULATA IN AMPIEZZA. (Tx DIGITALE BASATA SU Pulse Amplitude Modulation- PAM)

23 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.22 PAM CON MEMORIA ES. : PCM BINARIO, M=256, 8 BIT PAM A BANDA LARGA (MEMORIA A 2BIT) 00 01 10 11 K=2 2 =4 AMPIEZZE 1 1 1 0 0 1 0 0 AMPIEZZE

24 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.23 PAM CON MEMORIA PER LA VOCE : LA PAM SENZA MEMORIA E CON F.O. RETTANGOLARE RICHIEDE UNA BANDA “MINIMA” DI 64 kHz (ACCETTANDO UNA FORTE DISTORSIONE DEL RETTANGOLO). CON MEMORIA DI 2 BIT LA BANDA RICHIESTA SCENDE A 32 kHz. AL LIMITE CON UNA MEMORIA DI 8 BIT SI PUO’ SCENDERE FINO A 8 kHz (T b = T C ). IN QUESTO MODO HO 256 FORME D’ONDA DIVERSE, UNA PER OGNI LIVELLO. PROBLEMI : SENSIBILITA’ AL RUMORE OPPURE SE VOGLIO SEPARAZIONE COSTANTE TRA MOLTI LIVELLI  GRANDE POTENZA MEDIA IN TRASMISSIONE.

25 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.24 PER FORME D’ ONDA RETTANGOLARI DI DURATA T LA POTENZA MEDIA P m SPESA DAL Tx E’ DATA DA : DOVE : AMPIEZZA GENERICA PROBABILITA’ DELL’ AMPIEZZA DURATA F.O. RETTANGOLARE num. DI AMPIEZZE DIVERSE CONSIDERATE POTENZA SEGNALE DI AMPIEZZA

26 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 6.25 N.B. : SI DOVRA’ SEMPRE VERIFICARE CHE LA FORMA D’ONDA DELLA PAM SIA COMPATIBILE CON LA LARGHEZZA DI BANDA DEL CANALE (ALMENO 3-5 VOLTE LA BANDA DEL PRIMO LOBO DELLA ). DIVERSAMENTE SI DOVRA’ CAMBIARE FORMA D’ONDA ED UTILIZZARE LA PAM A BANDA STRETTA (VEDERE SEGUITO).