2.3.2.   Виды импульсной модуляции

Переносчиком информации может служить импульсная последовательность, которая характеризуется амплитудой импульсов (А0), их длительностью (t), периодом повторения (Т) и временным положением им­пульсов на интервале Т. Этот интервал времени определяется шириной спектра модулирующего сообщения и находится на основании одного из критериев отсчетов в соответствии с используемым способом вос­становления модулирующего сообщения  при приеме.

В процессе передачи изменяется один из параметров импульс­ной несущей. Если амплитуда импульсов изменяется в соответствии с передаваемым сообщением, а другие параметры несущей остаются неизменными, говорят об амплитудно-импульсной модуляции (АИМ). Различают два вида амплитудно-импульсной модуляции: АИМ-1 (первого рода) и АИМ-2 (второго рода).

При АИМ-1 амплитуда импуль­сов изменяется в течение длительности импульса в соответствии с из­менением модулирующего сигнала (рис. 2.13, в), тогда как при АИМ-2 амплитуда импульсов определяется значениями передаваемого сооб­щения в характерные моменты времени и сохраняется постоянной в течение длительности  импульса (рис. 2.13, г). Если длительность импульса t значительно меньше периода  Т,  различие  между   AИМ-1 и АИМ-2   становится  несущественным.

Немодулированная импульсная  последовательность fП(t) может быть записана в виде:

где f(t) – функция, описывающая отдельный импульс с единичной амплитудой; tk – момент  времени, соответствующий началу переднего фронта k-то импульса; tk = kTn + t0; k – целое число.

Амплитудно-модулированные  последовательности при АИМ-1 и АИМ-2 определятся следующими выражениями:

                                  

где mАИМ коэффициент амплитудно-импульсной модуляции.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) характеризуется тем, что при постоянных амплитуде и периоде следования импульсов их длительность (tk) изменяется в соответствии с законом изменения модулиру­ющего сообщения.  Изменение длительности импульсов сопровождается изменением временного положения одного или обоих фронтон, в связи с чем различают одностороннюю (ОШИМ) и двустороннюю широтно-импульсные модуляции (ДШИМ).

В первом приближении при t << Т длительности  k-то импульса при широтно-импульсной модуляции можно определить из выражения:

где  – коэффициент широтно-импульсной модуляции; Dtmax – максимальное изменение длительности импульсов при модуляции.

Форма сигналов при ОШИМ и ДШИМ показана на рис. 2.13, д, е. При временной импульсной модуляции (ВИМ) изменяется временное положение импульсов на интервале Т относительно некоторых характерных (тактовых) точек, взятых на этом интервале. Обычно эти точки соответствуют моментам времени kT. Различают два вида ВИМ – фазовую импульсную модуляцию (ФИМ) и частотную импульсную модуляцию ЧИМ.

При  ФИМ моменты возникновения  импульсов (tk)  определяются, из выражения:

tk = kT + DtmaxX(t),                                                         (2-87)

где Dtmax – максимальное смещение импульса. Временное положение импульсов относительно тактовых точек изменяется прямо пропорционально амплитуде модулирующего сообщения. ФИМ-сигнал показан на рис. 2.13, ж.

Частотная импульсная модуляция характеризуется другим законом изменения временного положения импульсов. При ЧИМ изменяется частота импульсной последовательности в соответствии с законом изменения модулирующего сообщения, вследствие чего импульсы также сдвигаются относительно тактовых точек. Моменты возникновения импульсов (tk) определятся из соотношения:

где DWmax – максимальная девиация частоты повторения импульсов W;  t0 – постоянный для всех импульсов в
ременной сдвиг.

Нетрудно заметить, что ЧИМ относится к интегральным видам модуляции, другие ранее рассмотренные виды импульсной модуляции являются прямыми видами модуляции. Различие между ФИМ и ЧИМ аналогично различию между ФМ и ЧМ.

К импульсным видам модуляции относят также кодово-импульсную модуляцию (КИМ), при которой каждое отсчетное значение сообщения (отсчеты берутся с интервалом, определяемым по известным критериям) передается кодовой комбинацией, состоящей из нескольких импульсов. В зависимости от основания используемого кода число им­пульсов, отображающих отсчетное значение сообщения, будет различ­ным в случае, когда основание кода равно максимальному числу разрешенных уровней, для передачи отсчетного значения потребуется лишь один символ кода, что, в принципе, эквивалентно обычной АИМ.

В общем случае для передачи некоторого объема информации методом КИM требуется большее время или большая полоса частот, чем, например, при АИМ или ШИМ. Однако этот недостаток КИМ перекрывается ее высокой помехоустойчивостью. Для приема сигнала КИМ (при использовании двоичных кодов) необходимо лишь установить факт присутствия или отсутствия импульса независимо от его амплитуды и формы. Помехи, приводящие к изменению амплитуды и длительности импульсов, в значительно большей степени влияют на прием сигналов АИМ, ШИМ, ВИМ, чем на прием сигналов КИМ.