Puls-Code-Modulation
Dieser Artikel beschäftigt sich mit der Technik der Puls-Code-Modulation, für das Medikament siehe Paracetamol.
Die Puls-Code-Modulation (PCM) ist eine Modulationsform, bei der ein analoges Signal binär codiert wird.
Das analoge Signal wird mit einer bestimmten Frequenz abgetastet. Vorher müssen gemäß dem Shannonschen Abtasttheorem mit einem Tiefpass zu hohe Oberwellen vom Signal herausgefiltert werden. Eindeutiger wären hierbei Begriffe wie zum Beispiel Höhensperre, Höhenfilter oder High Cut zum aktiven Abschneiden der hohen Frequenzen, also der Oberwellen.
Das digitalisierte Signal wird als pulsamplitudenmoduliert (PAM) bezeichnet. Das PAM Signal wird mit einem AD-Wandler quantisiert; dazu werden die Amplitudenwerte in n Quantisierungsstufen eingeteilt. n ergibt sich aus der Anzahl z der Bits mit der das Signal codiert wird (). Bei der Rückumwandlung deckt sich das Signal nicht mehr mit dem Ausgangssignal, da es in endlich viele Quantisierungsstufen eingeteilt wurde. Das dadurch entstehende Störgeräusch bezeichnet man als Quantisierungsrauschen, welches aber nicht unbedingt hörbar sein muss und mit steigendem Quantisierungsgrad abnimmt.
Zum Bild: T ist die Periodendauer der Abtastfrequenz (siehe Frequenz; f-1 = T folgt aus f = 1 / T), TBit die Übertragungsdauer von einem Bit. Der Zusammenhang zwischen Abtastfrequenz und TBit ist für die Übertragung des Signals nicht zwingend (siehe Diskussion).
Der Vorteil der PCM liegt in der Störungstoleranz der Übertragung, es muss beim Empfänger durch die binäre Codierung lediglich zwischen einem High- und Low-Signal (0 und 1) unterschieden werden können. Der Nachteil ist ein hoher Bedarf an Bandbreite zur Übertragung. Dieser Nachteil kann allerdings mit Hilfe unterschiedlicher Modulationsverfahren für digitale Signale (fast) wieder wettgemacht werden.
Die Nyquistbandbreite gilt nur für den theoretischen Fall eines idealen Tiefpasses. Diesen Tiefpass durchläuft das digitale Signal, um Oberwellen (siehe Fourieranalyse) zu filtern und die Bandbreite zu begrenzen. Praktisch ist jedoch kein idealer Tiefpass möglich, so dass die erreichte Bandbreite in der Praxis geringer als die Nyquistbandbreite ist. Außerdem werden Signale naher der halben Abtastrate nicht mehr gut übertragen, solange sie nicht optimal mit den Abtastzeitpunkten zusammenfallen. Im Extremfall kann hier so ein Signal entweder komplett verschwinden, oder in regelmäsigen Zeitintervallen schweben. Bei Sprache und Musik tritt dieser Effekt allerdings nur selten in Erscheinung, da dort in den hohen Frequenzbereichen eher rauschartige Signale (Frikale, Schlagzeug) zu finden sind.
Das PCM30/32-System oder kurz PCM30
Das PCM30-Grundsystem wird in der digitalen Vermittlungstechnik eingesetzt und dient zur digitalen Übertragung des Telefon-/Datenverkehrs. Das System besitzt 30 nutzbare 8bit-Kanäle. Die restlichen 2 Kanäle werden zur Verwaltung benutzt. Die nutzbaren Kanäle werden für den Telefon-/Datenverkehr benutzt. Alle 32 Kanäle werden zu einem Rahmen (Frame) zusammengefasst. Die Frames werden nacheinander übertragen - ungerader Frame, gerader Frame usw. Um die Kanäle zu trennen und auf die einzelnen Leitungen zu geben und umgekehrt werden Multiplexer und Demultiplexer verwendet.
Aufbau des PCM30-Systems:
Erklärung der Verwaltungskanäle 0 und 16:
Diese Kanäle sind wie jeder PCM30-Kanal 8bit breit.
- ungeradzahliger Frame, Kanal 0:
Der Kanal 0 überträgt das Rahmen-Kennungswort. Dieses Kennungswort dient der Synchronisation. Es wird in jedem 2. Frame übertragen.
- geradzahliger und ungeradzahliger Frame, Kanal 16:
Der Kanal 16 übertragt die Kennzeicheninformation für 2 Teilnehmeranschlüsse, je 4 bit
- geradzahliger Frame, Kanal 0:
Dieser enthält das Meldewort. Dieses dient zur Alarmisierung von Störungen im System.
Dieser Artikel beschäftigt sich mit der Technik der Puls-Code-Modulation, für das Medikament siehe Paracetamol.
Die Puls-Code-Modulation (PCM) ist eine Modulationsform, bei der ein analoges Signal binär codiert wird.
Das analoge Signal wird mit einer bestimmten Frequenz abgetastet. Vorher müssen gemäß dem Shannonschen Abtasttheorem mit einem Tiefpass zu hohe Oberwellen vom Signal herausgefiltert werden. Eindeutiger wären hierbei Begriffe wie zum Beispiel Höhensperre, Höhenfilter oder High Cut zum aktiven Abschneiden der hohen Frequenzen, also der Oberwellen.
Das digitalisierte Signal wird als pulsamplitudenmoduliert (PAM) bezeichnet. Das PAM Signal wird mit einem AD-Wandler quantisiert; dazu werden die Amplitudenwerte in n Quantisierungsstufen eingeteilt. n ergibt sich aus der Anzahl z der Bits mit der das Signal codiert wird (). Bei der Rückumwandlung deckt sich das Signal nicht mehr mit dem Ausgangssignal, da es in endlich viele Quantisierungsstufen eingeteilt wurde. Das dadurch entstehende Störgeräusch bezeichnet man als Quantisierungsrauschen, welches aber nicht unbedingt hörbar sein muss und mit steigendem Quantisierungsgrad abnimmt.
Zum Bild: T ist die Periodendauer der Abtastfrequenz (siehe Frequenz; f-1 = T folgt aus f = 1 / T), TBit die Übertragungsdauer von einem Bit. Der Zusammenhang zwischen Abtastfrequenz und TBit ist für die Übertragung des Signals nicht zwingend (siehe Diskussion).
Der Vorteil der PCM liegt in der Störungstoleranz der Übertragung, es muss beim Empfänger durch die binäre Codierung lediglich zwischen einem High- und Low-Signal (0 und 1) unterschieden werden können. Der Nachteil ist ein hoher Bedarf an Bandbreite zur Übertragung. Dieser Nachteil kann allerdings mit Hilfe unterschiedlicher Modulationsverfahren für digitale Signale (fast) wieder wettgemacht werden.
Die Nyquistbandbreite gilt nur für den theoretischen Fall eines idealen Tiefpasses. Diesen Tiefpass durchläuft das digitale Signal, um Oberwellen (siehe Fourieranalyse) zu filtern und die Bandbreite zu begrenzen. Praktisch ist jedoch kein idealer Tiefpass möglich, so dass die erreichte Bandbreite in der Praxis geringer als die Nyquistbandbreite ist. Außerdem werden Signale naher der halben Abtastrate nicht mehr gut übertragen, solange sie nicht optimal mit den Abtastzeitpunkten zusammenfallen. Im Extremfall kann hier so ein Signal entweder komplett verschwinden, oder in regelmäsigen Zeitintervallen schweben. Bei Sprache und Musik tritt dieser Effekt allerdings nur selten in Erscheinung, da dort in den hohen Frequenzbereichen eher rauschartige Signale (Frikale, Schlagzeug) zu finden sind.
Das PCM30/32-System oder kurz PCM30
Das PCM30-Grundsystem wird in der digitalen Vermittlungstechnik eingesetzt und dient zur digitalen Übertragung des Telefon-/Datenverkehrs. Das System besitzt 30 nutzbare 8bit-Kanäle. Die restlichen 2 Kanäle werden zur Verwaltung benutzt. Die nutzbaren Kanäle werden für den Telefon-/Datenverkehr benutzt. Alle 32 Kanäle werden zu einem Rahmen (Frame) zusammengefasst. Die Frames werden nacheinander übertragen - ungerader Frame, gerader Frame usw. Um die Kanäle zu trennen und auf die einzelnen Leitungen zu geben und umgekehrt werden Multiplexer und Demultiplexer verwendet.
Aufbau des PCM30-Systems:
Erklärung der Verwaltungskanäle 0 und 16:
Diese Kanäle sind wie jeder PCM30-Kanal 8bit breit.
- ungeradzahliger Frame, Kanal 0:
Der Kanal 0 überträgt das Rahmen-Kennungswort. Dieses Kennungswort dient der Synchronisation. Es wird in jedem 2. Frame übertragen.
- geradzahliger und ungeradzahliger Frame, Kanal 16:
Der Kanal 16 übertragt die Kennzeicheninformation für 2 Teilnehmeranschlüsse, je 4 bit
- geradzahliger Frame, Kanal 0:
Dieser enthält das Meldewort. Dieses dient zur Alarmisierung von Störungen im System.
telefonieren mit PCM30 (Kurzfassung)
Da jeder der 30 Kanäle 8bit breit ist und diese Genauigkeit für Sprache ausreichend ist, braucht man für normales telefonieren nur einen Kanal. Spricht man nun in ein analoges Telefon, so geht das analoge Signal erstmal über einen Tiefpass und dann werden Amplitudenproben durch die PAM genommen. Diese Amplitudenproben werden im A/D-Wandler mit einer Genauigkeit von 8 bit quantisiert. Da es vorkommen kann, dass es Bit-Kombinationen wie '11111111' oder '00000000' geben kann (= Gleichspannung) und diese nicht über die Leitung übertragen werden können, wird der Bitstrom noch AMI-codiert. Der AMI-Code (= das Gesprochende) befindet sich jetzt im PCM30-Kanal und geht jetzt zum Multiplexer (siehe Blockschaltbild EWSD).
siehe auch: BORSCHT