6.4. Импульсные виды модуляции (аналитическое представление, временные и спектральные диаграммы)

В технике связи и передачи информации наряду с гармоническими сигналами в качестве переносчиков широко используются и переодические последовательности импульсов.

Для гармонического переносчика в зависимости от модулируемого параметра возможны следующие виды модуляции:

АМ ЧМ ФМ

А если переносчик импульсный, то:

Рисунок 6.10. Последовательность прямоугольных импульсов

Возможные виды импульсной модуляции

1. Амплитудно-импульсная модуляция (АИМ):

2. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ):

3. Фазо-импульсная модуляция (ФИМ):

– момент появления импульса.

Для ФИМ:

Если то импульс сдвигается влево.

Если то импульс сдвигается вправо.

– знаки увеличения, уменьшения.

В основе импульсных видов модуляции лежит теорема Котельникова, которая определяет частоту следования тактовых импульсов.

где

– период следования импульсов.

АИМ в чистом виде, как правило, не используется в силу низкой помехоустойчивости, но лежит в основе получения импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) и дельта-модуляции.

Временное представление АИМ, ШИМ, ФИМ:

Рисунок 6.11. Временные характеристики импульсных амплитудной, широтной и фазовой молуляций

Спектр АИМ сигнала

Рисунок 6.12. а) спектр переносчика (видеоимпульса);

б) спектр модулирующего сигнала;

в) спектр АИМ

Импульсно – кодовая модуляция

ИКМ представляет собой один из возможных видов импульсной модуляции, который суммирует в себе все положительные свойства приемов дискретизации, квантования и кодирования.

Сущность ИКМ:

Непрерывное сообщение дискретизируется по времени через интервал по теореме Котельникова), полученные отсчеты мгновенных значений квантуются (дискретизируются по уровню); затем полученная последовательность квантованных значений непрерывного сообщения представляется посредством кодирования в виде последовательности кодовых комбинаций. Чаще всего кодирование сводится к записи номера уровня в двоичной системе счисления. При ИКМ модуляции передача отдельных значений сигнала сводится к передаче определенных групп импульсов. Эти группы передаются друг за другом через относительно большие промежутки времени по сравнению с длительностью отдельных импульсов.

Рисунок 6.13. Сущность получения кодовых комбинаций («цифры») и кода ИКМ

Достоинства ИКМ:

1. Основное техническое преимущество цифровых систем перед непрерывными – высокая помехоустойчивость ( не происходит накапливание помехи при переприемах).

2. Широкое использование в аппаратуре преобразования сигналов современной элементарной базы цифровой вычислительной техники и микроэлектроники.

3. Возможность приведения всех видов передаваемой информации к цифровой форме позволит осуществить интеграцию систем передачи и систем коммуникации, а также расширить область использования техники при построении аппаратуры связи и единой автоматизированной сети связи.

4. Аппаратуре не трубуются настройки.

Недостатки ИКМ:

Основным недостатком является то, что преобразование непрерывных сообщений в цифровую форму в системах ИКМ сопровождается округлением мгновенных значений до ближайших разрешенных уровней квантования. Возникающая при этом погрешность преобразования является неустранимой, но контролируемой (т.к. не превышает половины шага квантования). При передаче аналогового сигнала его величина (мгновенная амплитуда) изменяется в пределах от до .

Динамический диапазон квантованных сигналов

Количество уровней квантования

, если .

Интервал квантования

Мощность шумов квантования (при условии, что импульсы треугольной формы)

Нас интересует отношение мощности сигнала к мощности шума квантования. При этом рассматривается наихудший случай, когда мгновенная амплитуда, . В этом случае минимальная средняя мощность сигнала будет зависеть от и от пик-фактора сигнала (отношение максимального значения к среднеквадратическому)

Если задать отношение мощности сигнала при минимальной его амплитуде к мощности шума квантования:

можно определить число разрядов :

а значит, и число уровней квантования .