Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория передачи сигналов. Учебное пособие
.pdf
41
5.3. Дифференциально-импульсно-кодовая модуляция (ДИКМ)
Дифференциально-импульсно-кодовая модуляция (ДИКМ) предназначена
для цифрового преобразования непрерывных сигналов в дискретные.
Модуляция ДИКМ обладает преимуществом по сравнению с ИКМ, так как в
основе ее лежит принцип дискретизации на основе вычислений конечных
разностей. Это позволяет значительно уменьшить динамический диапазон,
число уровней квантования, число разрядов в кодовом слове и полосу частот
модулированного сигнала. Устранение информационной избыточности
происходит по двум параметрам сигнала: по времени и по амплитуде за счет
операции вычитания из текущей выборки предыдущей в процессе
дискретизации (рис.40).
Таким образом, для получения ДИКМ необходимы четыре операции: 1)
дискретизация по выборкам; 2) вычисление конечных разностей; 3)
квантование по уровню; 4) кодирование.
5.4. Дельта-модуляция
Дельта-модуляция предназначена для цифрового преобразования
непрерывного сигнала в дискретный по типу ДИКМ. Дельта-модуляция
осуществляется следующим образом. При увеличении частоты опроса в
процессе дискретизации разница между соседними выборками становится
небольшой (не превышает величину шага квантования). Поэтому число
уровней квантования всего два: 1) если текущая выборка больше предыдущей
– в линию связи передается единица; 2) если текущая выборка меньше
предыдущей – передается ноль. Число разрядов равно единице, длительность
импульса (несущего сигнала) равна длительности выборки АИМ, полоса
частот сигнала минимально возможная для цифровых видов модуляции.
5.5. Дискретная модуляция (манипуляция)
Дискретные виды модуляции используются для передачи цифровых
сигналов по различным линиям связи (волоконно-оптическим, радиолиниям,
кабельным).
42
m
U1
пауза0
Дискретная модуляция (манипуляция)
)(t
2а
0
180
4а
0
90
эф
f
Сообщением является цифровой сигнал (дискретный), несущим сигналом –
гармонический сигнал (для ВОЛС – электромагнитная волна, т.е. свет).
Различают следующие виды манипуляции: амплитудную манипуляцию
(АМн), когда изменяется амплитуда огибающей синусоидального сигнала:
при поступлении
; при -
; частотную манипуляцию (ЧМн),
когда в зависимости от цифры (сообщения) меняется частота несущего
сигнала; фазовую манипуляцию (ФМн), когда происходит переброс фазы на
1800 при каждой смене 1 на 0 или 0 на 1; относительно фазовую
манипуляцию (ОФМн), когда переброс фазы происходит только при
поступлении 1 (рис.41). Примеры приведены для двухпозиционного кода.
Рис.41. Дискретная модуляция
5.6. Фазо-манипулированные сигналы
При манапуляциях ФМн и ОФМн величина перероса фазы
определяется позиционностью кода а. Для
переброс фазы равен
. В обоих случаях модулированные сигналы
величина
, для
являются ортогональными и обеспечивают наилучшую помехоустойчивость.
Спектр сигналов ФМн и ОФМн бесконечно большой. Эффективная полоса
частот
модулированных сигналов ФМн и ОФМн определяется по
43
эл
эф
f
1
эл
0
180
Модулятор ФМн
101001
эл
эф
f
1
;
формуле:
или радиоимпульса). При
, где
- длительность элементарного импульса (видео
в спектре модулированного ФМн и ОФМн
сигналов отсутствует составляющая несущего сигнала.
В основе модулятора ФМн лежит перемножитель, на один вход которого
подается видеоимпульсы, на другой – синусоидальный несущий сигнал
(рис.42).
Рис.42. Модулятор ФМн
На рис.42. представлен простейший модулятор ФМн на трансформаторе с
разделенной вторичной обмоткой (средняя точка заземлена).
Синусоидальный ток из первичной обмотки наводится в виде э.д.с. во
вторичной. Направления токов в соответствии со знаками (
) отмечено
стрелками. В зависимости от положения контакта ключа, работой которого
управляет первичный сигнал в виде единиц и нулей, подключаются разные
44
0
180
Демодулятор ФМн
ФНЧ
ФД
ВОК
УмЧ
Ф 2
ДЧ
Ф 1
ФВ
S(t)
),( tS
)(t
полуобмотки вторичной обмотки трансформатора и начальная фаза тока на
выходе модулятора меняется на
.
В основе демолулятора ФМн-сигналов лежит перемножитель (на один
вход подается ФМн-сигнал, на другой - опорный сигнал) и фильтр нижних
частот (ФНЧ). Демодуляторы абсолютной фазовой манипуляции могут быть
только когерентными. Это означает, что опорный сигнал (синусоидальный
несущий сигнал) должен соответствовать входному по частоте и начальной
фазе. Для этого существуют специальные схемы выделения опорного сигнала
(колебания) (ВОК) из входного (модулированного) сигнала. В основе ВОК
лежит принцип ремодуляции (снятия модуляции), для чего входной сигнал
проходит следующие блоки: умножитель на два, фильтр второй гармоники,
делитель на два, фильтр первой гармоники, фазовращатель, который
компенсирует временную задержку опорного колебания в ВОК по
отношению ко входному сигналу. Работа фазового демодулятора (ФД) и
схемы ВОК поясняется на рис. 43. Приведенная на рис.43 схема называется
схемой Пистолькорса.
Рис.43. Демодулятор ФМн-сигналов
45
эл
Манипулятор ОФМн
2
ФМ
Л.З.
ОФМн
)(t
Демодулятор ОФМн
ВОК
ФНЧ
2
Л.З.
ОФМн
)(t
)(tS
Кроме пассивной схемы ВОК Пистолькорса существует активная схема
Сифорова [1]. Существуют методы формирования опорного колебания с
помощью специальных сигналов, передаваемых совместно с
информационным.
В основе модуляторов и демодуляторов ОФМн-сигналов лежат схемы
модуляторов и демодуляторов ФМн-сигналов (рис.44), в которых добавлены
перекодирующие устройства в виде сумматора по модулю два и линии
задержки на время длительности элементарного импульса
(отображающего единицу).
Рис.44. Модулятор и демодулятор ОФМн-сигналов
5.7. Частотно-манипулированные сигналы
При частотно-манипулированных сигналах (ЧМн-сигналы) значения
первичного сигнала в виде единиц и нулей передаются радиоимпульсами
разной частоты. Величина частоты синусоидальных сигналов выбирается,
исходя из принципа ортогональности (значения частот должны отличаться в
четное число раз).
46
Частотный манипулятор
Автогенератор
Выход
Кв1
Кв2
Кл
Частотный демодулятор огибающей
Ф1
Ф2
АД1
АД2
В РУ
1
0
+
_
эл
эф
f
2
Двухпозиционный частотный модулятор (манипулятор) может быть
выполнен на автогенераторе (рис.45), у которого параметр частотно-
задающей цепи выходной нагрузки изменяется по закону модулирующего
сигнала (первичного сигнала).
Рис.45. Модулятор и демодулятор ЧМн-сигналов
В качестве выходной нагрузки модулятора ЧМн-сигналов используются
кристаллы кварца, схема замещения которых представляет из себя
параллельный частотный контур с резонансной частотой, определяемой
характеристиками кристалла кварца. При переключении контакта ключа с
Кв1 на Кв2 на выходе модулятора имеем радиоимпульс соответствующей
частоты. Ключ управляется первичным сигналом (видеоимпульсами). Так,
при поступлении, например, единицы контакт находится в положении Кв1,
47
при поступлении нуля (пассивной паузы) контакт переключается в положение
Кв2.
Демодулятор ЧМн-сигналов может быть реализован с помощью
двухканальной схемы (рис.45), каждый канал которой состоит из
узкополосного фильтра и детектора огибающей, вычитающего и решающего
устройств (РУ). В каждой ветви демодулятора выделяется радиоимпульс
только одной частоты (единица или ноль). В вычитающем устройстве
происходит сравнение напряжений в каналах (в одном канале будет
присутствовать сигнал и помеха, в другом - только помеха). В решающем
устройстве определяется переданный сигнал (если напряжение на выходе,
например, нулевого канала больше нуля, то в РУ принимается решение, что
на входе демодулятора ноль, и наоборот). Ошибка может произойти, если
мощность помехи на входе демодулятора будет соизмерима с мощностью
радиоимпульсов.
5.8. Амплитудно-манипулированные сигналы
При амплитудно-манипулированных сигналах (АМн-сигналы) единица
передается в виде радиоимпульса, ноль – пассивной паузы. Частота
радиоимпульса выбирается, исходя из длительности элементарного импульса
и канала связи.
В качестве модулятора АМн-сигналов можно использовать генератор
синусоидальных сигналов, работа которого управляется видеоимпульсами с
помощью обмотки ключа. При поступлении импульса через обмотку
протекает ток, контакт ключа замыкается, на выходе модулятора появляется
радиоимпульс. Отсутствие видеоимпульса (пассивная пауза или ноль)
обесточивает обмотку, контакт возвращается в исходное положение (рис.46).
В качестве демодулятора АМн-сигналов используется детектор огибающей
(рис.46).
48
Амплитудный манипулятор
Ген
Кл
+
_
Кл
АМн
)(t
)(tS
),( tS
Детектор огибающей
t
)(t
t
Рис.46. Модулятор и демодулятор АМн-сигналов
При поступлении радиоимпульса диод пропускает только положительную
полуволну, которая протекает через сопротивление и заряжает конденсатор.
Во время отрицательной полуволны происходит разряд конденсатора через
сопротивление и сглаживание тока на выходе детектора огибающей.
5.9. Аналого-импульсные виды модуляции
Аналого-импульсные виды модуляции (АнИМ) применяются в аналого-
импульсных системах передачи информации, в радиолокационных и
измерительных системах. Термин аналого-импульсная модуляция, как
правило, подразумевает двойную модуляцию: первичную модуляцию
импульсной поднесущей первичным сигналом (сообщением) и вторичную
модуляцию гармонического колебания сигналом от первичной модуляции.
В качестве первичной модуляции в аналоговых системах используются
амплитудно-импульсная модуляция (АИМ), фазоимпульсная модуляция
(ФИМ), широтно-импульсная модуляция (ШИМ), частотно-импульсная
49
имп
модуляция (ЧИМ). Наиболее распространенными являются первые три вида
модуляции. Вторичной модуляцией может быть любая из аналоговых
непрерывных модуляций: амплитудная (АМ), частотная (ЧМ), фазовая (ФМ).
Часто аналого-импульсные системы передачи сигналов обозначаются двумя
группами букв: АИМ-АМ; АИМ-ЧМ; ФИМ-АМ; АИМ-ФМ; ФИМ-ЧМ;
ШИМ-АМ. Наибольшее применение получили широкополосные сигналы
АИМ-ЧМ и ФИМ-АМ из-за простоты технической реализации высокой
помехоустойчивости.
5.10. Аналого-импульсная модуляция
При аналого-импульсной модуляции (АИМ) происходит изменение
амплитуды периодической последовательности импульсов в соответствии с
законом изменения амплитуды модулирующего сигнала (рис.47). Различают
два рода аналого-импульсной модуляции: АИМ-1 и АИМ-2. При АИМ-1
амплитуда каждого импульса поднесущей в течение всего времени
длительности импульса
отслеживает изменения модулирующего сигнала.
При АИМ-2 амплитуда каждого импульса последовательности импульсов
определяется значением модулирующего сигнала в момент опроса (теорема
Котельникова). Различие между АИМ-1 и АИМ-2 становятся
незначительными, если модулирующий сигнал за время длительности
импульса почти не изменяется.
Основные характеристики АИМ-сигнала, спектр и эффективная ширина
полосы частот приведены на рис. 48,49. Следует отметить, что спектр –
бесконечен, его структура для модулирующего сигнала в виде синусоиды
имеет дискретный характер. Бесконечно большая полоса частот спектра
объясняется тем, что для передачи прямоугольных импульсов (импульсной
поднесущей) требуется полоса частот, равная бесконечности [1].
Наличие в спектре АИМ-сигнала неискаженной составляющей первичного
сигнала позволяет использовать в качестве демодулятора АИМ-сигнала
фильтр нижних частот (интерполирующий фильтр).
50
0
Т
Амплитудно-импульсно модулированный сигнал (АИМ)
эл
Лекция №8
)cos()(
0
tUt
m
0
U
)cos1(cos
00
tMUtUUU
cАИМcmАИМ
0
/UUM
mАИМ
)()cos1(),(
1kиk
cАИМ
ttStMtS
с
0
U
m
U
)(kиttS
- амплитуда импульса
- амплитуда первичного сигнала
- круговая частота первичного сигнала
- индекс модуляции АИМ
- функция, описывающая форму импульса
1
АИМ
M
)cos()( tUt
cm
Рис.47. Амплитудно-импульсная модуляция
Рис.48. Характеристика АИМ-сигнала
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]