ставляющие с	комбинационными частотами, выходящими за пределы
2 cд ( cд	– сумма девиаций частот, образуемых за счет составляющих

модулирующего сигнала), имеют малую амплитуду и могут не приниматься во внимание.

4.3.6. Сравнение амплитудной, фазовой и частотной модуляций

Рассмотренные виды модуляций сравним по двум основным характеристикам: средней мощности за период несущей частоты и ширине спектра. Необходимые для такого сравнения результаты были получены ранее. Обобщим их.

Средняя мощность АМ-колебаний за период несущей частоты изменяется, так как изменяется амплитуда этих колебаний. Эта мощность в максимальном

режиме в (1 m)2 раз больше мощности немодулированного колебания. Ширина полосы частот, занимаемой спектром амплитудно-модулированных колебаний, зависит от величины максимальной частоты max модулирующего сигна-

ла и равна 2 max .

Средняя мощность ФМ- и ЧМ-колебаний за период несущей частоты постоянна, так как амплитуда колебаний неизменна. Ширина полосы частот, занимаемой спектром ФМ-колебаний, равная 2 д 2kфUм , зависит как

от амплитуды модулирующего сигнала Uм , так и от его частоты . Ширина полосы частот, занимаемой спектром ЧМ-колебаний, равная2 д 2kчUм, зависит только от амплитуды модулирующего сигнала и не зависит от его частоты.

Таким образом, ширина спектра сигналов с угловой модуляцией примерно в раз больше ширины спектра АМ-колебаний. Так, например, для радиовещания 15, т.е. ширина спектра колебаний с угловой модуляцией при максимальной частоте модуляции Fmax = 5 кГц составляет величину 2 fд 2 Fmax = 150 кГц. Для этой же частоты модуляции ширина спектра АМколебаний равна 10 кГц. По этой причине фазовую и частотную модуляции применяют лишь в коротковолновом и УКВ диапазонах, где имеется возможность размещения множества станций с достаточно широкой полосой частот, отводимой для каждой из них.

4.4.Импульсная модуляция

4.4.1.Виды импульсной модуляции

Врассмотренных выше видах модуляции (АМ, ФМ, ЧМ) носителем передаваемой информации является высокочастотное гармоническое колебание, у которого изменяется соответствующий параметр – амплитуда, фаза или частота.

В то же время в цифровых системах связи в качестве носителя информации используется периодическая последовательность импульсов с такими параметрами, как амплитуда, частота и длительность. Изменением одного из этих параметров по закону передаваемого сообщения реализуется импульсная модуляция. Полученной в результате такой модуляции последовательностью импульсов модулируют высокочастотное колебание с целью получения радиоимпульсов, которые можно излучать антенной в свободное пространство. Таким образом, в таких системах связи реализуется двойная модуляция: первичная модуляция передаваемым сообщением вспомогательной последовательности видеоимпульсов (которую иногда называют поднесущим колебанием) и вторичная модуляция высокочастотного гармонического колебания видеоимпульсами, полученными в результате первичной модуляции.

Теоретической основой построения всех методов импульсной модуляции являются принципы дискретизации непрерывных сигналов, основанные на теореме Котельникова.

В зависимости от выбора изменяемого параметра модулируемой последовательности видеоимпульсов можно реализовать различные виды импульсной модуляции. На рис. 4.16 приведен модулирующий сигнал (а), модулируемая последовательность импульсов (б) и последовательности импульсов, являющиеся результатом различных видов импульсной модуляции.

1.Амплитудно-импульсная модуляция (АИМ) – по закону передаваемого сообщения изменяется амплитуда импульсов (рис. 4.16,в). Различают:

АИМ первого рода (АИМ-I), когда мгновенные значения амплитуды импульса изменяются в течение его длительности и зависят от мгновенных значений модулирующего сигнала;

АИМ второго рода (АИМ-II), когда амплитуда импульсов в течение длительности постоянна и равна значению модулирующего сигнала в тактовой точке, которая может совпадать с любой временной точкой импульса.

2.Широтно-импульсная (ШИМ) – по закону передаваемого сообщения изменяется длительность импульсов (рис. 4.16,г). Различают одностороннюю ШИМ, когда изменение длительности импульсов происходит только за счет перемещения по оси времени его заднего фронта, и двухстороннюю ШИМ, когда длительности импульсов изменяются за счет перемещения его переднего и заднего фронтов.

3.Временная импульсная (ВИМ) – по закону передаваемого сообщения изменяется смещение импульсов по оси времени. Различают фазо-импульсную модуляцию (ФИМ), когда изменяется величина временного сдвига импульсов относительно тактовых точек (рис. 4.16,д), и частотно-импульсную модуляцию (ЧИМ), когда по закону передаваемого сообщения изменяется частота следования импульсов (рис. 4.16,е).

4.Импульсно-кодовая (ИКМ) – вид дискретной модуляции передаваемого сообщения, аналоговые значения которого преобразуются в цифровой (в частности, двоичный) код. При этом в каждом такте формируется последователь-

ность импульсов одинаковой длительности, образующая цифровой код, десятичное значение которого пропорционально значению модулирующего сигнала. На рис. 4.16,ж показан пример модуляции с использованием двоичного трехразрядного кода.

Рис. 4.16. Виды импульсной модуляции

4.4.2. Спектр колебаний при АИМ

Рассмотрим случай тональной модуляции сигналом sм (t) U м cos t четной импульсной последовательности прямоугольных видеоимпульсов с реализацией АИМ-I. При отсутствии модуляции спектр такой импульсной последовательности равен

	E	и			sin(k	и	/2)
s(t)			1 2		1			cosk 1t ,	(4.5)
	T				k	/2
				k 1
					1 и

где E, T , 1 2 T , и – амплитуда, период,					частота и длительность им-
пульсов соответственно.
Амплитуда импульсов при модуляции изменяется по следующему закону:
U(t) E(1 mcos t),				m kU м E .
Тогда
и				sin(k 1 и /2)
s(t) E(1 mcos t)		1 2				cosk 1t .
	T			k	/2
			k 1	1 и

После несложных тригонометрических преобразований получаем

и

sin(k 1

и /2)

и

s(t) E

1 2

cosk 1t

mE

cos t

T

/2

k 1

k

и

T

1

и

sin(k

и

/2)

mE

1

[cos(k 1 )t cos(k 1 )t]. (4.6)

T

k

и

/2

k 1

1

Сравнение выражений (4.5) и (4.6.) показывает, что в случае модуляции одним тоном спектр амплитуд модулированной последовательности импульсов отличается от спектра немодулированной последовательности наличием составляющей с частотой и боковых составляющих с частотами k 1 возле каждой гармоники спектра немодулированной последовательности (рис. 4.17). В случае модуляции непериодическим сигналом число боковых составляющих и составляющих низких частот модуляции в спектре модулированной последовательности возрастает.

Наличие в спектре рассматриваемого сигнала составляющей с частотой упрощает детектирование таких сигналов фильтром низких частот. Ближайшая составляющая имеет частоту 1 , поэтому для неискаженного выделения составляющей с частотой необходимо выполнить условие 1 2 .

Рис. 4.17. Спектр сигнала при амплитудно-импульсной модуляции

Определение и анализ спектра сигнала с АИМ-I свидетельствует о том, что рассмотренные ранее методы спектрального анализа применимы для сигналов с импульсной модуляцией.

4.4.3. Импульсно-кодовая (цифровая) модуляция

При формировании радиоимпульсов используют рассмотренные ранее виды модуляции высокочастотного гармонического колебания: амплитудную, фазовую и частотную с некоторыми особенностями их реализации. Рассмотрим эти особенности на примере формирования радиоимпульсов в цифровых линиях связи.

В цифровых линиях связи передается дискретизированное сообщение, представленное в виде последовательности символов. Наиболее часто используется двоичная последовательность символов, когда каждый символ может принимать одно из двух значений – 0 или 1. В этом случае дискретные значения передаваемого сообщения представляются двоичными кодами.

При последовательной передаче кодовые символы в цифровых линиях связи появляются с равным тактовым интервалом. Тактовый интервал при использовании двоичного кодирования обычно равен длительности импульса, соответствующего определенному символу. Поэтому цифровой сигнал в общем виде можно представить следующим образом:

sц(t) ansc(t n и ),

n 0

где an – значение символа (1 или 0);

sc(t n и) – импульсные сигналы в тактовые моменты времени.

Для последующей передачи кодовые символы преобразуются в импульсы (фрагменты) высокочастотного гармонического колебания с соответствующим видом модуляции. Название результирующих видов модуляции образуется объединением названий модуляций видеоимпульсов и гармонического колебания.

1. Цифровая амплитудная модуляция (ЦАМ) – символу 1 соответствует наличие импульса несущего колебания длительностью и , символу 0 – отсутствие импульса (рис. 4.18,б). При этом передаваемый сигнал равен

s(t) Uн kа	ansc(t n и) cos 0t ,
	n 0

где Uн – амплитуда модулирующего сигнала.

2. Цифровая частотная модуляция (ЦЧМ) – символу 1 соответствует импульс несущего колебания с частотой f01, символу 0 – импульс несущего колебания с частотой f02 (рис. 4.18,в). Для того чтобы спектры сигналов не пере-

крывались, частоты f01 и f02 следует разнести на интервал f

(1...2)/ и , где

и – длительность импульсов, соответствующих символам 1 и 0.

3.Цифровая фазовая модуляция (ЦФМ) – при каждом переходе от 1 к 0 и от 0 к 1 изменяется на фаза несущего колебания (рис. 4.18,г). При этом передаваемый сигнал равен

s(t) Uн cos 0t kф ansc

n 0

(t n и) .

Широко применяется также относительная цифровая фазовая модуляция, при которой изменение фазы несущего колебания для данного символа происходит относительно фазы, соответствующей предыдущему символу. На рис. 4.18,д показано, что символ 0 передается фрагментом несущего колебания

без изменения начальной фазы, а символ 1 – таким же фрагментом с начальной фазой, отличающейся от начальной фазы предшествующего фрагмента на .

Используются также многопозиционные системы ЦФМ, когда начальная фаза принимает не два (0 и ), а несколько значений. Возможно применение также смешанных видов цифровой модуляции.

Рис. 4.18. Виды цифровой модуляции

В принципе первичная и вторичная модуляции могут быть любыми. Различного рода их комбинации позволяют значительно увеличить помехоустойчивость импульсных и цифровых систем связи. Это является одним из преимуществ импульсной модуляции. Не менее важным преимуществом этого вида модуляции является возможность построения систем передачи информации с временным разделением каналов связи. В таких системах канал связи используется поочередно несколькими источниками на весьма короткие промежутки времени.

Применение импульсной модуляции позволяет также значительно увеличить мощность в импульсе Pи при сравнительно небольшой средней мощности Pср , что обусловлено следующей зависимостью между ними:

T

Pи Pср и .