3.2.2. Амплитудно-импульсная модуляция (аим), широтно-импульсная модуляция (шим) и фазо-импульсная модуляция (фим)

При АИМ дискретные сигналы любого канала имеют вид электрических импульсов одинаковой длительности , имеющих постоянный период, равный , и переменную амплитуду, изменяющуюся пропорционально напряжению передаваемого сообщения в момент передачи импульсов. Спектр продискретизированного сообщения является периодическим с периодом . Спектр исходного сигнала может быть выделен при пропускании его через ФНЧ, имеющего граничную частоту , удовлетворяющую условию , где – верхняя граничная частота спектра исходного сообщения. Для передачи телефонных сообщений с частотой Гц МККТТ рекомендует выбирать . На рис.3.7 показана типичная структурная схема канального демодулятора. Здесь СКИ – селектор канальных импульсов.

Рис. 3.7. Низкочастотная часть амплитудного спектра напряжения импульсов одного канала при АИМ (а) и упрощенная схема канального демодулятора импульсов с АИМ и ШИМ (б)

При ШИМ дискретные сигналы какого-либо канала имеют вид электрических импульсов постоянной амплитуды и с постоянным периодом , но с длительностью , которая изменяется от импульса к импульсу пропорционально напряжению модулирующего сообщения в моменты времени передачи импульсов. При модуляции максимально допустимая глубина ШИМ должна выбираться меньше единицы, т.к. максимально возможное изменение длительности должно быть меньше длительности кодового интервала . С другой стороны, минимальная длительность должна оптимально соответствовать полосе пропускания всего широкополосного канала связи от входа группового тракта передающей станции до выхода группового тракта приемной станции в конце линии связи, т.е. .

Амплитудный спектр импульсов с ШИМ отличается от спектра импульсов с АИМ тем, что при модуляции синусоидальным сообщением в нем содержится бесконечное число составляющих с частотами, равными , , – любые целые числа. Поскольку в многоканальных системах с ШИМ отношение , амплитуды составляющих с пренебрежимо малы, поэтому можно считать, что спектр импульсов с ШИМ практически не отличается от спектра импульсов с АИМ. Поэтому канальные демодуляторы строятся по той же схеме, что и при АИМ. ШИМ имеет большую помехоустойчивость, чем АИМ, т.к. она позволяет исключать напряжение аддитивной помехи при пропускании импульсов с ШИМ через двусторонний амплитудный ограничитель.

Существуют еще более помехоустойчивые виды импульсной модуляции – фазо-импульсная модуляция (ФИМ) и импульсно-кодовая модуляция (ИКМ), которые полностью вытеснили АИМ и ШИМ как способы передачи информации по линиям радиосвязи. Тем не менее АИМ и ШИМ широко используются в аппаратуре временного уплотнения как наиболее простые виды импульсной модуляции, из которых получают более помехоустойчивые виды импульсной модуляции.

При ФИМ дискретные сигналы имеют вид импульсов постоянной амплитуды и постоянной длительности, но их период изменяется на величину , пропорциональную напряжению модулирующего сообщения в моменты времени передачи импульсов . Амплитуда временного сдвига импульсов выбирается меньше половины канального интервала . Поэтому максимально допустимая относительная глубина ФИМ . Она обычно выбирается 0,6-0,8. Это необходимо, чтобы во время модуляции пиковыми уровнями сообщения канальные импульсы не могли попасть в соседние канальные интервалы , а также чтобы на приемной стороне можно было надежно разделить импульсы различных каналов. Наиболее характерными отличиями спектра импульсов с ФИМ от спектров импульсов с АИМ или ШИМ являются:

а) амплитуда спектральной составляющей с частотой, равной частоте модулирующего напряжения ,

зависит от , вследствие чего будут появляться искажения аналогового сообщения, если его выделять из спектра с помощью ФНЧ;

б) амплитуда при ФИМ много меньше, чем при ШИМ или АИМ;

в) в спектре импульсов с ФИМ всегда содержится бесконечно большое количество высших гармоник частоты , вследствие чего напряжение аналогового сообщения выделенное с помощью ФНЧ было бы нелинейно искаженным;

г) составляющие спектра с частотами , которые могут легко пройти через ФНЧ при ФИМ, имеют интенсивность, сравнимую с интенсивностью полезной составляющей с частотой . Вследствие этого появится недопустимо высокий уровень помех на выходе ФНЧ, если с его помощью выделять сигнал.

Ввиду сказанного, схема канального демодулятора в системе с ФИМ должна быть более сложной, чем при АИМ или ШИМ, т.к. после СКИ должно осуществляться преобразование ФИМ в ШИМ или АИМ.

ФИМ обладает всеми преимуществами ШИМ над АИМ, но лишена ее недостатков. Все импульсы, входящие в состав группового сообщения, могут иметь одинаковую длительность, которую можно согласовать оптимальным образом с полосой пропускания общего канала связи. При ФИМ длительность импульсов всегда меньше, чем при ШИМ, и соответственно меньше средняя мощность передатчиков.