Вопрос 2. Импульсная модуляция сигналов
Часто в качестве переносчика используют периодическую последовательность сравнительно узких импульсов. Последовательность прямоугольных импульсов одного знака v0(t) характеризуется параметрами (рис. 2.1):
амплитудой импульсов V;
длительностью (шириной) импульсов τи;
частотой следования (или тактовой частотой) fТ = 1/T, где Т—период следования импульсов;
положением (фазой) импульсов относительно тактовых (отсчетных) точек.
Отношение S = Т/ τи называется скважностью импульса
(при S = 2 - меандр).
Рис. 2.1. Последовательность узких прямоугольных импульсов
По закону передаваемого первичного сигнала можно изменять (модулировать любой из перечисленных параметров импульсной последовательности. При этом модуляция называется импульсной.
В зависимости от того, какой параметр модулируется первичным сигналом s(t), различают:
амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ), когда по закону передаваемого сигнала изменяется амплитуда импульсов;
широтно–импульсную модуляцию (ШИМ), когда изменяется ширина импульсов;
частотно – импульсную модуляцию (ЧИМ) — меняется частота следования импульсов;
фазоимпульсную модуляцию (ФИМ), когда меняется фаза импульсов, т. е. временное положение относительно тактовых точек.
Рис. 2.2. Временные диаграммы первичного (а), АИМ (б), ШИМ (в), ЧИМ (а) и ФИМ (д) сигналов
Модуляцию ФИМ и ЧИМ объединяют в один вид— временно–импульсную (ВИМ). Между ними существует связь, аналогичная связи между фазовой и частотной модуляцией синусоидального колебания.
В качестве примера на рис. 2.3 показан спектр АИМ сигнала при модуляции импульсной последовательности сложным первичным сигналом s(t) с полосой частот от 0 до Ω.
Он содержит спектр исходного сигнала s(t), все гармоники тактовой частоты ωt (т. е. частоты 2 ωt, З ωt, 4 ωt и т. д.) и боковые полосы частот около гармоник тактовой частоты.
Рис. 2.3. спектр АИМ сигнала при модуляции импульсной последовательности сложным первичным сигналом s(t) с полосой частот от 0 до Ω.
Спектры сигналов ШИМ, ЧИМ и ФИМ имеют еще более сложный вид.
Импульсные последовательности, изображенные на рис. 2.2, называются последовательностями в и д е о и м п у л ь с о в.
Если позволяет среда распространения, то видеоимпульсы передаются без дополнительных преобразований (например, по кабелю). Однако по радиолиниям передать видеоимпульсы невозможно. Тогда сигнал подвергают второй ступени преобразования (модуляции).
Модулируя с помощью видеоимпульсов гармоническое несущее колебание достаточно ВЫСОКОЙ частоты, получают р а д и о – и м п у л ь с ы, которые способны распространяться в эфире. Полученные в результате сочетания первой и второй ступеней модуляции сигналы могут иметь названия АИМ-АМ, ФИМ-АМ, ФИМ-ЧМ и др.
Сравнение импульсных видов модуляции показывает, что АИМ имеет меньшую ширину спектра по сравнению с ШИМ и ФИМ. Однако последние более устойчивы к воздействию помех.
Для обоснования выбора метода модуляции в системе передачи необходимо сравнить эти методы по различным критериям: энергетическим затратам на передачу сигнала, помехоустойчивости (способности модулированных сигналов противостоять вредному воздействию помех), сложности оборудования и др.
В. КНЯЗЕВ
1 Квазидетерминированные сигналы — это сигналы с частично известным характером изменения во времени, т.е. с одним или несколькими неизвестными параметрами. Они наиболее интересны с точки зрения измерений. Подавляющее большинство измерительных сигналов являются квазидетерминированными.