При передаче аналоговых сигналов по каналам систем передачи с ВРК в качестве переносчика (несущей) используется периодическая последовательность импульсов. Поскольку в качестве несущей используется последовательность импульсов, период следования которых определяется по теореме Котельникова, то любые виды модуляции этой последовательности называются импульсными.
где: Fm - максимальная частота спектра модулирующего сигнала
Пределы изменения параметров импульсов выбираются такие, чтобы при модуляции импульсы не перекрывались. Параметрами периодической последовательности прямоугольных импульсов, которыми можно управлять модулирующим сигналом являются:
Изменяя один из названных параметров периодической последовательности импульсов, можно получить четыре основных вида импульсной модуляции: АИМ, ШИМ, ЧИМ, ФИМ. Например на Рис. 1.б приведена временная диаграмма модулирующего сигнала U(t) - гармонического колебания длительность периода которого намного больше длительности периода следования Тс импульсов несущей последовательности.
На Рис. 1.в,г,д,е изображены временные диаграммы, характерные для указанных видом импульсной модуляции.
Рис. 1. Временные диаграммы при импульсной модуляции
а - несущая последовательность импульсов
б - модулирующий сигнал
в - сигнал с АИM
г - сигнал с ШИМ
д - сигнал с ЧИМ
е - сигнал с ФИМ
Так, при АИМ изменение амплитуды импульсов несущей последовательности пропорционально изменению мгновенного значения модулирующего сигнала U(t). В Лекции 2 "Принцип временного разделения каналов" указаны отличительные особенности АИМ-2 от АИМ-1. Для получения АИМ-2 необходимо, кроме операции прерывания (коммутации) модулирующего сигнала, запомнить его мгновенное значение в начале отсчета на время, равное длительности отсчета. Постоянное значение амплитуды импульса АИМ-2 сигнала в пределах его длительности, особенно важно для уменьшения погрешности при дальнейшей цифровой обработке сигнала. Общий характер спектров сигналов АИМ-1 и АИМ-2 одинаков (Рис. 1.е). Есть и различия, которые сводятся к следующему. При АИМ-1 Амплитуда колебаний двух боковых частот, симметрично расположенных по обе стороны каждой гармоники дискретной несущей равны между собой. При АИМ-2 эти амплитуды различны. Указанные различия между сигналами АИМ-1 и АИМ-2 сказываются тем меньше, чем короче импульсы, или чем больше их скважность, и при τи < 0.2 Тд этим можно пренебречь. В цифровых системах передачи где τи < 0.05 Тд, используются импульсы АИМ-2.
При ШИМ изменяется длительность (ширина) импульсов несущей последовательности. При ЧИМ пропорционально изменениям значения модулирующего сигнала меняется частота следования импульсов несущей последовательности, а при ФИМ - их временное положение относительно тактовых моментов времени.
Спектр при импульсных видах модуляции зависит от спектра модулирующего сигнала, вида и параметров модуляции. Аналитическое выражение спектра достаточно сложное. Периодическую последовательность импульсов несущей можно разложить в ряд Фурье. При модуляции каждую из гармонических составляющих ряда Фурье можно рассматривать как "индивидуальную" несущую, возле которой располагаются верхняя и нижняя боковые полосы частот. Кроме того, в спектре импульсных модуляций обязательно содержится низкочастотный спектр модулирующего сигнала. При скважности Q > 10 боковые полосы частот не дают заметного расширения спектра в сравнении со спектром несущей.
Следовательно, для импульсных видов модуляции (кроме ШИМ) ширина спектра не зависит от вида модуляции и ее параметров, ни от модулирующего сигнала, ни от периода следования импульсов, а определяется только длительностью импульса несущей и обратно пропорциональна длительности импульса несущей (чем меньше длительность прямоугольного импульса τи , тем шире его спектр).
Передача импульсно-модулированных сигналов по высокочастотным линиям связи принципиально невозможна по следующим причинам:
1). Накопление помех при передаче.
2). Присутствие низкочастотных составляющих в спектре импульсно-модулированных сигналов.
В случае АИМ изменяется амплитуда импульсов, т.е. АИМ сигнал характеризуется тем, что импульсы появляются в определенные тактовые моменты времени, но амплитуда их может принимать бесконечное множество возможных значений в пределах заданною диапазона. Поэтому если из-за действия помех в линии будут искажены амплитуда и моменты появления АИМ импульсов, то в пункте приема можно восстановить только период следования импульсов (тактовые интервалы). Устранить влияние помех на амплитуду невозможно, и следовательно, при АИМ, как и при передаче аналоговых сигналов, происходит накопление помех.
Амплитуда ШИМ, ФИМ, ЧИМ сигналов постоянна, и в процессе модуляции не изменяется. Поэтому ее флуктуации из-за действия помех при передаче могут быть устранены в пункте приема путем амплитудного ограничения. Искажение временных соотношении у передаваемых последовательностей невозможно устранить, а поскольку именно временные параметры указанных видом модуляции несут информацию о сообщении, то в случае использования ШИМ ЧИМ, ФИМ так же происходит накопление помех.
Для исключения явления накопление помех применяются цифровые виды модуляции. Перенос спектра импульсно-модулированных сигналов в область более высоких частот производится повторной модуляцией, называемой двойной: модулированными импульсами снопа модулируется гармоническая высокочастотная несущая. При этом можно получить более 10 различных видов двойных модуляций: АИМ-АМ, ШИМ-АМ, ФИМ-АМ, АИМ-ЧМ, ФИМ-ЧМ и др. Сточки зрения помехоустойчивости предпочтительнее ФИМ-АМ при скважности импульсов Q > 10.
