8. Методи імпульсної модуляції і демодуляції

8.1. Загальні відомості

Методи імпульсної модуляції і демодуляції застосовують при передачі информації по фізичних повітряних і кабельних лініях, які мають смугу пропускання, що починається з 0 Гц, або деякої дуже низької граничної частоти. У випадку наявності гальванічного зв'язку між передавачем і приймачем можна передавати сигнали з постійною складовою. Якщо ж в каналі передачі є роздільні трансформатори, то застосовують спеціальні методи, які використовують для передачі сигнали, що не містять постійних складових, а на прийомі забезпечують їх відновлення. Як у першому, так і в другому випадках припускатимемо прямокутну форму сигналів на передачі, оскільки відновлення постійної складової, якщо це необхідно, не становить особливих труднощів.

Спотворення прямокутних імпульсів і викликана ними міжсимвольна інтерференція при цьому є достатньо малими. Для передачі в первинній смузі частот можно використовувати імпульси спеціальної форми й коректори сигналів на прийомі, які дають можливість зменшувати міжсимвольну інтерференцію і тим самим підвищити якість передачі. Ці методи використовуються для передавання повідомлень, що мають безперервну й дискретну форми.

Як переносник (несучу частоту) при імпульсній модуляції використовують послідовність імпульсів, яку можна описати виразом

x(t) = A0 ,

(8.1)

де А₀, t₀, Т_о — відповідно амплітуда (висота), початкова фаза (зсув відносно вибраного початку відліку) і період проходження імпульсів x(t).

Залежно від вибраного модулювального параметра розрізняють такі види імпульсної модуляції: амплітудно-імпульсна (АІМ), широко-імпульсна (ШІМ) і часоімпульсна (ЧІМ), різновидами якої є фазоімпульсна (ФІМ) і частотно-імпульсна модуляції.

Можливі дискретні види фазо-імпульсної та частотно-імпульсної модуляції. До складних видів імпульсної модуляції належать дельта-модуляція (ДМ) та імпульсно-кодова модуляція (ІКМ).

Застосування ДМ та ІКМ пояснюється тим, що електричні сигнали, що надходять на вхід системи передачі інформації, залежно від характеру повідомлень і принципу дії первинних перетворювачів можуть мати аналогову й знакову форми. Крім того, під час передавання інформації і її оброблення часто потрібно проводити перетворення аналогових сигналів в знакові.

Періодична послідовність імпульсів несучої частоти характеризується такими параметрами: період проходження T_i (або тактова частота f_i = 1/Т_i); амплітуда U₀; тривалість імпульсів τ; положення (фаза) імпульсів відносно тактових точок t_i, шпаруватість q_ш = Т_i/τ.

8.2. Амплітудно-імпульсна модуляція

При АІМ амплітуда імпульсів несучої частоти (рис. 8.1, а) змінюється за законом модулювального (інформаційного) сигналу U_Ω (рис. 8.1, б) при незмінності решти параметрів імпульсів. Сигнал при АІМ можна записати таким чином:

UАІМ = [U0+ΔUf(t)] ,

(8.2)

де f(t) — функція інформаційного сигналу;

F(t) — функція, що описує форму одиничного імпульсу;

т_а = ΔU/U₀ — коефіцієнт амплітудної модуляції.

Розрізняють неперервну (АІМ-1) і плоску (АІМ-2) амплітудно-імпульсні модуляції. При АІМ-1 змінення величини імпульсів відбувається відповідно до модулювального сигналу (рис. 8.1, в), а при АІМ-2 — величина імпульсу визначається значенням інформаційного сигналу в тактових точках (рис. 8.1, г).

а

б

в

д

г

Рис. 8.1. Амплітудно-імпульсна модуляція: а  імпульси несучої частоти; б — інформаційний сигнал; в — сигнали АІМ-1; г — сигнали АІМ-2; д — схема модулятора при АІМ-1

Оскільки тривалість імпульсів при АІМ у багато разів менша за період модулювального сигналу, то різниці між АІМ-1 та АІМ-2 майже немає. Просту схему модулятора для АІМ-1 показано на рис. 8.1, д. У початковому положенні діоди модулятора замкнуті напругою зсуву й відкриваються лише в моменти часу, коли до них прикладається напруга імпульсів, що надходять від генератора тактових імпульсів (ГТІ). У ці моменти часу на виході модулятора виникають імпульси, які є пропорційними за амплітудою до модулювальної напруги U_Ω..

Спектр сигналів для АІМ визначається в основному спектром прямокутних імпульсів несучої частоти. Він має нескінченну кількість складових, амплітуди яких зменшуються з віддаленням від основної частоти. Так, при модуляції одиничним модулювальним коливанням спектр сигналу при АІМ-1 можна визначити за допомогою виразу

UАІМ-1 =

(8.3)

де Ω — кутова частота одиничного модулювального сигналу.

З виразу (8.3) видно, що окрім постійної складової спектр АІМ-1 містить також модулювальний сигнал, гармоніки тактової частоти й бічні частоти біля гармонік тактової частоти.

При модуляції несучої частоти складним інформаційним сигналом, що має широкий спектр, обмежений частотами Ω_н і Ω_в, спектр АІМ-сигналу міститиме окрім перелічених вище складових також бічні смуги біля гармонік тактової частоти. На приймальній стороні АІМ-сигнал виділяють фільтром, який пропускає струми однієї бічної смуги. При дискретному характері переносника можлива дискретна АІМ (ДАІМ).