Амплітудноімпульсна модуляція (АІМ), спектр АІМ сигналів

Вибір частоти дискретизації широкосмугових групових сигналів має свої особливості. Відповідно до рис. 4 після дискретизації канальні сигнали, що представляють собою послідовності АІМ-відліків, зсунутих за часом один від одного, поєднуються, у результаті чого утвориться груповий АІМ-сигнал (АІМ_гр). На рис. 7 над кожним відліком зазначений номер каналу, до якого він відноситься. Груповий АІМ-сигнал передається між виходом формувача АІМ-сигналу (АІМ модулятора) і входом пристрою, що кодує, в кінцевому обладнанні передавального тракту та виходом декодувального пристрою і входом пристрою розподілу канальних сигналів (часового селектора) в кінцевому обладнанні тракту прийому. Проходження групового АІМ-сигналу по ланцюгах з обмеженою смугою пропускання або нерівномірною АЧХ супроводжується спотворенням форми імпульсів, що виражається в затягуванні фронтів і зрізів імпульсів і виникненні викидів. Це може призвести до перекриття часових інтервалів між каналами та викликати перехідні завади.

Рис. 7. Груповий АІМ сигнал

Спотворення, що виникають через обмеження смуги частот зверху, називаються спотвореннями першого роду. Обмеження смуги частот зверху пов'язане з наявністю реактивних елементів в ланцюгах, по яких проходить груповий АІМ-сигнал, з обмеженою швидкодією транзисторів, використовуваних у вузлах формування АІМ-сигналу, і з іншими факторами. Характер виникаючих спотворень при передачі прямокутних імпульсів наведений на рис. 8. а). При цьому, як правило, досить враховувати вплив тільки попереднього каналу, тому що вплив більше віддалених за часом каналів виявляється малопомітним.

Рис. 8. Спотворення АІМ сигналу

Рис. 9. Схема АІМ модулятора

Спотворення, що виникають через обмеження смуги частот знизу, називаються спотвореннями другого роду. Це обмеження відбувається через наявність у ланцюгах групового сигналу реактивних елементів (трансформаторів, ємностей і т. ін.). Характер виникаючих спотворень при передачі прямокутних імпульсів наведений на рис. 8. б). На відміну від спотворень першого роду викиди зворотної полярності загасають повільно. Тому, впливу піддаються навіть канали, що істотно віддалені за часом від каналу, який впливає. Це робить спотворення другого роду більше небезпечними у порівнянні зі спотвореннями першого роду. У реальних трактах виникають спотворення обох типів.

Таким чином, лінійні спотворення в СП з ЧасРК призводять до виникнення перехідних завад між каналами. В той же час, при проходженні групового АІМ-сигналу по тракту, що володіє нелінійністю (наприклад, через амплітудні обмежувачі, імпульсні підсилювачі, електронні ключі і т. ін.), змінюються амплітуди відліків кожного з каналів, однак, відсутні перехідні завади між каналами, оскільки тривалість імпульсів не змінюється. Таким чином, на відміну від СП з ЧРК у СП з ЧасРК якість передачі більшою мірою визначається величиною та характером лінійних спотворень.

Аналогові сигнали дискретизуються в тракті передачі за допомогою АІМ-модуляторів, а канальні імпульси виділяються з групового АІМ-сигналу на прийомі за допомогою часових селекторів. Ці пристрої звичайно виконуються у вигляді електронних ключових схем, які управляються імпульсними послідовностями та практично не відрізняються за схемною реалізацією.

До АІМ-модуляторів і часових селекторів пред'являють досить жорсткі вимоги відносно швидкодії та лінійності амплітудної характеристики. Від їхньої швидкодії залежить величина перехідних завад між каналами, а лінійність амплітудної характеристики багато в чому визначає величину нелінійних спотворень. Крім того, звичайно потрібне придушення керуючої імпульсної напруги, проникнення якої на вихід модулятора або селектора викликає зростання шумів у каналі. Це досягається за рахунок застосування балансових схем модуляторів і часових селекторів.

На рис. 9 в якості прикладу наведена спрощена схема АІМ-модулятора, виконаного у вигляді збалансованого ключа на транзисторах VT₁ і VT₂. При наявності імпульсу в керуючому сигналі ключ відкривається та через навантаження протікає струм, пропорційний вхідному сигналу, а між імпульсами керуючого сигналу U_yпp ключ виявляється в закритому (розімкнутому) стані та струм через навантаження не протікає. Режими роботи транзисторів повинні бути підібрані таким чином, щоб у відкритому стані опір ключа було якнайменше, а в закритому – прагнув до нескінченності.

В результаті, в навантаженні формується сигнал у вигляді АІМ-1. Керуюча імпульсна напруга в навантаження не надходить, тобто придушується. Це пояснюється тим, що керуюча напруга надходить одночасно на бази VТ₁, і VT₂ і викликає поява емітерних струмів, які протікають через навантаження в протилежних напрямках. Якщо транзистори мають однакові параметри, то ці струми рівні за величиною та сумарний струм у навантаженні виявляється рівним нулю.

Рис. 10. Структурна схема АІМ-тракту

Рис. 11. Часові діаграми в АІМ-тракт

Після об'єднання канальних сигналів формується груповий АІМ-сигнал, що необхідно перетворити перед операцією квантування в АІМ-2. Принцип перетворення сигналів АІМ-1 в АІМ-2 можна пояснити за допомогою схеми, представленої на рис. 10. На вхід підсилювача УС₁ з виходів канальних АІМ-модуляторів (Кл1) надходить груповий АІМ-1 сигнал. Ключ Кл2 замикається одночасно з Кл1 і підключає до виходу Уc1 накопичувальний конденсатор, що за короткий час заряду τ_э заряджається до рівня, що відповідає амплітуді поточного АІМ-відліку. Час заряду забезпечується досить малим завдяки невеликому вихідному опору УС₂. Після розмикання ключів Кл1 і Кл2 напруга заряду конденсатора залишається практично незмінною до моменту замикання ключа Кл3. Це обумовлюється тим, що вхідний опір УС₂ вибирається досить великим, запобігаючи розряду конденсатора. Після замикання Кл3 конденсатор швидко розряджається та виявляється підготовленим до надходження чергового АІМ-відліку. Таким чином, на виході УС₂ формується груповий АІМ-сигнал із плоскою вершиною відліків, тобто сигнал АІМ-2. На рис. 9 наведені часові діаграми, що пояснюють роботу схеми. Ключі Кл2 і Кл3 можуть бути реалізовані, як й Кл1 за схемою, що наведена на рис. 7.

Як видно з рис. 11, амплітуди відліків при АІМ-2 підтримуються практично незмінними протягом усього канального інтервалу (τ_АІМ-2 ≈ Т_д/N), що забезпечує стійку роботу пристрою, що кодує, на вхід якого надходить груповий АІМ-сигнал.

Контрольні питання

1. Сутність принципу часового розподілу каналів.

2. Визначення теореми Котельнікова.

3. Основні переваги ЦСП.

4. Основні операції, що виконуються в ЦСП.

5. Сутність АІМ.

6. Виді АІМ (принцип формування, переваги та недоліки).

7. Вимоги до АІМ-модуляторів.

Розробив:

доцент КІ

к.т.н., доцент Слюсарь І.І.

Дата добавления: 2014-01-07