PCM — Pulse Code Modulation

);

широтно-импульсную модуляцию (ШИМ);

амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ);

частотно-импульсную модуляцию (ЧИМ);

фазово-импульсную модуляцию (ФИМ);

В простейшем случае модуляции амплитуды синусоидальным сигналом модулированное колебание, представленное на рис. 3, может быть записано в виде:

u = u₀ (1 + m sin W t) sin (w t + j), (1)

где u₀ и w — амплитуда и частота исходного колебания соответственно (w = 2πf);
W — частота модуляции, а величина m, называется глубиной модуляции, характеризует степень изменения амплитуды:

m = (u_max - u_min)/(u_max + u_min), (2)

Рис. 3. Амплитудно-модулированный (АМ) сигнал

Для корректного преобразования необходимо, чтобы несущая частота должна быть, по крайней мере, в два раза выше, чем верхняя граница полосы модулирующего сигнала. Например, если смодулировать несущую частоту в 40 Гц (рис. 4) гармоническим сигналом 4 Гц, то спектр результирующего сигнала будет состоять из из трех гармоник.

Рис. 4. Спектр АМ-сигнала

Первая — f_н, и две другие — боковые частоты f_н - F и f_н + F соответственно. Нижняя боковая частота является зеркальным отображением верхней боковой, по отношению к частоте несущей f_н. Система с АМ, которая передает обе боковых и несущую, известна, как двухполосная система (DSB - double sidebaud). Несущая не несет никакой полезной информации и может быть удалена, но с несущей или без, полоса сигнала DSB вдвое больше полосы изначального сигнала. Для сужения полосы возможно вытеснение не только несущей, но и одной из боковых, так как они несут одну информацию. Этот вид модуляции известен, как однополосная модуляция с подавленной несущей (SSB-SC - Single SideBand Suppressed Carrier).

Если же модулирующий сигнал не синусоидальный, а более сложный, то вместо двух боковых частот в модулированном колебании будут две боковые полосы, частотный состав которых определяется частотным составом модулирующего сигнала. Поэтому каждая передающая станция занимает в эфире определённый частотный интервал. Во избежание помех несущие частоты различных станций должны отстоять друг от друга на расстоянии, большем, чем сумма боковых полос. Ширина боковой полосы зависит от характера передаваемого сигнала: Так, для радиовещания — 10 кГц, для телевидения — 6 МГц.

При частотной модуляции модулирующий сигнал изменяет не мощность опорного сигнала, а его частоту, т.е., если уровень сигнала увеличивается, то частота растет, и наоборот. Из-за этого спектр частотно-модулированного (ЧМ) сигнала значительно шире исходного сигнала.

Рис. 5. Частотно-модулированный сигнал

В случае частотной модуляции синусоидальным сигналом частота колебаний меняется по закону:

w = w₀ + D_w cos W t, (3)

где cos W t — модулирующий сигнал;
D_w — так называемая девиация частоты. При частотной модуляции полоса частот модулированного сигнала зависит от величины b = D_w/W, называемой индексом частотной модуляции. При b << 1 справедливо приближённое соотношение:

u ≈ u₀ (sin w t + b sin W t cos w t). (4)

В этом случае частотно-модулированный сигнал, так же как и амплитудно-модулированный, состоит из несущей частоты w и двух спутников с частотами w + W и w — W. Поэтому при малых b полосы частот, занимаемые амплитудно-модулированным и частотно-модулированным сигналами, одинаковы. При больших индексах b спектр боковых частот значительно увеличивается. Кроме колебаний с частотами w ± W, появляются колебания, частоты которых равны w ± 2 W, w ± 3 W и т. д. Полная ширина полосы частот, занимаемая частотно-модулированным сигналом с девиацией Dw и частотой модуляции W (с точностью, достаточной для практических целей), может считаться равной 2 D_w + 2 W. Эта полоса всегда шире, чем при амплитудной модуляции.

Преимуществом частотной модуляции перед амплитудной в технике связи является большая помехоустойчивость. Это качество частотной модуляции проявляется при b >> 1, т. е. когда полоса частот, занимаемая частотно-модулированным сигналом, во много раз больше 2 W. Поэтому частотно-модулированные колебания применяются для высококачественной передачи сигналов в диапазоне ультракоротких волн (УKB), где на каждую радиостанцию выделена полоса частот, в 15—20 раз большая, чем в диапазоне длинных, средних и коротких волн, на которых работают радиостанции с амплитудной модуляцией. Частотная модуляция применяется также для передачи звукового сопровождения телевизионных программ.

В случае фазовой модуляции модулирующий сигнал изменяет фазу опорного сигнала. Модулированное колебание имеет вид:

u = u₀ sin (w₀ t + Dj cos W t). (5)

Рис. 6. Фазо-модулированный сигнал

Если модулирующий сигнал синусоидальный, то форма модулированных колебаний и их спектральный состав для частотной и фазовой модуляции одинаковы

Дата добавления: 2015-12-01