Kvantované a Nekvantované Impulzné modulácie
Impulzné modulácie
Impulzné metódy modulácie a demodulácie sú založené na princípe odoberania vzoriek z pôvodného spojitého, alebo číslicového signálu. Odber týchto vzoriek sa pravidelne opakuje po určitých časových intervaloch TV. Dĺžka týchto intervalov sa musí voliť tak, aby odoberané vzorky dostatočne vystihovali charakter pôvodného signálu. Na základe tejto požiadavky sa hustota odoberaných vzoriek určuje podľa tzv. Shannon-Kotelnikovovej teórie, ktorý vyjadríme vzťahom:
kde TV je interval medzi dvomi vzorkami, tzn. prevrátená hodnota vzorkovacieho kmitočtu fV, fMAX je maximálna frekvencia signálu.
Inak povedané: pre signál s maximálnou frekvenciou fMAX je nutné odobrať za dobu jeho periody aspoň 2 vzorky.
Týmto spôsobom možno analógový signál vyjadriť ako postupnosť vzoriek a teda ho premeniť na nespojitý (diskrétny signál).
Amplitúda každého vzorku má však stále analógový charakter (môže nadobúdať nekonečne veľa hodnôt). Tieto impulzné modulácie sa označujú ako nekvantované impulzné modulácie. Rušivé napätie v prenosovom kanále spôsobuje však u takto modulovaných signálov skreslenie, ktoré obmedzuje vernosť prenosu podobne ako u analógových typov modulácie. Preto sa v súčasnej dobe oveľa častejšie k prenosu spojitých signálov používajú číslicové (digitálne) signály, ktoré nadobúdajú iba konečný počet hodnôt. Počet prvkov signálu je volený podľa požiadaviek na prípustné skreslenie prenášaného signálu pri predpokladanej priemernej hladine rušivých napätí v prenosovom kanále. Postup, kedy sa nekonečnej množine prvkov signálu priraďuje konečný počet prvkov signálu, sa nazýva kvantovanie a príslušné modulačné metódy potom kvantované impulzné modulácie. Vzorkovaním, kvantovaním a kódovaním sa dosiahne to, že spojitý signál tzv. digitalizujeme, čo znamená, že pôvodný analógový prenášame pomocou číslicového signálu, ktorý na prijímacej strane spätne premenujeme na spojitý signál.
NEKVANTOVANÉ IMPULZNÉ MODULÁCIE
Amplitúdové impulzné modulácie – PAM
Pri nej dochádza vlastne k procesu odoberania vzoriek z pôvodného analogového signálu. Z technického hľadiska musí snímanie vzoriek trvať určitú, i keď krátku dobu. Vzorka potom predstavuje priebeh signálu behom tejto doby. Princíp demodulácie signálu PAM je založený na priechode tohto signálu dolnou priepusťou, ktorá má šírku pásma zhodnú so šírkou pásma pôvodného signálu.
Šírkové impulzné modulácie – ŠIM
Pri ŠIM ostáva amplitúda modulovaných impulzov konštantná ale mení sa ich šírka. Aj pri tejto metóde dochádza pri prenose k zmene šírky impulzu a tým aj k zmene informácie.
Polohové impulzné modulácie – PPM
Pri nich sa využíva zadná hrana šírkovo modulovaných impulzov čo je vlastne informácia. Vyrába sa tu nízky impulz odvodený od zadnej hrany zadnej hrany ŠIM. Informáciou sú impulzy konštantnej amplitúdy, šírky ale rôznej polohy. Impulz začiatku sa nevysiela.
KVANTOVANÉ IMPULZNÉ MODUÁCIE
Modulácia delta
Pri nej sa neprenášajú informácie o okamžitej hodnote prenášaného signálu, ale informácie o zmenách tejto hodnoty voči hodnote v predchádzajúcom vzorkovacom okamžiku. Informácia o tejto zmene sa však vyjadruje digitálne.
Priebeh signálu uS je porovnávaný so stupňovou (sledovacou) funkciou Usled., ktorá je vytváraná vhodnou aproximáciu pôvodnej signálovej funkcie. Porovnávanie hodnôt oboch funkcií prebieha v okamžikoch odoberania vzorku. Keď je amplitúda signálu uS v danom okamihu väčšia ako amplitúda sledovacia, funkcia sf stúpne o konštantné malé napätie ∆U a na výstupe modulátora sa vytvorí 1. Keď je amplitúda uS menšia ako U sledovacie, napätie poklesne a na výstupe modulátora sa vytvorí 0.
Impulzná kódová modulácia – PCM
Pri nej sú dôležité 3 základné operácie a to vzorkovanie, kvantovanie, kódovanie.
Signálový priebeh uS je vzorkovaný podobne ako u impulznej amplitúdovej modulácie. Okamžité hodnoty jednotlivých vzoriek sú potom priradené k určitej kvantovej úrovni n. Každej úrovni je potom priradená určitá kódová kombinácia, ktorá predstavuje výstupný produkt tejto modulácie určenej pre prenos kanálom. V dôsledku nedokonalosti prenosových kanálov a prítomnosťou rušivých napätí, dochádza však ku skresleniu tohto digitálneho signálu. Preto je nutné tento signál na prijímacej strane najprv obnoviť, a až následne dekódovať.
Okamžité hodnoty jednotlivých vzoriek sa potom demodulujú podobne ako u PAM modulácie.
Vzorkovanie – PAM (8kHz) – 64kbit/s
Kvantovanie – 8bitové (256 úrovní)
Kódovanie – jednotlivým úrovniam sa pridelí binárny kód Táto metóda umožnila v medzerách jednotlivých vzoriek vysielať ďalšie kanály s určitým časovým posunutím. Na to sa používa 32 kanálový multiplex. Opačný proces dekódovania, kde sa z binárneho kódu vytvoria vzorky PAM.