1.7.2. Методы импульсной модуляции

В качестве переносчика при импульсных видах модуляции используется периодическая (с периодом Т) последовательность импульсов (рис. 1.27) с исходной амплитудой U и длительностью импульса .
	Рис. 1.27. Импульсная несущая

При АИМ под воздействием модулирующего сигнала изменяется амплитуда переносчика.

Если амплитуда импульса принимается равной мгновенному значению модулирующей функции в момент начала импульса и остается таковой в течение всей длительности импульса, то такую АИМ принято называть АИМ-2. При АИМ-1 происходит изменение прямоугольной формы импульсов несущей, выражающееся в том, что крыши импульсов повторяют закон изменения модулирующего сигнала в соответствующие интервалы времени.

При использовании ШИМ под действием мгновенных значений модулирующего сигнала изменяется длительность или другими словами, ширина импульса несущей, расширяясь при увеличении и сужаясь при уменьшении мгновенных значений модулирующего сигнала. Существует несколько разновидностей ШИМ, отличающихся тем, что указанное изменение ширины импульса могут происходить за счет изменения положения заднего фронта импульса, или переднего фронта, или обоих фронтов.

При ФИМ изменяется положение импульсов несущей относительно т.н. тактовых точек в зависимости от мгновенного значения модулирующего сигнала.

При ЧИМ в зависимости от мгновенного значения модулирующего напряжения изменяется частота следования импульсов несущей

Рассмотрение спектров сигналов с импульсными видами модуляции начнем с того, что вспомним выражение для спектра несущей , где U- амплитуда импульса, - длительность импульса, Т- период последовательности импульсов, - круговая частота импульсов, - относительные амплитуды гармоник.

Предположим, что последовательность импульсов модулируется гармоническим первичным сигналом по амплитуде, т.е. амплитуда импульсов изменяется по закону .

Тогда после подстановок и преобразований получим

Таким образом, спектр АИМ- сигнала содержит (рис. 1.28): 1) постоянную составляющую; 2) составляющую с частотой модулирующего сигнала ₁; 3) бесконечное число составляющих с частотами, кратными основной частоте ₀, каждая из которых имеет; 4) верхнюю с частотой k₀+₁ и нижнюю с частотой k₀- ₁ боковые составляющие.

Рис. 1.28. Спектр АИМ-сигнала

Так как в спектре есть составляющая с частотой модулирующего сигнала ₁, то выделить модулирующий сигнал из АИМ- сигнала можно с помощью ФНЧ.

Если последовательность импульсов модулируется не простым гармоническим сигналом, а некоторым первичным сигналом, ширина спектра которого _min - _max, то в спектре частот АИМ- сигнала появятся не отдельные спектральные линии, а полосы частот.

В этом случае первичный сигнал можно выделить из АИМ- сигнала с помощью ФНЧ только в том случае, если полоса частот _min - _max не перекрывается полосой (₀- _max) – (₀- _min). А это возможно только в том случае, если частота следования импульсов ₀ по меньшей мере вдвое больше _max.

Практически необходимая ширина спектра при АИМ мало зависит от модулирующего сигнала и полностью определяется параметрами несущей, т.е. длительностью  импульсов и скважностью Т/ импульсной последовательности.

Спектры сигналов при остальных видах импульсной модуляции будут отличаться от спектра АИМ- сигнала тем, что около составляющей с основной частотой и ее высших гармоник появляется не по одной верхней и нижней боковой, а дискретные полосы боковых гармоник с частотами .

Сравнивая рассмотренные методы импульсной модуляции по помехоустойчивости можно сделать следующие выводы. Наименьшей помехоустойчивостью обладает АИМ. Поэтому АИМ для передачи непосредственно не применяется, хотя и используется в качестве предварительной операции в системах с временным разделением каналов.

Сравнивая ФИМ и ШИМ, можно сказать, что при одинаковой полосе пропускания тракта помехоустойчивость ФИМ и ШИМ одинакова. Однако при ШИМ средняя мощность сигнала больше, чем при ФИМ, так как для обеспечения возможности модуляции ширины импульса среднюю длительность импульса при ШИМ приходится брать большей, чем при ФИМ. Следовательно, при сохранении средней мощности сигнала, переход к ФИМ дает возможность увеличить амплитуду импульса и тем самым увеличить отношение сигнал/помеха на входе приемника.

Кроме того, при ШИМ длительность импульсов по сравнению с исходной  может увеличиваться и уменьшаться. Если длительность импульса в процессе модуляции уменьшается значительно, т.е. имеет место большая глубина ШИМ, то соответственно расширяется практически необходимая полоса частот для передачи.

Таким образом, при ШИМ ширина полосы пропускания тракта передачи должна обеспечивать достаточно малые искажения наиболее короткого импульса, т.е. она оказывается более широкой, чем требуется для импульса средней длительности. При ФИМ длительности всех импульсов одинаковы, что позволяет выбрать оптимальную ширину полосы пропускания.

Таким образом, ФИМ характеризуется рядом преимуществ по сравнению с другими видами импульсной модуляции, благодаря чему она применяется в большинстве систем импульсной связи.