Дискретная модуляция

Для формирования сигнала необходим некоторый переносчик, способный существовать и распространяться в линии связи: постоянный или переменный ток (аналоговые системы передачи), электромагнитное поле (радиосистемы), периодическая последовательность высокочастотных импульсов (коаксиальные и волоконно-оптические кабели) и др.

Любой переносчик имеет изменяемые параметры. Для постоянного тока это - значение и направление, для последовательности импульсов – амплитуда импульса, его ширина (продолжительность), местоположение в периоде (фаза), частота следования импульсов и др.

Информация, содержащаяся в сигнале, представляет собой изменение во времени его инфомационного параметра.

Модуляция (от лат. modulation – изменение) - процесс изменения параметра переносчика в соответствии с предъявляемым сообщением.

В дискретной модуляции изменение параметра переносчика происходит не по предъявляемому элементу сообщения, а по его отображению - кодовой комбинации.

Каждый элемент кодовой комбинации принимает конечное число значений. Изменяемый (модулируемый) параметр переносчика тоже должен принимать конечное число значений. Параметр переносчика меняется в определенные мгновения времени. Количество значений модулируемого параметра всегда равно основанию кода и при двоичном кодировании (1,0) равно двум.

Дискретная модуляция – изменение в определенные мгновения времени одного или нескольких параметров переносчика, в соответствии со значениями кодовой комбинации.

В теории передачи дискретной информации (ПДИ) различают следующие понятия, связанные с дискретной модуляцией: значащая позиция (ЗнП); значащий момент (ЗнМ); единичный интервал (ЕИ); значащий интервал (ЗИ).

Рис. 8 Сигнал однополюсной модуляции, ОПМ (значение тока).

Исходная кодовая комбинация 010110

Рис. 9 Сигнал двухполюсной модуляции, ДПМ (направление тока).

На рис.8, рис.9:

ЗнП (значащая позиция) – значение параметра сигнала, соответствующее одному из значений элемента кодовой комбинации. Различают понятия: значащая позиция модуляции на передаче (ЗнПМ) и значащая позиция восстановления на приеме (ЗнПВ);

ЗнМ (значащий момент) – мгновение времени, в которое происходит изменение значащей позиции. Различают ЗнММ на передаче и ЗнМВ на приеме;

ЕИ (единичный интервал) – отрезок времени, на котором параметр сигнала, соответствующий одной цифре кодового числа, остается неизменным. Это мерный отрезок времени, принятый за эталон;

ЗИ (значащий интервал) – отрезок времени, взятый между смежными значащими моментами. В идеальном случае значащий интервал включает в себя целое число единичных интервалов;

элементарный импульс – импульс напряжения или тока, длительностью единичный интервал.

Различают параметрические и относительные виды модуляции.

При параметрической модуляции значащие позиции любого импульса оценивают значениями параметра переносчика (амплитуда, частота, фаза и др.).

При относительной модуляции значащая позиция i-го импульса оценивается по отношению к значащей позиции предыдущего (i-1)-го импульса.

Сигналы ОПМ (однополюсной модуляции) и ДПМ (двухполюсной модуляции) применяют для передачи дискретной информации по физическим цепям (воздушные, кабельные линии, витая пара) на небольшие расстояния

Если в качестве переносчика использовать переменный ток, то модулируемыми параметрами могут быть амплитуда, частота или фаза.

В соответствии с этим можно получить три вида модуляции: амплитудную (АМ), частотную (ЧМ) и фазовую (ФМ).

Вид сигналов для указанных случаев при передаче кодовой комбинации 010110 приведен на рис. 10.

Рис. 10 Виды сигналов при амплитудной, частотной и фазовой

модуляции

Дискретные сигналы, использующие в качестве переносчика переменный ток, применяются для передачи информации по физическим цепям и каналам тональной частоты.

При использовании переменного тока в качестве переносчика в параметрических видах модуляции за эталон берется определенное значение информационного параметра, а значащие позиции определяются сравнением истинного значения параметра с эталонным. При амплитудной модуляции (АМ) - это порог срабатывания входного устройства приемника, при частотной модуляции (ЧМ) - средняя частота канала, при фазовой модуляции (ФМ) - опорная (эталонная) фаза в пределах элементарного импульса.

В реальных условиях прохождения сигналов по каналам связи их параметры изменяются сравнительно медленно относительно длительности элементарных импульсов. Это условие позволяет применять для формирования и оценки информационного параметра очередного импульса значение параметра предыдущего импульса, то есть осуществлять относительную модуляцию (ОМ).

При ОМ если передается логическая единица (1), то значащая позиция очередного i-го импульса совпадает со значащей позицией (i-1)-го импульса, а если передается логический ноль (0) – противоположна ей. Перед началом передачи необходимо в линию послать вспомогательный импульс с известным значением информационного параметра.

При ОМ, если передается «1», то значащая позиция очередного i-го импульса совпадает со значащей позицией (i-1)-го импульса, если передается «0», то значащая позиция очередного i-го импульса противоположна значащей позиции (i-1)-го импульса.

Рис. 11 Сигнал при относительной фазовой модуляции (ОФМ)

Рис. 12 Векторное представление формирования сигналов ФМ

При фазовой модуляции вектор колебания с опорной фазой Уоп остается неизменным все время. В пределах каждого элементарного импульса для значащей позиции «1» имеет направление, совпадающее с вектором опорного колебания. Для значащей позиции «0» имеет направление, противоположное вектору опорного колебания.

Рис. 13 Векторное представление формирования сигналов ОФМ

При ОФМ перед началом передачи посылается элементарный импульс с известной фазой φ_ВСП = 0⁰. Фаза первого импульса изменится по отношению к фазе вспомогательной посылки на 180⁰ (φ₁ = 180⁰), так как первый импульс равен «0». Фаза второго импульса определяется относительно фазы первого и так как второй импульс равен «1», то его фаза остается неизменной, т.е. φ₂ = 180⁰.