При импульсной модуляции носителем информации является последовательность импульсов, обычно прямоугольной формы (рис.2.111).
Рис.2.111
Параметры носителя: U0 – амплитуда; t0 – длительность; j0 – фаза; w0 – частота следования, w0=2p/T0.
При модуляции можно изменять любой параметр носителя. Отсюда следуют четыре вида импульсной модуляции.
1. АИМ – амплитудно- импульсная модуляция (рис.2.112).
Рис.2.112
На рис.2.112: x(t) - информационный сигнал; U(t) - модулированный сигнал. При АИМ-1 вершина импульса повторяет форму сигнала. При АИМ-2 за время t0 она не изменяется.
Рассмотрим спектр АИМ-1 сигнала (рис2.113).
Рис.2.113
Спектр информационного сигнала сдвигается на частоты ±kw0, k=0,1,2,.... При этом он вписывается в огибающую Sa(x) спектра носителя. Чтобы не было искажений, нужно при сдвиге спектра FX(w) избегать их наложения. Для этого нужно выбирать . Для выделения информационного сигнала x(t) из модулированного U(t) нужен ФНЧ с полосой пропускания .
Ширина спектра АИМ-сигнала практически равна ширине спектра одного импульса .
2. ШИМ – широтно-импульсная модуляция (рис.2.114).
Рис.2.114
Структура спектра ШИМ-сигнала приведена на рис.2.115.
Для демодуляции применяют ФНЧ. Чтобы уменьшить искажения, нужно выбирать (обычно ).
При ШИМ информацию несет длительность импульса t. Искажение фронтов импульса приводит к погрешности передачи информации (рис.2.116). На выходе линии связи ЛС за счет ограниченной полосы ее пропускания DfЛС получают вместо прямоугольного трапецеидальный импульс с длительностью фронта tФ»1/DfЛС. За счет порога срабатывания приемника из него формируется импульс длительностью t*¹t, что дает погрешность при передаче информации.
Рис.2.116
Таким образом, для ШИМ нужно иметь малое искажение фронтов. Поэтому ширина спектра ШИМ-сигнала практически определяется длительностью фронта импульса
.
ЛС должна пропускать спектр такой ширины, т.е. .
3. ФИМ – фазоимпульсная модуляция (рис.2.117).
Рис.2.117
Здесь информацию несет сдвиг фаз между опорным и информационным импульсами. Искажение фронтов не приводит к погрешности передачи информации (рис.2.118, О и И - опорный и информационный импульсы).
Рис.2.118
Опорный импульс дает отрицательную погрешность Dj, а информационный - положительную. В результате они компенсируются. Поэтому ширина спектра ФИМ-сигнала обычно определяется шириной спектра одиночного импульса
.
Спектр ФИМ-сигнала имеет такую же структуру, что и ШИМ-сигнал. Только боковые спектры затухают медленнее. Поэтому частоту нужно брать значительно больше .
ФИМ и ШИМ – это разновидности времяимпульсной модуляции (ВИМ).
4. ЧИМ – частотно-импульсная модуляция (рис.2.119).
Рис.2.119
Здесь информацию несет частота следования импульсов w=2p/T=var.
Ширина спектра ЧИМ-сигнала определяется минимальной длительностью одиночного импульса
|
Спектр ЧИМ-сигнала подобен спектрам ВИМ-сигналов.
5. КИМ – кодоимпульсная модуляция (рис.2.120).
Рис.2.120
На рис.2.120: tз - защитный интервал (его часть используется для передачи синхронизирующей информации СИ); tкк - длительность кодовой комбинации; Dx - шаг квантования по уровню.
При КИМ число уровней квантования
(при двоичном кодировании N=2n),
где Д - диапазон изменения сигнала и n - число разрядов двоичного кода.
Ширина спектра КИМ-сигнала определяется длительностью элементарного импульса t. Пусть
, где .
Пусть кодовая комбинация имеет n разрядов. Тогда
и ширина спектра КИМ-сигнала
.
Для передачи величины с погрешностью квантования при равномерном критерии необходимо каждый отсчет кодировать 6-разрядным кодом (n=6, N=64 уровня). Тогда , т.е. спектр КИМ-сигнала будет в 12 раз шире спектра информационного сигнала. Широкополосность КИМ-сигналов позволяет достигать лучшей помехоустойчивости.