Что такое импульсная модуляция. Какие виды импульсной модуляции существуют. Как работает амплитудно-импульсная модуляция. В чем особенности широтно-импульсной модуляции. Где применяется импульсно-кодовая модуляция. Каковы преимущества и недостатки импульсной модуляции.
Что такое импульсная модуляция и ее основные виды
Импульсная модуляция — это способ передачи информации, при котором параметры последовательности импульсов изменяются в соответствии с передаваемым сигналом. В отличие от аналоговой модуляции, где модулируется непрерывный сигнал, при импульсной модуляции модулируются параметры дискретных импульсов.
Основные виды импульсной модуляции:
- Амплитудно-импульсная модуляция (АИМ)
- Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)
- Частотно-импульсная модуляция (ЧИМ)
- Фазово-импульсная модуляция (ФИМ)
- Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ)
Каждый из этих видов модуляции имеет свои особенности и области применения в современных системах связи и обработки сигналов.
Амплитудно-импульсная модуляция: принцип работы и характеристики
Амплитудно-импульсная модуляция (АИМ) — это вид импульсной модуляции, при котором амплитуда импульсов изменяется пропорционально амплитуде модулирующего сигнала. Как работает АИМ?
- Модулирующий аналоговый сигнал дискретизируется с определенной частотой.
- В моменты дискретизации формируются импульсы, амплитуда которых пропорциональна мгновенному значению сигнала.
- Получается последовательность импульсов переменной амплитуды.
Основные характеристики АИМ:
- Частота дискретизации выбирается в соответствии с теоремой Котельникова.
- Динамический диапазон ограничен максимальной амплитудой импульсов.
- Помехоустойчивость ниже, чем у цифровых видов модуляции.
АИМ применяется в системах передачи аналоговых сигналов, устройствах выборки-хранения, системах импульсно-кодовой модуляции.
Широтно-импульсная модуляция: особенности и применение
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — это вид импульсной модуляции, при котором ширина (длительность) импульсов изменяется пропорционально амплитуде модулирующего сигнала. В чем особенности ШИМ?
- Амплитуда импульсов остается постоянной.
- Изменяется соотношение длительности импульса и паузы (скважность).
- Средняя за период мощность сигнала пропорциональна модулирующему сигналу.
Где применяется ШИМ?
- В системах управления электродвигателями.
- В источниках питания и преобразователях напряжения.
- В усилителях класса D.
- В системах регулирования яркости светодиодов.
ШИМ обеспечивает высокий КПД преобразования энергии и хорошую линейность, что делает ее популярной в силовой электронике и аудиотехнике.
Частотно-импульсная модуляция: принцип действия и преимущества
Частотно-импульсная модуляция (ЧИМ) — это вид импульсной модуляции, при котором частота следования импульсов изменяется пропорционально амплитуде модулирующего сигнала. Как работает ЧИМ?
- Формируются импульсы постоянной амплитуды и длительности.
- Интервал между импульсами изменяется в соответствии с модулирующим сигналом.
- При увеличении амплитуды сигнала частота импульсов растет, при уменьшении — падает.
Преимущества ЧИМ:
- Высокая помехоустойчивость.
- Простота реализации.
- Возможность передачи по одному каналу нескольких сигналов.
ЧИМ применяется в телеметрических системах, устройствах передачи аналоговых сигналов по цифровым каналам, преобразователях напряжение-частота.
Фазово-импульсная модуляция: особенности и области применения
Фазово-импульсная модуляция (ФИМ) — это вид импульсной модуляции, при котором положение импульсов во времени (фаза) изменяется пропорционально амплитуде модулирующего сигнала. Какие особенности имеет ФИМ?
- Амплитуда и длительность импульсов постоянны.
- Изменяется временное положение импульсов относительно тактовых моментов.
- Требуется передача опорного синхросигнала.
Где применяется ФИМ?
- В системах синхронизации.
- В устройствах передачи информации с повышенной скрытностью.
- В радиолокационных системах.
- В оптических линиях связи.
ФИМ обладает высокой помехоустойчивостью и позволяет эффективно использовать частотный спектр канала связи.
Импульсно-кодовая модуляция: принцип работы и применение в цифровых системах
Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) — это метод преобразования аналогового сигнала в цифровой код. Как работает ИКМ?
- Аналоговый сигнал дискретизируется по времени.
- Полученные отсчеты квантуются по уровню.
- Квантованные значения кодируются двоичным кодом.
Основные характеристики ИКМ:
- Частота дискретизации выбирается в соответствии с теоремой Котельникова.
- Разрядность кодирования определяет динамический диапазон.
- Возможно сжатие данных за счет неравномерного квантования.
Где применяется ИКМ?
- В цифровой телефонии (стандарт G.711).
- В системах цифрового телевидения.
- При записи звука на CD и DVD.
- В цифровых измерительных приборах.
ИКМ является основой современных цифровых систем передачи и обработки сигналов.
Преимущества и недостатки импульсной модуляции
Импульсная модуляция имеет ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми видами модуляции:
- Высокая помехоустойчивость.
- Возможность регенерации сигнала.
- Эффективное использование частотного спектра.
- Простота мультиплексирования сигналов.
Однако у импульсной модуляции есть и недостатки:
- Сложность аппаратной реализации.
- Необходимость синхронизации передатчика и приемника.
- Ограниченный динамический диапазон для аналоговых видов.
Несмотря на недостатки, импульсная модуляция широко применяется в современных системах связи благодаря своим преимуществам и возможности цифровой обработки сигналов.
Применение импульсной модуляции в современных системах связи
Импульсная модуляция находит широкое применение в различных областях современной техники:
- Цифровая телефония использует импульсно-кодовую модуляцию для передачи голоса.
- Системы цифрового телевидения применяют ИКМ для кодирования видео и аудио.
- Мобильная связь использует различные виды цифровой модуляции на основе импульсных методов.
- Спутниковые системы связи применяют фазовую и частотную импульсную модуляцию.
- Волоконно-оптические линии связи используют импульсно-кодовую модуляцию.
Импульсная модуляция позволяет эффективно передавать информацию в цифровой форме, обеспечивая высокое качество связи и возможность применения методов помехоустойчивого кодирования.
ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ | это… Что такое ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ?
ТолкованиеПеревод
- ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
- ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
-
модуляция колебаний, при к-рой модулирующий сигнал представляет собой последовательность импульсов. В результате И. м. образуется последовательность кратковременных посылок, «цугов», модулируемых колебаний. Характеристики этой последовательности (порядок следования, длительность и форма отд. посылок и др.) определяются порядком следования, формой и др. св-вами модулирующих импульсов. И. м. применяется, напр., в радиолокации, оптич. локации, гидролокации, при зондировании ионосферы, где расстояние до объекта определяется по времени прихода отражённых или рассеянных объектом импульсных посылок колебаний. И. м. используется также в системах импульсной радио- и оптической связи.
При этом передаваемый сигнал может изменить разл. параметры исходной последовательности модулирующих сигналов.Чаще всего в И. м. применяются импульсы прямоуг. или колоколообразной формы (см. ИМПУЛЬСНЫЙ СИГНАЛ). Длительность импульсов в зависимости от типа модулируемых колебаний (световые, радио, акустические) и от хар-ра решаемых задач может меняться в широких пределах (от неск. единиц 10-12 с до 10-1 с). Скважность при регулярной И. м. (отношение периода повторения к длительности импульсов) может изменяться от 102— 103 (у радиолокац. станций) до неск. ед. (в многоканальной радиосвязи).
Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.
- ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
-
— изменение параметров импульсных сигналов во времени или в пространстве. Обычно И. м. представляет собой разновидность модулированных колебаний, где в качестве «переносчика» информации используется последовательность импульсов. Вид И. м. определяется законом изменения параметров (амплитуды, длительности, фазы, частоты следования) импульсных сигналов. В соответствии с этим (рис. 1) различают 4 осн. вида И. м.: амплитудно-импульсную, широтно-импульсную, фазово-импульсную и частотно-импульсную модуляции.
Рис. 1. Различные виды импульсной модуляции: а — немодулированная последовательность импульсов; б — модулирующий (информационный) сигнал; в — амплитудно-импульсная модуляция; г— широтно-импульсная модуляция; д — частотно-импульсная модуляция; г — фазово-импульсная модуляция.В системах оптич. и ВЧ-радиолокации и связи И. м. применяют для модуляции гармонич. сигналов (см. Амплитудная модуляция). В этом случае возможна реализация сложных видов И. м., когда наряду с изменением параметров огибающей (последовательности импульсов) используется модуляция ВЧ-заполнения импульсов. Примером такой И. м. может служить линейно-частотная модуляция (рис. 2), реализующая изменение частоты заполнения по линейному закону.
Рис. 2. Линейно-частотная модуляция: а-форма сигнала; б -закон изменения частоты заполнения (w0 — несущая частота; w д— девиация частоты).В радиолокации И. м. позволяет не только сформировать мощные кратковрем. излучения для обнаружения и определения параметров движения целей, но и получить конкретные оценки их размеров, конфигурации, скорости вращения вокруг центра тяжести. И. м. используют также для идентификации физических параметров (темп-ры, плотности, степени ионизации и т. д.) разл. объектов и сред.
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.
.
Игры ⚽ Нужно сделать НИР?
- ИМПУЛЬС ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
- ИМПУЛЬСНЫЙ РАЗРЯД
Полезное
Аналоговая импульсная модуляция — CoderLessons.com
После непрерывной волновой модуляции следующим делением является импульсная модуляция. Импульсная модуляция дополнительно делится на аналоговую и цифровую модуляцию. Методы аналоговой модуляции в основном подразделяются на амплитудно-импульсную модуляцию, длительность импульса / широтно-импульсную модуляцию и импульсную модуляцию положения.
Импульсная амплитудная модуляция
Импульсная амплитудная модуляция (PAM) является аналоговой модулирующей схемой, в которой амплитуда несущей импульса изменяется пропорционально мгновенной амплитуде сигнала сообщения.
Сигнал, модулированный по амплитуде импульса, будет следовать амплитуде исходного сигнала, поскольку сигнал отслеживает путь всей волны. В естественном PAM сигнал, выбранный с частотой Найквиста, восстанавливается путем пропускания его через эффективную низкочастотную частоту (LPF) с точной частотой среза.
На следующих рисунках показана амплитудно-импульсная модуляция.
Хотя сигнал PAM пропускается через ФНЧ, он не может восстановить сигнал без искажений. Следовательно, чтобы избежать этого шума, выполняется выборка с плоским верхом, как показано на следующем рисунке.
Выборка с плоским верхом – это процесс, в котором дискретизированный сигнал может быть представлен в импульсах, для которых амплитуда сигнала не может быть изменена относительно аналогового сигнала, подлежащего дискретизации. Вершины амплитуды остаются плоскими. Этот процесс упрощает конструкцию схемы.
Широтно-импульсная модуляция
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) или Импульсная модуляция длительности (PDM) или Импульсная модуляция времени (PTM) – это аналоговая схема модуляции, в которой длительность, ширина или время несущей импульса изменяется пропорционально мгновенной амплитуде сигнала сообщения.
Ширина импульса варьируется в этом методе, но амплитуда сигнала остается постоянной. Ограничители амплитуды используются, чтобы сделать амплитуду сигнала постоянной. Эти схемы обрезают амплитуду до желаемого уровня, и, следовательно, шум ограничен.
Следующие рисунки объясняют типы широтно-импульсных модуляций.
Есть три варианта ШИМ. Они –
Постоянный передний фронт импульса, задний фронт изменяется в зависимости от сигнала сообщения.
Задний фронт импульса постоянен, передний фронт изменяется в зависимости от сигнала сообщения.
Центр импульса является постоянным, передний фронт и задний фронт меняются в зависимости от сигнала сообщения.
Постоянный передний фронт импульса, задний фронт изменяется в зависимости от сигнала сообщения.
Задний фронт импульса постоянен, передний фронт изменяется в зависимости от сигнала сообщения.
Центр импульса является постоянным, передний фронт и задний фронт меняются в зависимости от сигнала сообщения.
Эти три типа показаны на приведенном выше рисунке с временными интервалами.
Импульсная модуляция положения
Импульс установка модуляция (PPM) представляет собой схему аналоговых модулирующей , в которой амплитуда и ширина импульсов поддерживаются постоянная, в то время как положение каждого импульса, со ссылкой на позицию опорного импульса изменяется в зависимости от мгновенного отобранного значения сообщения сигнал.
Передатчик должен посылать синхронизирующие импульсы (или просто синхронизирующие импульсы), чтобы синхронизировать передатчик и приемник. Эти синхронизирующие импульсы помогают поддерживать положение импульсов. На следующих рисунках показана модуляция положения импульса.
Позиционная модуляция импульса выполняется в соответствии с широтно-импульсным сигналом. Каждый трейлинг сигнала с широтно-импульсной модуляцией становится отправной точкой для импульсов в сигнале PPM. Следовательно, положение этих импульсов пропорционально ширине импульсов ШИМ.
преимущество
Поскольку амплитуда и ширина являются постоянными, мощность, которую обрабатывают, также является постоянной.
Недостаток
Синхронизация между передатчиком и приемником является обязательной.
Сравнение PAM, PWM и PPM
Сравнение вышеуказанных процессов модуляции представлено в единой таблице.
Обзор методов цифровой импульсной модуляции
Ключевые выводы
Все беспроводные, оптоволоконные и сетевые цифровые системы используют модуляцию для кодирования информации в сигнал несущей.
Когда несущий сигнал проходит через некоторую физическую среду, он переносит информацию между конечными точками.
Методы цифровой импульсной модуляции представляют собой подмножество методов модуляции для отправки цифровой информации по аналоговому каналу.
Методы цифровой импульсной модуляции помогают передавать данные из облака на ваш смартфон.
Возможно, вы никогда не будете напрямую взаимодействовать с методами цифровой импульсной модуляции, но они широко распространены в современной жизни. Методы модуляции отвечают за передачу информации на большие расстояния во всех областях, от базовых радиоприложений до высокоскоростных сетей по медным, оптоволоконным и воздушным сетям. Кроме того, без методов цифровой модуляции мы все застряли бы, используя AM и FM-радио для беспроводной связи.
Методы цифровой импульсной модуляции необходимо дополнительно подразделить на различные типы, чтобы лучше понять, где каждый из них применяется в телекоммуникационной и сетевой среде. Как оказалось, цифровая модуляция не такая уж и цифровая, когда мы начинаем рассматривать схемы многоуровневой модуляции для каналов с высокой скоростью передачи данных. Если вам всегда было интересно, как работают схемы модуляции, продолжайте читать, чтобы узнать больше.
Что такое методы цифровой импульсной модуляции?
В предстоящем обсуждении мы должны быть осторожны, чтобы различать методы цифровой импульсной модуляции и методы чисто цифровой модуляции. Это не всегда одно и то же. В целом эти две области следует тщательно разграничить следующим образом:
Цифровая модуляция : Эти схемы используют цифровые данные для изменения некоторого качества (амплитуды, фазы или частоты) аналогового несущего сигнала.
Цифровая импульсная модуляция : Эти методы не используют для модуляции цифровые сигналы с постоянным уровнем. Вместо этого импульсная модуляция включает использование квантованных импульсов для модуляции несущего сигнала или использование последовательности импульсов в качестве несущего сигнала для цифровых данных (например, сигнализация PAM4 для высокоскоростной сети).
Основное различие между этими двумя наборами методов цифровой модуляции заключается в использовании действительно цифрового сигнала по сравнению с использованием импульсов при модуляции и передаче. Цифровые импульсы не имеют постоянного уровня сигнала, в отличие от настоящих цифровых сигналов. В результате методы цифровой модуляции вынуждают величины несущего сигнала принимать определенные уровни сигнала. В таблице ниже показано краткое сравнение различных методов, используемых в каждом классе методов модуляции.
Цифровая модуляция | Импульсная модуляция | |
Модулирующий сигнал | Цифровые данные (любое количество битов) | Импульсы обеспечивают модуляцию |
Модулированный сигнал | Непрерывно изменяющийся аналоговый сигнал | Непрерывный аналоговый сигнал |
Методы | PSK, FSK, ASK, OOK, QAM, CPM, OFDM, решетчатая модуляция | ПКМ, дельта, дельта-сигма, ДПМ |
Приложения | Беспроводная связь, оптоволокно, высокоскоростная сеть, датчики | Телефон, аудиосистема, силовая электроника |
Цифровая и аналоговая модуляция
Существует важное различие между цифровыми методами и аналоговой модуляцией. При полностью аналоговой модуляции как несущий сигнал, так и сигнал, несущий информацию, являются непрерывными аналоговыми сигналами. Другими словами, аналоговый модулятор/демодулятор представляет собой полностью аналоговую схему. Напротив, цифровая импульсная модуляция и цифровые сигналы с постоянным уровнем дают два разных способа квантования аналоговых сигналов во временной области.
Амплитудно-импульсная модуляция
Амплитудно-импульсная модуляция (ПАМ) обычно описывается как чисто аналоговая схема модуляции, но это не совсем так. В некотором смысле PAM представляет собой сплав цифровых, аналоговых и импульсных схем модуляции. В PAM к аналоговому сигналу применяется цифровая модуляция с использованием амплитудной манипуляции (ASK). Этот амплитудно-модулированный аналоговый сигнал затем используется для модуляции последовательности импульсов, и последовательность импульсов отправляется по каналу. На стороне приемника сигнал и данные восстанавливаются путем дискретизации сигнала с частотой импульсов. Восстановленный амплитудно-модулированный аналоговый сигнал затем демодулируется для восстановления цифровых данных.
Как работает цифровая модуляция и цифровая импульсная модуляция?
Примеры цифровой модуляции
Некоторые примеры цифровой модуляции показаны на рисунке ниже. На этом изображении показаны примеры методов сдвиговой манипуляции, в частности фазовой манипуляции (PSK), амплитудной манипуляции (ASK), частотной манипуляции (FSK) и комбинации фазовой и амплитудной манипуляции. Подобными примерами являются двухпозиционная манипуляция (OOK, когда аналоговая несущая включается и выключается) и невозврат к нулю (NRZ, просто OOK со смещением постоянного тока).
Некоторые распространенные методы цифровой модуляции.
Методы Shift просты в использовании и повсеместно используются в низкочастотных приложениях, связанных с передачей сигналов. В более продвинутых методах для беспроводных приложений с высокой скоростью передачи данных и низкоскоростного оптоволокна используется квадратурная амплитудная модуляция (QAM) с многоуровневой сигнализацией, где два сигнала в квадратуре (т. Е. С фазовым углом 90 градусов) используются для кодирования нескольких битов. данных. При использовании в радио скорость передачи данных ограничена до 150 Мбит/с. Однако более новые технологии оптической 64-уровневой QAM с двойной поляризацией (DP-QAM-64) обещают скорость передачи данных до 600 Гбит/с по одному волокну.
Примеры цифровой импульсной модуляции
Схемы цифровой импульсной модуляции фактически аналогичны аналого-цифровому преобразованию (АЦП). Фактически, те же самые цифровые методы, которые используются для модуляции аналогового сигнала, используются при дискретизации АЦП. Наиболее заметной среди них является импульсно-кодовая модуляция (ИКМ), где аналоговый сигнал представлен набором квантованных цифровых импульсов во временной области. Аналоговый сигнал дискретизируется в модуляторе, и уровень сигнала на каждом интервале дискретизации определяет интервал импульса, как показано ниже.
PCM кодирует уровни аналоговых сигналов в виде импульсов, аналогично PAM.
Затем эти импульсы распространяются по каналу и могут быть восстановлены в приемнике с помощью схемы удержания 0-го порядка. Разница между PCM и PAM заключается в том, что уровни импульсов в PCM квантуются, тогда как в PAM импульсы могут иметь любое значение (т. е. в PAM нет выборки). Это квантование в PCM и подобных методах дискретизации делает эти методы цифровыми методами импульсной модуляции.
Более продвинутые схемы модуляции используют несколько несущих (аналогично OFDM и QAM) и схемы смешанных сигналов (например, PAM) для передачи более высоких скоростей передачи данных в более узких полосах частот и временных окнах. Ярким примером является 5G, где OFDM, QPSK и другие методы с несколькими несущими используются как часть агрегации несущих для обеспечения сверхвысоких скоростей передачи данных для мобильных телефонов. Еще предстоит увидеть, как будут развиваться стандарты Ethernet, оптоволокна и IEEE 802.3 по мере того, как все больше абонентов будут предъявлять более высокие требования к центрам обработки данных.
Это, вероятно, будет включать методы PAM с более высоким разрешением или какой-либо новый метод для дальней связи с высокой скоростью передачи данных. Вопрос о том, будут ли схемы модуляции в будущих протоколах с более высокой скоростью передачи данных включать цифровую импульсную модуляцию, остается открытым, но он остается активной областью исследований.
Если вы хотите быть в курсе наших материалов по системному анализу, подпишитесь на нашу рассылку, в которой собраны ресурсы о текущих тенденциях и инновациях. Если вы хотите узнать больше о том, как у Cadence есть решение для вас, поговорите с нами и нашей командой экспертов.
Решение задач электромагнитного, электронного, теплового и электромеханического моделирования, чтобы ваша система работала в широком диапазоне условий эксплуатации.
Посетите вебсайт Больше контента от Cadence System Analysis
Доступ к электронной книге404: Страница не найдена
Страница, которую вы пытались открыть по этому адресу, похоже, не существует. Обычно это результат плохой или устаревшей ссылки. Мы извиняемся за любые неудобства.
Что я могу сделать сейчас?
Если вы впервые посещаете TechTarget, добро пожаловать! Извините за обстоятельства, при которых мы встречаемся. Вот куда вы можете пойти отсюда:
Поиск- Пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы сообщить, что эта страница отсутствует, или используйте поле выше, чтобы продолжить поиск
- Наша страница «О нас» содержит дополнительную информацию о сайте, на котором вы находитесь, WhatIs.com.
- Посетите нашу домашнюю страницу и просмотрите наши технические темы
Просмотр по категории
Сеть
- коллизия в сети
В полудуплексной сети Ethernet коллизия возникает в результате попытки двух устройств в одной сети Ethernet передать…
- краеугольный камень домкрат
Гнездо трапецеидального искажения — это гнездовой разъем, используемый для передачи аудио, видео и данных. Он служит гнездом для соответствующего штекера…
- инкапсуляция (объектно-ориентированное программирование)
В объектно-ориентированном программировании (ООП) инкапсуляция — это практика объединения связанных данных в структурированный блок вместе с …
Безопасность
- Вредоносное ПО TrickBot
TrickBot — это сложное модульное вредоносное ПО, которое начиналось как банковский троян, а затем эволюционировало, чтобы поддерживать множество различных типов …
- Общая система оценки уязвимостей (CVSS)
Общая система оценки уязвимостей (CVSS) — это общедоступная платформа для оценки серьезности уязвимостей безопасности в …
- WPA3
WPA3, также известный как Wi-Fi Protected Access 3, представляет собой третью версию стандарта сертификации безопасности, разработанного Wi-Fi …
ИТ-директор
- качественные данные
Качественные данные — это информация, которую невозможно подсчитать, измерить или выразить с помощью чисел.
- Agile-манифест
Манифест Agile — это документ, определяющий четыре ключевые ценности и 12 принципов, в которые его авторы верят разработчикам ПО…
- Общее управление качеством (TQM)
Всеобщее управление качеством (TQM) — это структура управления, основанная на вере в то, что организация может добиться долгосрочного успеха, …
HRSoftware
- опыт кандидата
Опыт кандидата отражает отношение человека к прохождению процесса подачи заявления о приеме на работу в компанию.
- непрерывное управление производительностью
Непрерывное управление эффективностью в контексте управления человеческими ресурсами (HR) — это надзор за работой сотрудника …
- вовлечения сотрудников
Вовлеченность сотрудников — это эмоциональная и профессиональная связь, которую сотрудник испытывает к своей организации, коллегам и работе.