Импульсная модуляция

Импульсная модуляция — это модуляция, при которой в качестве несущего сигнала используется периодическая последовательность импульсов, а в качестве модулирующего может использоваться аналоговый или дискретный сигнал.

Поскольку периодическая последовательность характеризуется четырьмя информационными параметрами (амплитудой, частотой, фазой и длительностью импульса), то различают четыре основных вида импульсной модуляции:

· амплитудно-импульсная модуляция(АИМ); происходит изменение амплитуды импульсов несущего сигнала;

· частотно-импульсная модуляция(ЧИМ), происходит изменение частоты следования импульсов несущего сигнала;

· фазо-импульсная модуляция(ФИМ), происходит изменение фазы импульсов несущего сигнала;

· широтно-импульсная модуляция(ШИМ), происходит изменение длительности импульсов несущего сигнала.

Временные диаграммы импульсно-модулированных сигналов представлены на рисунке 12.

При АИМ происходит изменение амплитуды несущего сигнала S(t) в соответствии с мгновенными значениями модулирующего сигнала u(t), т. е. огибающая импульсов повторяет форму модулирующего сигнала (рисунок 12, в).

При ШИМ происходит изменение длительности импульсов S(t) в соответствии с мгновенными значениями u(t) (рисунок 12, г).

Рисунок 12 - Временные диаграммы сигналов при импульсной модуляции

При ЧИМ происходит изменение периода, а соответственно и частоты, несущего сигнала S(t) в соответствии с мгновенными значениями u(t) (рисунок 12, д).

При ФИМ происходит смещение импульсов несущего сигнала относительно их тактового (временного) положения в немодулированной несущей (тактовые моменты обозначены на диаграммах точками Т, 2Т, 3Т и т. д.). ФИМ сигнал представлен на рисунке 12, е.

Поскольку при импульсной модуляции переносчиком сообщения является периодическая последовательность импульсов, то спектр импульсно-модулированных сигналов является дискретным и содержит множество спектральных составляющих. Этот спектр представляет собой спектр периодической последовательности импульсов в котором возле каждой гармонической составляющей несущего сигнала находятся составляющие модулирующего сигнала (рисунок 13). Структура боковых полос возле каждой составляющей несущего сигнала зависит от вида модуляции.

Рисунок 13 - Спектр импульсно-модулированного сигнала

Также важной особенностью спектра импульсно-модулированных сигналов является то, что ширина спектра модулированного сигнала, кроме ШИМ, не зависит от модулирующего сигнала. Она полностью определяется длительностью импульса несущего сигнала. Поскольку при ШИМ длительность импульса изменяется и зависит от модулирующего сигнала, то при этом виде модуляции и ширина спектра также зависти от модулирующего сигнала.

Частоту следования импульсов несущего сигнала может быть определена по теореме В. А. Котельникова как f₀ =2Fmax. При этом Fmax это верхняя частота спектра модулирующего сигнала.

Передача импульсно модулированных сигналов по высокочастотным линиям связи невозможна, т. к. спектр этих сигналов содержит низкочастотные составляющий. Поэтому для передачи осуществляют повторную модуляцию. Это модуляция, при которой в качестве модулирующего сигнала используют импульсно-модулированный сигнал, а в качестве несущего гармоническое колебание. При повторной модуляции спектр импульсно-модулированного сигнала переносится в область несущей частоты. Для повторной модуляции может использоваться любой из видов аналоговой модуляции: АМ, ЧС, ФМ. Полученная модуляция обозначается двумя аббревиатурами: первая указывает на вид импульсной модуляции а вторая — на вид аналоговой модуляции, например АИМ-АМ (рисунок 14, а) или ШИМ-ФМ (рисунок 14, б) и т. д.

Рисунок 14 - Временные диаграммы сигналов при импульсной повторной модуляции

47. Структурная схема АТСЭ аналогична структурной схеме АТСКЭ и отличается от нее только принципом построения коммутационного поля и схемами отдельных функциональных блоков ПУУ.

Коммутационное поле АТСЭ может быть построено как с пространственной, так и с временной коммутацией каналов. При пространственной коммутации производится соединение между одноименными каналами или уплотненными соединительными линиями (УСЛ) посредством точек коммутации, занимающих определенное место в коммутационном поле, а при временной коммутации осуществляется соединение между каналами с различными временными признаками за счет изменения их временных позиций. В АТСЭ с пространственной коммутацией каналов используются соединители, у которых в точке коммутации находится электронный элемент (транзистор, оптрон и т.п).

Современные АТСЭ строятся с пространственной и временной коммутацией каналов с импульсно-кодовой модуляцией. В качестве основной цифровой аппаратуры принята 32-канальная аппаратура, на основе которой строятся различные цифровые системы передачи.

Коммутационное поле АТСЭ

Рассмотрим принцип действия коммутационного поля, имеющего два входа и два выхода (рис.4.22). К каждому из входов подключена своя входящая, а к выходу – своя исходящая соединительная линия системы передачи.

Электронные контакты КП, коммутирующие импульсы канала, выполнены в виде схемы И. От импульсного генератора (ИГ) к УУ подаются канальные импульсы P₁, P₂, P₃, сдвинутые во времени. Управляющее устройство может подключать любые из импульсных последовательностей на вход любого ЭК. Входящие и исходящие каналы работают синхронно, т.е. если кодовая комбинация поступила, например, по первому каналу на входе КП, то она может быть принята на выходе КП только по первому каналу. Следовательно, пространственное КП допускает коммутацию только между одноименными каналами. Такое ограничение уменьшает пропускную способность всей системы.

Рис.4.22. Структурная схема коммутационного поля пространственного типа

Для устранения данного недостатка на входе или выходе КП устанавливаются устройства, способные коммутировать кодовые комбинации входящих каналов на любой исходящий канал. Такое устройство называется временным коммутатором (ВК) или коммутатором типа В. Временной коммутатор состоит из отдельных ячеек информационной памяти (ИП) (рис.4.23), каждая из которых придается определенному временному каналу. ЗУ информационной памяти имеет элементы памяти, число которых равно числу разрядов кодовой комбинации канала. Кроме того, информационная память содержит две схемы И. Одна из схем, стоящая на входе ЗУ, необходима для выделения канала. Поэтому, за каждой из указанных схем постоянно закрепляется импульсная последовательность, характеризующая данный канал. Вторая схема И, стоящая на выходе ЗУ, необходима для считывания кодовой комбинации с ЗУ на свободный канал. На вход этой схемы из У подается импульсная последовательность канала, в который необходимо передать информацию с ЗУ.

Рис.4.23. Структурная схема и временные диаграммы работы временного коммутатора

Каждой входящей соединительной линии системы передачи, уплотненной каналами, придается временной коммутатор, содержащий ячеек информационной памяти (в рассмотренном примере ). Первая ячейка ИП₁придается первому каналу, поэтому за первой схемой И1 закрепляется импульсная последовательность Р₁. Аналогично выполняется закрепление схем и последовательностей для других каналов.

Обычно на коммутационном узле имеется большое число уплотненных линий. Для увеличения пропускной способности АТСЭ в коммутационном поле используются и временная (типа В), и пространственная (типа П) коммутации.

Рис.4.24. Структурная схема коммутационного поля, построенного по принципу ВПВ

В схеме коммутационного поля типа ВПВ временные коммутаторы установлены на входах и выходах пространственного КП (рис.4.24). Каждая входящая соединительная линия системы передачи и исходящая соединительная линия системы передачи имеет каналов, поэтому УУ содержит импульсный генератор, выдающий временных последовательностей Р₁, Р₂,..., Р_n, которые могут подаваться как на временные коммутаторы, так и в точки коммутации пространственного коммутатора. В АТСЭ коммутационные поля могут содержать несколько звеньев В и П.

Использование ИКМ для передачи информации по соединительным линиям и временной коммутации каналов в АТСЭ обеспечило возможность образования интегральной цифровой системы передачи (ИЦСС) на базе единых принципов и систем передачи.