Аналогово-цифровое преобразование играет решающую роль в современных системах связи, включая модемы. Преобразование аналоговых сигналов в цифровой формат необходимо для эффективной передачи и обработки данных. В этой статье мы рассмотрим несколько методов аналого-цифрового преобразования в модемах, а также приведем примеры кода, иллюстрирующие каждый подход. Давайте погрузимся!

1. Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ):
   ИКМ — широко используемый метод аналого-цифрового преобразования. Он осуществляет выборку аналогового сигнала через равные промежутки времени и преобразует каждую выборку в цифровое значение. Вот пример фрагмента кода с использованием преобразования PCM в Python:

import numpy as np
def pcm_conversion(signal, bits_per_sample):
    quantization_levels = 2  bits_per_sample
    maximum_amplitude = max(abs(signal))
    step_size = maximum_amplitude / quantization_levels
    digital_signal = np.round(signal / step_size).astype(int)
    return digital_signal

2. Дельта-модуляция (DM):
   Дельта-модуляция — это более простой метод, который аппроксимирует крутизну аналогового сигнала. Он использует один бит для представления изменения амплитуды сигнала. Вот пример фрагмента кода, использующего дельта-модуляцию в MATLAB:

function digital_signal = delta_modulation(signal, step_size)
    digital_signal = zeros(size(signal));
    previous_sample = 0;
    for i = 1:length(signal)
        if signal(i) > previous_sample
            digital_signal(i) = 1;
        else
            digital_signal(i) = 0;
        end
        previous_sample = previous_sample + step_size * (2 * digital_signal(i) - 1);
    end
end

3. Сигма-дельта-модуляция (ΣΔM):
   Сигма-дельта-модуляция — это метод, который использует формирование шума для достижения цифрового преобразования высокого разрешения. Он осуществляет передискретизацию аналогового сигнала и использует петлю обратной связи для уменьшения шума квантования. Вот пример фрагмента кода, использующего сигма-дельта-модуляцию в C++:

double sigma_delta_modulation(double input, double previous_output)
{
    double quantization_noise = input - previous_output;
    double output = (quantization_noise >= 0) ? 1 : -1;
    return output;
}

Аналогово-цифровое преобразование — это фундаментальный процесс в модемах, обеспечивающий эффективную передачу и обработку данных. В этой статье мы исследовали три популярных метода: импульсно-кодовую модуляцию (PCM), дельта-модуляцию (DM) и сигма-дельта-модуляцию (ΣΔM). Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, что делает их пригодными для различных приложений. Поняв эти методы и их реализацию, вы сможете понять, как модемы преобразуют аналоговые сигналы в цифровой формат.