Способы модуляции импульсных сигналов

Виды импульсной модуляции

Импульсная модуляция – модуляция несущего колебания в виде периодической последовательности импульсов одинаковой формы (обычно прямо­угольных) аналогового модулирующим сигналом.

Импульсная несущая характеризуется четырьмя па­раметрами: амплитудой , длительностью , частотой следова­ния (период следования импульсов выбирается по теореме Котельникова) и фазой импульсов (рисунке 22.1, а). Изменяя их по закону передаваемого сигнала, получают че­тыре основных вида импульсной модуляции:

— амплитудно-импульсную (АИМ) — изменяется амплитуда им­пульсов (рисунке 22.1, в). АИМ сигналы подразделяются на два вида: сигнал первого рода (АИМ-1) – вершина импульсов повторяет закон изменения информационного сигнала — и сигнал второго рода (АИМ-2) – вершина импульсов остается плоской;

— частотно-импульсную (ЧИМ) — изменяется частота следова­ния импульсов (рисунке 22.1, г);

— широтно-импульсную или длительно-импульсную (ШИМ или ДИМ) — изменяется ши­рина (длительность) импульсов (рисунке 22.1, д). Различают одностороннюю (длительность импульсов изменяется по фронту или по срезу) и двухстороннюю ДИМ (длительность импульсов изменяется одновременно по фронту и по срезу);

— фазово-импульсную (ФИМ) — импульсы сдвигаются относи­тельно тактовых точек, которые могут совпадать с началом, серединой или концом импульсов несущей (на рисунке 22.1, е отмечены кружками).

д)

Рисунок 22.1 – Виды импульсной модуляции:

а) несущая последовательность прямоугольных импульсов;

б) модулирующий сигнал;

в) амплитудно-импульсно-модулированный сигнал;

г) частотно-импульсно-модулированный сигнал;

д) широтно-импульсно-модулированный сигнал;

Источник

Импульсные методы модуляции

Используя серию импульсов в качестве переносчика, мы можем меняя амплитуду, длительность, положение во времени, число импульсов и т.д. под воздействием сообщения, тем самым осуществлять импульсную модуляцию.

Амплитудно- импульсная модуляция (АИМ).Под воздействием мгновенных значений сообщения амплитуда импульсов переносчика изменяется.

амплитуда модулированных импульсов, U— амплитуда немодулированных импульсов, m_a – коэффициент глубины модуляции при АИМ, -угловая частота сообщения.

Импульсы, модулированные по амплитуде, обладают спектром . отличным от немодулированной последовательности тем , что вокруг каждой составляющей спектра немодулированной последовательности появляется боковые частоты f_k ± f_сообщ Однако ширина полосы и в этом случае определяется практически длительностью импульсов и слабо зависит от модулирующей частоты, т. е. . Из-за низкой помехоустойчивости и погрешностей, возникающих при изменении коэффициента передачи линии связи, АИМ применяется в ТИ только как промежуточный вид модуляции (АИМ- ЧМ ).

Широтно- импульсная модуляция (ШИМ).Изменяется ширина или длительность импульсов переносчика за счет положения заднего импульса. Частота и амплитуда при ШИМ не изменяется. Помехоустойчивость ШИМ значительно выше АИМ, и ШИМ широко распределена в ТИ. При ШИМ необходимо выбирать полосу частот по наиболее короткому импульсу ()

Спектр частот ШИМ аналогичен спектру АИМ с той лишь разницей, что при ШИМ вокруг каждой гармоники имеется на две ( как при АИ), а несколько пар боковых частот.

Используются и другие разновидности ШИМ , когда изменяется положение переднего фронта импульсов при неизменном положении заднего фронта или изменяется положение обоих фронтов.

Время – импульсная модуляция (ВИМ).Эта модуляция иногда называется фазоимпульсной модуляцией (ФИМ). Импульс сдвигается на + при увеличении мгновенного значения и влево на – при его уменьшении. При синусоидальной форме сообщения сдвиг, или девиация, импульса определяется как

, (4-24)

Полоса частот при ВИМ определяется практически длительностью импульса.

Частотно-импульсная модуляция (ЧИМ).При увеличении мгновенного значения сообщения частота импульсов увеличивается, а при уменьшении мгновенного значения – уменьшается. Ширина полосы частот определяются длительностью импульса: .

Кодоимпульсная модуляция (КИМ).При этом сообщение квантуется по уровню и времени , а затем каждый дискретный уровень передается с помощью кода в дискретные моменты времени. Если, например, квантованная ступенчатая функция , представленная на рис. передается обычным двоичным кодом, то ступенька , соответствующая уровню 3, передается комбинацией 0011 в момент времени t₀ , вторая , соответствующая уровню 2, -0010 в момент времени t₁ . В моменты t_2, t₃ и _, t₄ будет переданы соответствующим комбинации. Полоса частот в КИМ определяется длительностью импульса. Кодоимпульсная модуляция применяется в ТИ.

Дельта- модуляция (— модуляция).Об этой модуляции указывается при осуществлении дифференциального квантования, где было показано , что в каждый момент времени передается или отрицательный или положительный импульс, соответствующий тому или иному знаку приращения. Таким образом, при любом числе уровней квантования осуществляется лишь двух дискретных сигналов, которыми передается только знак приращения функции. Это достоинство дельта — модуляции. Ёе недостаток заключается в накоплении ошибок с течением времени. Так, если на приеме вместо положительного импульса в момент принят отрицательный , то это сместит значение функции на два уровня вниз. В дальнейшем несмотря на правильность последующий передачи, эта ошибка будет существовать до тех пор , пока она не будет скомпенсирована ошибкой противоположного знака. Кроме того, ∆- модуляция несет в себе недостатки, связанные с квантованием по времени и по уровню, о чем говорилось выше.

Многократные методы модуляции.Сообщение может быть передано сложным сигналом, образованным несколькими поочередными модуляциями. Обычно такой сигнал является результатом двойной модуляции : первая модуляция –импульсная , в которой модулируется серия импульсов, или импульсная поднесущая, вторая – непрерывная, в которой модулируется несущая. При тройных модуляциях первая модуляция импульсная, вторая и третья непрерывная. Иногда применяются двойная модуляция импульсной поднесущей : сначала осуществляется АИМ, которая затем преобразуется в ВИМ или ШИМ, а затем производиться непрерывная модуляция несущей. В итоге возникает: АИМ-ВИМ АМ, АИМ-ШИМ-ЧМ и т. д. промодулированная по амплитуде серия импульсов в свою очередь модулирует ВЧ – несущую. В результате возникает сигнал в виде радиоимпульсов.

При модуляции ШИМ-АМ импульсы наполняются высокой частотой, в результате чего возникает радиоимпульсы одинаковой амплитуды и частоты, но разной длительности. Если вторичная модуляция частотная , что амплитуда сигналов одинакова, но частоты заполнения разная.

Так, при АИМ-ЧМ импульсу соответствует радиоимпульс частоты f, а импульсу с большей амплитудой соответствует радиоимпульс уже с большей частотой f . Импульс наименьшей амплитуды наполняется самой низкой частотой f . интервалы времени между импульсами заполняются одной и той же частотой 3. интервалы времени между импульсами заполняются одной и той же частотой. 0 ,которая является немодулированной несущей. Двойная модуляция ШИМ-ЧМ отличается от ШИМ-АМ лишь тем, что интервалы между импульсами заполняется частотой несущей.

По указанному принципу может быть получен любой другой вариант двойных модуляций. Правило их построения очевидно: сначала сообщение модулирует импульсную поднесущую (серия видеоимпульсов), которая превращаясь в сигнал, в свою очередь модулируют ВЧ- несущую.

Для осуществления тройной модуляции сообщение сначала модулируется одним из видов импульсных модуляций. Далее полученный сигнал модулирует первую непрерывную поднесущую. Новый сигнал, в свою очередь, модулирует несущую.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

12Способы импульсной модуляции (им).

При ИМ переносчиком является последовательность импульсов.

Параметры импульсного сигнала — амплитуда (U m), период или частота (Т или f = 1/T), длительность импульса (t _u), фаза импульсов ().

В соответствии с этими параметрами различают способы ИМ:

Амплитудно – импульсная модуляция (АИМ) – Um.

Частотно – импульсная модуляция (ЧИМ) — f.

Широтно – импульсная модуляция (ШИМ) — t _{u .}

Фазо – импульсная модуляция (ФИМ) — .

При АИМ амплитуда является функцией модулирующего сигнала

При ЧИМ функцией модулирующего сигнала является средняя частота (или период) следования импульсов.

При ШИМ функцией модулирующего сигнала является длительность импульса.

При ФИМ функцией модулирующего сигнала является время паузы между соседними импульсами.

Кодо-импульсная модуляция (КИМ).

Отличие: какому-то одному значению модулирующего сигнала  соответствует несколько импульсов (последовательный код). Последовательный код – двоичное число:

1 – есть импульс 0 – нет импульса

При КИМ увеличивается время передачи сигнала, но обеспечивается высокая достоверность и высокая помехозащищенность.

13 Частотная модуляция (чм).

При ЧМ в соответствии с модулирующим сигналом (t) меняется частота синусоидального несущего сигнала, что иллюстрирует рис

Заметим ,что , а соответственно и частота может меняться не только резко, но и плавно

Для ЧМ существует два параметра, характеризующие интенсивность воздействия модулирующего сигнала на несущий сигнал.

f = f _max – f ₀ или f = f ₀ — f _min f — отклонение частоты от центрального значения.

Индекс частотной модуляции .

Это отношение девиации частоты к частоте модулирующего сигнала.

0    несколько десятков или сотен.

Частотный спектр при ЧМ.

Его можно получить на основе ЧС при АМ.

Соответственно, спектр ЧМ можно представить: S _ЧМ = S _АМ1 + S _АМ2

В результате получили наложение. Спектры двух слагаемых отличаются разными несущими частотами.

Спектры ЧМ шире, чем спектры АМ.

Спектр получается «горбатый» («горбов» может быть много)

Линии спектра могут перекрываться линиями другого спектра, а могут и не перекрываться.

Ширина спектра при ЧМ:

Каждая боковая полоса – спектр модулирующего сигнала шириной F _.

f ₀₂ – f ₀₁ = 2f — две девиации частоты

В результате получаем:

Вывод: ширина ЧС при ЧМ больше чем ширина ЧС при АМ в (1 +  ) раз.

14 Способы модуляции электрических сигналов.

Сигнал – физический процесс, который служит для передачи сообщений. Сигнал имеет электрический характер (U, I, электромагнитное поле).

U или I во времени меняется в соответствии с сообщением. Самый простой сигнал U =0 или 1 .

Существует необходимость в более сложных способах.

Для передачи сигналов существует потребность применения модуляции.

Модуляция – использование вспомогательного сигнала, служащего для передачи несущего сообщение основного сигнала.

передавать сигналы на большие расстояния;

передавать несколько сигналов независимо друг от друга.

Существует непрерывная и импульсная модуляция.

При непрерывной модуляции в качестве вспомогательного сигнала используется синусоида.

При импульсной модуляции в качестве вспомогательного сигнала используют последовательность импульсов.

Вспомогательный сигнал – несущий сигнал.

Основной сигнал – модулирующий сигнал.

Модуляция – это воздействие модулирующего сигнала на какой-либо параметр несущего сигнала, например, амплитуду, частоту, фазу.

Способы непрерывной модуляции.

Несущий сигнал — синусоида:

Если воздействовать на амплитуду U_m, то будет амплитудная модуляция (АМ).

Если воздействовать на частоту f _н ,то будет частотная модуляция (ЧМ).

Если воздействовать на фазу  , то будет фазовая модуляция (ФМ).

Амплитудная модуляция (АМ).

При АМ в соответствии с модулирующим сигналом меняется амплитуда синусоидального несущего сигнала.

Огибающая повторяет форму модулирующего сигнала . Заполнение между огибающими — синусоидальный переносчик. f₀ — частота несущего сигнала.

Условие, необходимое для АМ :fн >> f.

Это необходимо для обеспечения передачи сигнала без искажения.

АМ характеризуется коэффициентом m — коэффициентом глубины модуляции:

Этот коэффициент характеризует степень воздействия модулирующего сигнала на несущий сигнал.

Чем больше m, тем больше воздействие.

Если U_min = 0, m = 1. Это наибольшая глубина модуляции.

Если U_min = U_max, m = 0. Это синусоида с неизменной амплитудой – Если U_min = U_max, m = 0. Это синусоида с неизменной амплитудой – один несущий сигнал. 0  m  1

АМ – наиболее простой способ модуляции, т.е. требуются простые технические средства.

Недостаток: амплитуда сигнала легко искажается под действием помех. АМ имеет низкую помехоустойчивость при передаче сообщений. Единственный способ устранения помехи — амплитуда переносчика должна быть достаточно большой (много больше помехи).

Частотный спектр при АМ

(t)- модулирующий сигнал

U(t)- модулированный сигнал

Выравнивание для модулированного сигнала в общем виде:

Больше информации можно получить о модулированном сигнале, если рассмотреть его частотный спектр. ЧС модулированного сигнала зависит от ЧС модулирующего сигнала, что можно представить в виде ряда Фурье:

Пусть модулирующий сигнал – непрямоугольный импульс.

Тогда, поставляем (t) в U(t), получаем:

Каждая гармоника модулирующего сигнала умножается на синусоиду несущего сигнала, что приводит к раздвоению каждой гармоники на две.

Отсюда следует, что частота одной синусоиды будет суммой частот, а частота другой синусоиды будет разность частот.

Синусоида для суммы частот – верхняя боковая составляющая.

Синусоида для разности частот – нижняя боковая составляющая.

В результате модулированный сигнал:

Изобразим частотный спектр при АМ. Это соотношение указывает на то, что ЧС имеет следующие особенности.

ЧС содержит 2 спектра модулирующего сигнала, расположенный симметрично друг относительно друга.

Несущее колебание имеет наибольшую амплитуду.

Ширина ЧС при АМ:

Это обстоятельство имеет значение при прохождениях сигнала по каналам связи.

Использование АМ — сигналов с одной боковой полосой.

В полученном спектре информация о модулирующем сигнале поровну распределяется между каждой из боковых полос.

Соответственно и мощность сигнала тоже распределяется поровну.

Можно получить существенный выигрыш при передаче сигнала, если оставить только одну боковую полосу. Это АМ-ОБП – разновидность АМ.

Источник