Digitální modulace (impulsní modulace)

Digitální modulace (impulsní modulace)

Impulsní metody modulace a demodulace jsou založeny na principu odebírání vzorků z původního spojitého nebo číslicového signálu. Odběr těchto vzorků se pravidelně opakuje po určitých časových intervalech TV. Délka těchto intervalů se musí volit tak, aby odebrané vzorky dostatečně vystihovaly charakter původního signálu. Na základě tohoto požadavku se hustota odebíraných vzorků určuje podle tzv. Shannon-Kotělnikovova teorému, který je možno vyjádřit vztahem

[s]

kde TV je interval mezi dvěma vzorky, tzn. převrácená hodnota vzorkovacího kmitočtu fV, fmax je maximální frekvence signálu. Jinak řečeno, pro signál s maximální frekvencí fmax je nutno odebrat za dobu jeho periody alespoň dva vzorky.

Tímto způsobem lze analogový signál vyjádřit jako posloupnost vzorků, a tedy jej přeměnit na nespojitý (diskrétní) signál. Amplituda každého vzorku má však stále analogový charakter (může nabývat nekonečného množství hodnot). Tyto impulsní modulace se označují jako nekvantované impulsní modulace. Rušivá napětí v přenosovém kanále způsobují však u takto modulovaných signálů zkreslení, která omezují věrnost přenosu podobně jako u analogových typů modulace. Proto se v současné době mnohem častěji k pořenosu spojitých signálů používá číslicových (digitálních) signálů, které nabývají pouze konečný počet hodnot. Počet prvků signálu je volen podle požadavku na přípustné zkreslení (věrnost) přenášeného signálu při předpokládané průměrné hladině rušivých napětí v přenosovém kanálu. Postup, kdy se nekonečné množině prvků signálu přiřazuje konečný počet prvků signálu, se nazývá kvantování a příslušné modulační metody pak kvantové impulsní modulace.

Vzorkováním, kvantováním a kódováním se dosáhne toho, že spojitý signál takzvaně digitalizujeme, což znamená, že původní analogový signál přenášíme pomocí číslicového signálu (převedeme A/D převodníkem), který na přijímací straně zpětně přeměňujeme na spojitý signál (D/A převodník). Vlivem kvantování však dojde k určitému zkreslení původního signálu, které už nelze na přijímací straně odstranit. Vyjádření spojitého signálu číslicovým signálem umožňuje přenášet spojité signály stejně jako číslicové zprávy číslicovým přenosovým kanálem. Proto se číslicové přenosové kanály postupně stávají univerzálními kanály pro přenos libovolného typu signálu.

Nekvantované impulsní modulace

Při amplitudové impulsní modulaci (PAM – pulsně amplitudová modulace) dochází vlastně pouze k procesu odebírání vzorků z původního analogového signálu. Z technického hlediska musí snímání vzorku trvat určitou, i když krátkou dobu. Vzorek potom představuje průběh signálu během této doby. Signálové napětí harmonického průběhu us je spínačem s připojováno s periodou Tv k výstupním zátěži Z, ze které je pak odebírán modulační produkt u.