6.1.1. Импульсные методы передачи непрерывных сигналов

При импульсной модуляции несущее колебание имеет характер периодической последовательности импульсов (рис. 6.1,б) и может быть записано следующим выражением [32]:

(6.1)

где – функция, описывающая форму одиночного импульса, это последовательность, в которой чаще всего прямоугольный однополярный импульс, характеризующийся параметрами:

амплитудой импульса ;
длительностью импульса ;
начальной фазой ;
частотой повторения (тактовая частота) , обычно .

В зависимости от параметра импульса, который подвергается модуляции различают четыре основных вида модуляции: амплитудно-импульсная (АИМ), длительно-импульсная модуляция (ДИМ) (широтно-импульсная (ШИМ)), частотно-импульсная (ЧИМ) и фазоимпульсная (ФИМ).

Рассмотрим пример формирования импульсно модулированных сигналов, если в качестве модулирующего сигнала взять гармоническое колебание (рис. 6.1,а), а в качестве несущего периодическую последовательность импульсов вида (6.1) (рис. 6.1,б).

При АИМ (рис. 6.1,в) пропорционально модулирующему колебанию изменяется амплитуда импульсов, а прочие параметры остаются неизменными.

При ДИМ (ШИМ) (рис. 6.1,г) пропорционально модулирующему колебанию изменяется длительность (ширина) импульсов. Возможны два метода: ОДИМ (односторонняя ДИМ) и ДДИМ (двухсторонняя ДИМ). При ОДИМ перемещается один из фронтов, а второй при этом фиксированный. При ДДИМ изменяются два фронта, а положение середины не меняется.

При ФИМ (рис. 6.1,д) пропорционально модулирующему колебанию изменяется начальная фаза, т.е. положение импульса на временной оси относительно тактовых точек.

При ЧИМ – частота следования импульсов.

При любом виде импульсной модуляции передача непрерывного модулирующего сигнала осуществляется отдельными импульсами. Чем чаще следуют импульсы в несущем колебании, тем меньше интервал , а значит, тем точнее отображается сам модулирующий сигнал.

Частота повторения импульсов находится исходя из необходимой точности восстановления непрерывного колебания при его демодуляции. Минимальное значение частоты повторения определяется теоремой Котельникова где – максимальная частота в спектре . Так, для передачи телефонного сигнала с Гц значение . Обычно частоту следования импульсов берут с некоторым запасом , что соответствует . Длительность самих импульсов в современных системах связи исчисляется долями микросекунды.

Рассмотрим, как формируется импульсно-модулированное колебание.

В импульсных системах связи, используют высокочастотное колебание, при этом модуляция осуществляется в два этапа сначала модулирующее колебание управляет информационным параметром периодической последовательности видеоимпульсов, выполняющей роль промежуточного переносчика. В результате образуется модулированная последовательность видеоимпульсов (рис. 6.1,в,г,д). На втором этапе полученная модулированная последовательность видеоимпульсов используется для манипуляции гармонического высокочастотного несущего колебания. Тем самым осуществляется перенос модулированных видеоимпульсов на частоту несущего колебания . В этом случае получается двойная модуляция. Чаще всего применяется вторичная амплитудная манипуляция. Колебания с двойной модуляцией сокращенно обозначаются пятью буквами, например ФИМ–AM (фазоимпульсная модуляция и вторичная амплитудная манипуляция), АИМ–AM.

При приеме выделение модулирующего сигнала осуществляется также в два этапа. Сначала радиоимпульсы подвергаются демодуляции, т.е. преобразуются в короткие видеоимпульсы соответствующей высоты, а затем из импульсной последовательности выделяется модулирующее колебание. Второй этап выполняется с помощью «идеального» фильтра низких частот, пропускающего все частоты от нуля до . Как известно, при подаче на вход такого фильтра короткого импульса выходное напряжение будет пропорционально амплитуде импульса и описывается функцией вида . В результате на выходе фильтра получается исходное колебание в соответствии с рядом Котельникова (п. 1.5).

Заметим, что спектр реальных колебаний не имеет резкого ограничения по частоте, а идеальный ФНЧ нереализуем, поэтому восстановление всегда осуществляется приближенно.