Импульсная модуляция

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 F_X(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 Df_ЛС получают вместо прямоугольного трапецеидальный импульс с длительностью фронта t_Ф»1/Df_ЛС. 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: t_з - защитный интервал (его часть используется для передачи синхронизирующей информации СИ); t_кк - 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.