5.5.2. Широтно-импульсная модуляция

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) – это изменение длительности импульсов пропорционально мгновенному значению сообщения.

На рис. 5.7, г показано, что под действием мгновенных значений сообщения изменяется длительность или ширина импульсов переносчика, расширяясь при увеличении мгновенного значения сообщения и суживаясь при его уменьшении (за счет положения заднего фронта импульса). Частота и амплитуда импульсов при ШИМ не изменяются. Помехоустойчивость ШИМ значительно выше помехоустойчивости АИМ, поэтому ШИМ нашла широкое применение. При ШИМ необходимо выбирать полосу частот по наиболее короткому импульсу ΔF=1/τ_min. Спектр частот ШИМ аналогичен спектру АИМ с той лишь разницей, что при ШИМ вокруг каждой гармоники имеется не две (как на рис. 5.2), а несколько пар боковых частот.

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

5.5.3. Фазоимпульсная модуляция

Фазоимпульсная модуляция (ФИМ) – это изменение фазы импульсной последовательности пропорционально мгновенному значению сообщения.

ШИМ и ФИМ объединяются общим понятием времяимпульсной модуляции (ВИМ). На рис. 5.7, д показано, как изменяется положение импульса в зависимости от мгновенного сообщения: импульс сдвигается вправо на Δt при увеличении мгновенного значения и влево на -Δt при его уменьшении. При синусоидальной форме сообщения сдвиг, или девиация, импульса

Δt =Δt_maxsinΩt.

Полоса частот при ВИМ определяется длительностью импульса, которая в процессе модуляции не изменяется.

5.5.4. Частотно-импульсная модуляция (чим)

Из рис. 5.7, е следует, что при увеличении мгновенного значения сообщения частота импульсов возрастает, а при уменьшении – снижается. Таким образом, осуществляется модуляция по частоте импульсов, при которой длительность импульсов остается постоянной, изменяется лишь интервал между ними. Ширина полосы частот определяется длительностью импульса.

5.5.5. Кодоимпульсная модуляция (ким)

При кодоимпульсной модуляции сообщение квантуется по уровню и по времени, а затем каждый дискретный уровень передается с помощью кода в дискретные моменты времени. Если, например, квантованная ступенчатая функция λ`(t) передается обычным двоичным кодом, то ступенька, соответствующая уровню 1, передается комбинацией 0001 в момент времени t₀, вторая ступенька, соответствующая уровню 2, – комбинацией 0010 в момент времени t₁. Уровень 3 передается комбинацией 0100 и т.д.

Как и в других импульсных модуляциях, полоса частот в КИМ определяется длительностью импульса.

Кодоимпульсная модуляция нашла широкое применение в телемеханике.

5.5.6. Дельта-модуляция

Дельта-модуляция (Δ-модуляция) представляет собой передачу положительного или отрицательного импульса, соответствующего знаку приращения ступенчатой дифференциально квантованной функции [10].

По сравнению с известным обычным квантованием (например, при кодоимпульсной модуляции) дифференциальное квантование непрерывного сообщения имеет следующие особенности:

1. Дифференциально квантованная функция имеет приращение в дискретный момент времени только на один уровень.

2. Приращение дифференциально квантованной функции равно +1, если в момент квантования величина непрерывного сообщения больше величины дифференциально квантованной функции в предыдущий момент квантования, и приращение равно -1, если в момент квантования величина непрерывного сообщения меньше величины дифференциально квантованной функции.

Таким образом, при любом числе уровней квантования осуществляется передача лишь одного из двух дискретных сигналов, которыми передается только знак приращения функции. Из этого следует существенное преимущество Δ-модуляции – возможность получения большего быстродействия передачи, что особенно важно в телеизмерениях. Действительно, при КИМ каждое значение измеряемой величины передается многоразрядным кодом, а при Δ-модуляции – лишь одним импульсом, т.е. скорость передачи увеличивается в п раз, гдеп – число разрядов кода.

Δ-модуляция имеет следующие недостатки.

1. Ошибка на приёмной стороне может появляться из-за искажения кодового импульса.

2. Использование дифференциального квантования может приводить к появлению ошибки, вызванной отставанием ступенчатой функции от непрерывного сообщения при быстрых изменениях последнего из-за того, что переход ступенчатой функции через соседний уровень запрещён.

Обе эти ошибки могут накапливаться с течением времени, и несмотря на правильность последующей передачи эта ошибка будет существовать до тех пор, пока она не будет скомпенсирована ошибкой противоположного знака.