ВОПРОС 6 СИГНАЛЫС ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ. СИГНАЛЫАИМ, ШИМ, ФИМ.
При импульсной модуляции в соответствии с модулирующим сигналом информации изменяется один из параметров импульсной последовательности: амплитуда, частота следования импульсов или их длительность (рисунок 1).
При амплитудно-импульсной модуляции (АИМ) сигнал информации UΩ управляет амплитудой радиоимпульсов
Рисунок 1
Наиболее известны следующие виды цифровой модуляции:
Невозвращающийся в нуль код - NRZ (NonReturntoZero). Является простейшим линейным кодом, широко применяемым на практике. Существуют две разновидности этого кода — униполярный и биполярный NRZ-коды. В униполярном NRZ-коде логической единице соответствует прямоугольный импульс положительной полярности, а логическому нулю — нулевое напряжение (пауза). В биполярном NRZ-коде логической единице соответствует прямоугольный импульс положительной полярности, а логическому нулю — прямоугольный импульс отрицательной полярности. Положительное или отрицательное напряжение на выходе кодера сохраняется неизменным в течение длительности символа, что и определяет термин «невозвращающийся в нуль» код. Длительность импульсов и пауз в NRZ-кодах равна длительности одного символа (бита) информации (рисунок2, а, б).
Амплитудная манипуляция (АМн; иначе ИКМ-АМ, или цифровая амплитудная модуляция — ЦАМ; amplitudeshiftkeying — ASK). Битовому символу «1» при ИКМ-АМ (рисунок 2, в) соответствует передача несущего колебания в течение времени τИ (длительность посылки), символу «0» — отсутствие колебания (пауза) на таком же временном интервале.
Частотная манипуляция (ЧМн; иначе ИКМ-ЧМ, или цифровая частотная модуляция — ЦЧМ; frequencyshiftkeying — FSK). При ИКМ-ЧМ (рисунок 2, г) передача несущего с частотой f0 соответствует символу «1», а передача колебания с частотой f1 — символу «0».
Фазовая манипуляция (ФМн; иначе ИКМ-ФМ, или цифровая фазовая модуляция — ЦФМ; phaseshiftkeying — PSK). При двоичной ИКМ-ФМ (рисунок 2, д) фаза несущей меняется на 180° при каждом переходе символов от «1» к «0» и от «0» к «1». Долгое время не находила практического применения из-за сложности восстановления в приемнике опорного («несущего») колебания, строго синфазного с несущей частотой принимаемого сигнала.
Относительная фазовая (дифференциальная; фазоразностная) манипуляция (ОФМ; differentialphaseshiftkeying — DPSK), часто называемой многопозиционной амплитудно-фазовой манипуляцией (рисунок 2, е). На практике цифровую фазовую манипуляцию применяют при небольшом числе возможных значений начальной фазы — как правило, 2, 4 или 8. Так как на практике при приеме сигнала сложно определить абсолютное значение начальной фазы, то проще определять относительный фазовый сдвиг между двумя соседними символами. Поэтому обычно используется ОФМ, при которой, в зависимости от значения информационного элемента, изменяется только фаза сигнала при неизменной амплитуде и частоте, при этом фазу канального сигнала отсчитывают не от некоторого эталона, а от фазы предыдущего элемента. На рисунке2 видно, что изменение фазы несущего сигнала на 1800 происходит при каждом «приходе» логической «1» - символ «0» передается отрезком синусоиды с начальной фазой предшествующего элемента сигнала, а символ «1» — таким же отрезком с начальной фазой, отличающейся от начальной фазы предшествующего элемента на 180°.
При ОФМ передача сообщения начинается с посылки одного не несущего передаваемой информации элемента, который служит лишь опорным (эталонным) сигналом для сравнения фазы последующего элемента. Каждому информационному биту ставится в соответствие не абсолютное значение фазы, а ее изменение относительно предыдущего значения.
Рисунок 2 - Формы сигналов при различных видах цифровой модуляции двоичным кодом: а - униполярный код; б - биполярный код; в - ИКМ-АМ; г - ИКМ-ЧМ; д - ИКМ-ФМ; е - ОФМ
В цифровом телевидении для передачи по спутниковым трактам и в наземном телевещании при тяжелых условиях приема используется двукратная, или четырехфазная ОФМ (ОФМ-4; другое название — квадратурная относительная фазовая модуляция — КОФМ; англ. — Quadraturephaseshiftkeying — QPSK). Модуляция ОФМ-4 (QPSK) обеспечивает необходимый компромисс между скоростью передачи информации и помехоустойчивостью системы и применяется как самостоятельно, так и в комбинациях с другими методами. Этот вид модуляции основан на передаче четырех сигналов, каждый из которых несет информацию о двух битах (дибите) исходной двоичной последовательности. Обычно используется два набора фаз: в зависимости от значения дибита (00, 01,10 или 11) фаза сигнала может измениться на 0, 90, 180, 270 или 45, 135, 225, 315° соответственно. При этом, если число кодируемых бит более трех (8 позиций поворота фазы), резко снижается помехоустойчивость ОФМ. Потому для высокоскоростной передачи данных ОФМ использовать не рекомендуется.