Импульсно-кодовая модуляция (икм)

Значения выборок сигнала, в результате дискретизации по времени и квантования по уровню, преобразуются в двоичные кодовые слова.

Биты кодовых слов преобразуются в видеоимпульсы. Различные варианты такого представления называют кодами канала (line code).

Влияние характеристик канала на вид цифрового сигнала демонстрирует «глазковая» диаграмма,

К кодам канала предъявляются требования:

- отсутствие постоянной составляющей,

- способность к самосинхронизации – формированию тактовых (символьных) импульсов по фронтам принятого сигнала,

- минимальная ширина частотной полосы,

- высокая помехоустойчивость и возможность обнаружения ошибок без введения избыточности.

Примеры кодов канала

Коды 1, 2, 3 без возврата к нулю, БВН (nonreturn-to-zero, NRZ).

В коде 1 высокий уровень – «1», низкий уровень – «0».

В коде 2 уровень изменяется при появлении «1».

В коде 3 уровень изменяется при появлении «0».

Кодирование 2, 3 называют дифференциальным: уровень сигнала зависит от того, совпадает ли бит с предыдущим битом или не совпадает.

Коды 4, 5, 6 с возвратом к нулю (rz).

4 – униполярное кодирование. Импульс формируется при появлении «1».

5 – биполярное кодирование. «1» и «0» – импульсы разной полярности.

6 – кодирование ЧПИ (alternate mark inversion, AMI) – с чередованием полярности импульса при появлении каждой следующей «единицы». При «нуле» сигнал не меняется. В ряде кодов вводится ограничение на число следующих друг за другом нулей.

Коды 7, 8 - фазовое кодирование.

7. Манчестерский код. «1» – импульс выдается в первой половине такта, «0» – во второй половине.

8. Код CMI (coded mark inversion). «1» – изменяется уровень сигнала по отношению к предыдущей единице. «0» – подается пара из отрицательного и положительного импульсов.

При частотно-компактном кодировании исходная битовая последовательность делится на m - битовые группы. Каждой из 2^m возможных кодовых комбинаций ставят в соответствие, по таблице, набор символов (желательно равновероятных) троичного алфавита: 0, +1, -1, где +1 и -1 есть полупериоды синусоиды противоположных знаков. Может быть несколько таблиц.

Аналоговая амплитудная модуляция

Модулирующий сигнал

М – коэффициент глубины модуляции

Принцип работы детектора

Перемодуляция

Спектр сигнала с амплитудной модуляцией

U_AM(t) = [1 + McosΩt]cosωt = cosωt + 0,5Mcos(ω + Ω)t + 0,5Mcos(ω - Ω )t

При сложном модулирующем колебании, спектр которого занимает полосу с максимальной частотой Ω_m, весь спектр модулирующего сигнала переносится в область высоких частот с расширением полосы до 2 Ω_m

Недостатки амплитудной модуляции:

– удвоенная частотная полоса,

– на информационную часть сигнала приходится малая доля мощности всего сигнала

Принцип построения АМ-модулятора

При большом сигнале характеристику транзистора можно считать

кусочно-линейной

Амплитудная модуляция с подавлением несущей

(балансная модуляция)

синхронный детектор

U_АМ(t) = cosΩt cosωt = 0,5cos(ω + Ω)t + 0,5cos (ω - Ω)t.

При отрицательном модулирующем сигнале знаки огибающей модулированного сигнала и модулирующего сигнала противоположны, но противоположны и знаки опорного и несущего колебания. Благодаря этому первичный сигнал восстанавливается правильно, несмотря на то, что огибающая модулированного сигнала отличается по форме от первичного сигнала.

Амплитудная модуляция с передачей

одной боковой полосы (ОБП, SSD – single side band)

Принцип формирования однополосного АМ-сигнала

Модуляция

Квадратичное детектирование

«Линейное» детектирование

Если опорный сигнал много больше принимаемого сигнала (b>>a), ,

переменная составляющая сигнала A(t) повторяет модулирующий сигнал.

Детектирование с умножением принятого сигнала на опорный:

Однополосный модулятор с квадратурным фильтром

(модулятор Вивера)

Квадратурный фильтр (КФ) выполняет преобразование Гильберта: изменяет фазы всех спектральных составляющих модулирующего сигнала S(t) на π/2.

В результате формируется сигнал S^*(t), «сопряженный» по отношению к входному сигналу S(t).

Если S(t) = acosΩt, то S^*(t) = bsinΩt, и

Аналогичным образом преобразуются все спектральные составляющие входного сигнала. На одном выходе схемы будет получен сигнал S_вбп(t), составленный из гармоник верхней боковой полосы амплитудно-модулированного сигнала, на другом выходе – сигнал S_нбп(t), составленный из спектральных составляющих нижней боковой полосы.

Квадратурный фильтр реализуют аппаратно или программно. При программной реализации используют быстрое преобразование Фурье. Спектры исходного и сопряженного сигналов связаны соотношением

.