PCM

E' una tecnica di modulazione in banda base.

Modulazione nel senso di trasformazione, di conversione del segnale analogico originario.
Si basa su tre fasi di elaborazione: campionamento, quantizzazione e codifica.

Campionamento

Si estraggono campioni del segnale ad intervalli uguali di tempo (intervallo di campionamento Δtc), mediante circuiti campionatori, rispettando la legge di Shannon che stabilisce una efficiente ricostruzione del segnale analogico presso il destinatario, se si estraggono i campioni con frequenza uguale o maggiore a due volte la massima frequenza o la larghezza di banda del segnale sorgente

fc≥2fmax≡2Bs;

nella pratica, si assume fc pari tre, o quattro, o cinque volte fmax

fc=3-5fmax;

Δtc=1/fc.

Quantizzazione

Si determinano, mediante circuiti comparatori, fasce di livelli (passi di quantizzazione ΔV) ai quali riferire i valori di ampiezza dei campioni estratti (livelli di quantizzazione), considerando il massimo errore che si commette nell'assegnare le ampiezze dei campioni ad un livello o al successivo, il cui valore teorico è

eq=ΔV/2;

il valore pratico di eq è

eq=ΔV/.

Tenendo condo delle variazioni positive e negative del segnale sorgente rispetto all'asse di riferimento per le ampiezze, conoscendo l'escursione massima del segnale sorgente ed assegnando un passo di quantizzazione valido, dipendente dalla distribuzione statistica delle ampiezze del segnale da convertire variabile con il tipo di segnale sotto esame, si può calcolare il numero di livelli di quantizzazione

L=(Vmax -Vmin)/ΔV;

viceversa, noto L, si può determinare il passo di quantizzazione ottimale

ΔV=(Vmax-Vmin)/L;

similmente, si può calcolare la differenza (Vmax-Vmin)

(Vmax-Vmin)=LΔV.

Codifica

Si assegnano opportuni codici di rappresentazione, mediante circuiti codificatori, ai livelli di quantizzazione, determinando la nuova forma di segnale come una sequenza di cifre digitali rappresentate tramite impulsi, ciascuno dei quali è un bit;

il numero di bit corrispondenti al livelli di quantizzazione si ricava dalla relazione

nbit=log2(L);

o dalla relazione relativa alla gamma dinamica del segnale (Dinamic Range)

DR=Lmax-Lmin=20log2(2nbit)

con

Lmax=20log10(Vmax/775), Lmin=20log10(Vmin/775)

il riferimento per le tensioni è di 0,775 V (o 775 mV);

DR,  Lmax, Lmin sono in Decibel.

Noto (o stabilito) il numero di bit nbit, per la codifica del segnale originario, si può risalire al numero di livelli L di quantizzazione

L=2nbit.