Методы импульсной модуляции

В предыдущих разделах рассматривались методы модуляции, использующие в качестве несущей гармонический сигнал. В системах связи широко используется несущая в виде последовательности импульсов. Модуляция с такой несущей называется импульсной модуляцией. Она используется при передаче дискретизированных данных по цифровым каналам связи. Также импульсная модуляция позволяет выполнять одновременную передачу сигналов по одному каналу связи, используя мультиплексирование с разделением по времени.

Операция замены непрерывной функции последовательностью отсчетов ее мгновенных значений называется дискретизацией.

При импульсной модуляции несущая имеет вид периодической последовательности импульсов. Импульс описывается такими параметрами как амплитуда, длительность, частота повторения и начальная фаза. В зависимости от параметра импульса, который подвергается изменению, различают следующие виды импульсной модуляции:
  • амплитудно-импульсную модуляцию;
  • частотно-импульсную модуляцию;
  • широтно-импульсную модуляцию;
  • позиционно-импульсную модуляцию;
  • импульсно-кодовую модуляцию.

Теоретической основой построения всех методов импульсной модуляции является теорема Найквиста-Котельникова. В соответствии с ней любой непрерывный сигнал с ограниченной шириной спектра (от 0 до Fтax) полностью определяется последовательностью своих значений в моменты времени, отстоящие друг от друга на интервал T=1/(2 Fтax), где Fтax максимальная частота в спектре информационного сигнала. Чем чаще будут производиться выборки значений (или отсчеты), тем точнее будет отображаться сигнал. Поскольку при любом виде импульсной модуляции передача непрерывного модулирующего сигнала осуществляется отдельными импульсами, то, чем чаще будут следовать импульсы в несущем колебании, тем точнее будет отображаться модулирующий сигнал. Минимальное значение частоты повторения импульсов определяется теоремой Найквиста-Котельникова.

При амплитудно-импульсной модуляция (АИМ) (Pulse Amplitude Modulation, PAM) для представления данных выполняется изменение амплитуды импульсов. Остальные параметры импульсов не изменяются. В случае модуляции аналоговых данных амплитуда импульсов изменяется пропорционально амплитуде модулирующего сигнала, а количество амплитуд импульсов теоретически может быть неограниченным. При передаче цифровых данных количество возможных амплитуд ограничено какой-либо степенью двойки.

Амплитудно-импульсная модуляция цифровых данных используется в стандарте IEEE 802.3. Например, в спецификации физического уровня 1000Base-T Gigabit Ethernet в качестве метода физического кодирования данных используется PAM с пятью уровнями амплитуд (PAM-5). Четыре уровня служат для кодирования сразу двух битов информации, пятый уровень – избыточный и предназначен для коррекции ошибок. Спецификация 10GBASE-T 10 Gigabit Ethernet использует THP-версию (Tomlinson-Harashima precoded) кодирования РАМ с 16 уровнями амплитуд

Рис. 3. 24 Амплитудно-импульсная модуляция аналогового сигнала
Рис. 3. 24 Амплитудно-импульсная модуляция аналогового сигнала

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) (Pulse Width Modulation, PWM), которую иногда называют модуляцией по длительности импульсов (ДИМ), заключается в управлении длительностью импульсов пропорционально функции модулирующего сигнала при постоянной амплитуде импульсов и периоде следования по фронту импульсов.

При осуществлении позиционно-импульсной модуляции (ПИМ) (Pulse Position Modulation, PPM) импульсы имеют одинаковую амплитуду и длительность, однако отстоят от начала периода на интервалы времени, пропорциональные информационному сигналу. Обычно этот тип модуляции используется при передаче данных по оптическим каналам связи.

Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) (Pulse Code Modulation, PCM) является методом преобразования аналоговых данных в цифровой сигнал. Далее этот цифровой сигнал может быть передан через цифровой канал связи, используя один из методов физического кодирования, или преобразован в аналоговый сигнал с помощью одного из методов модуляции.

Импульсно-кодовая модуляция широко используется в IP-телефонии. Она включает процессы дискретизации по времени, квантования по уровню (амплитуде) и кодирования. Процесс дискретизации аналогичен амплитудно-импульсной модуляции. Через постоянные промежутки времени происходит выборка значений амплитуды исходного сигнала. Каждая выборка округляется до ближайшего уровня из множества заранее определенных значений. Этот процесс называется квантованием. Количество уровней всегда берется кратным степени двойки, например, 23 = 8, 24 = 16, 25= 32, 26 = 64 и т. д. Номер уровня может быть соответственно представлен 3, 4, 5, 6 и т. д. битами. Таким образом, после квантования каждая выборка может представляться n-битовым двоичным кодом.

Рис. 3. 25 Импульсно-кодовая модуляция
Рис. 3. 25 Импульсно-кодовая модуляция

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

12 + семь =