Методы дискретной модуляции

Применение импульсной техники для передачи сигналов, импульсная модуляция, амплитудно - импульсная модуляция (АИМ), широтно-имульсная модуляция(ШИМ), фазо-импульсная модуляция(ФИМ), их характеристики

Лекция 9. Импульсная модуляция.

Цель лекции: ознакомление с применением импульсной техники для передачи сигналов, импульсная модуляция, амплитудно - импульсная модуляция (АИМ), широтно-имульсная модуляция(ШИМ), фазо-импульсная модуляция(ФИМ), их характеристики.

Содержание:

а) Применение импульсной техники для передачи сигналов, импульсная модуляция, амплитудно - импульсная модуляция (АИМ), широтно-имульсная модуляция(ШИМ), фазо-импульсная модуляция(ФИМ), их характеристики;

б) методы дискретной модуляции;

в) спектр импульсных последовательностей.

В системах с импульсной модуляцией переносчиком информации служит периодическая последовательность импульсов одинаковой формы

(9.1)

где U(t) – нормированная функция, характеризующая форму импульса; А_о – амплитуда импульса; t_k – начало переднего импульса k – го импульса t_k=kT_i+t_o; T_i – период следования импульсов; t_о – начало отсчета последовательности; τ_k – длительность k – го импульса, отсчитываемая на некотором заданном уровне.

При модуляции один из параметров последовательности изменяется в соответствии с передаваемым сообщением.

При амплитудно – импульсной модуляции (АИМ) изменяется амплитуда импульса А:

. (9.2)

При широтно-имульсной модуляции (ШИМ) изменяется длительность импульса:

(9.3)

где - максимальное отклонение фронта импульсов в одну сторону.

При фазо-импульсной модуляции(ФИМ) изменяется сдвиг импульсов относительно тактовых точек:

. (9.4)

Рисунок 9.1 - Сигналы при различных видах импульсной модуляции

При дискретной модуляции закодированное сообщение U(t), представляющее собой последовательность кодовых символов {a_i}, преобразовывается в последовательность элементов сигнала {s_i}. Последние отличаются от кодовых символов лишь электрическим представлением. В частном случае дискретная модуляция состоит в воздействии кодовых символов {a_i} на переносчик f(t). Такая дискретная модуляция аналогична непрерывной.

Посредством модуляции один из параметров переносчика изменяется по закону, определяемому кодом. Обычно же в качестве переносчика используется непрерывный ток (гармоническое колебание). В этом случае можно получить амплитудную (АМ), частотную (ЧМ) и фазовую (ФМ) модуляции. Дискретную модуляцию часто называют манипуляцией, а устройство, осуществляющее дискретную модуляцию (дискретный модулятор), называют манипулятором или генератором сигналов.

При АМ символу 1 соответствует передача несущего колебания в течении времени τ_о (посылка), символу 0 – отсутствие колебания(пауза). При ЧМ передача несущего колебания с частотой f₁ соответствует символу 1, а передача колебания f₀ соответствует 0. При ФМ меняется фаза несущей на 180º при каждом переходе от 1 к 0 и от 0 к 1. Модулированный сигнал при этом также будет принимать два значения – s₁(t), s₂(t).

В настоящее время применяется относительная фазовая модуляция (ОФМ). В отличие от ФМ фаза несущего колебания изменяется на 180º при передаче символов 1 и остается неизменной при передаче символов 0.

При ОФМ манипуляция каждой данной посылки осуществляется относительно предыдущей. Таким образом можно манипулировать любой параметр несущего колебания: при изменении частоты получим (ОЧМ), при изменении амплитуды относительную амплитудную манипуляцию (ОАМ).

Спектр манипулированных сигналов. Сигналы s₁(t) и s₂(t) – отрезки гармонических колебаний, поэтому их спектры хотя и бесконечны, но все же сосредоточены возле частот несущих ω₀,ω₁,ω₂.

Рисунок 9.2 - Временные диаграммы сигналов при дискретной модуляции

Таблица 9.1 - Ширина спектров манипулированных сигналов

Вид манипуляции	АМ	ЧМ	ФМ	ОФМ
Ширина спектра, Гц	2В	2(В+∆fД)	2В	2В

Для расчета характеристик канала связи предназначенного для передачи манипулированных сигналов обычно не требуется знания точной структуры спектра, достаточно определить ширину спектра двоичных манипулированных сигналов, полученные на основе формулы

сведены в таблице 9.1. Обозначения в ней следующие: В – скорость модуляции, Бод; ∆f_Д – девиация частоты, Гц.