Импульсно-кодовая модуляция

Амплитуда исходной непрерывной функции измеряется с заданным периодом - за счет этого происходит дискретизация по времени. Затем каждый замер представляется в виде двоичного числа определенной разрядности, что означает дискретизацию по значениям функции - непрерывное множество возможных значений амплитуды заменяется дискретным множеством ее значений. Устройство, которое выполняет подобную функцию, называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). После этого замеры передаются по каналам связи в виде последовательности единиц и нулей. При этом применяются те же методы кодирования, что и в случае передачи изначально дискретной информации, то есть, например, методы, основанные на коде B8ZS или 2В1Q.

На приемной стороне линии коды преобразуются в исходную последовательность бит, а специальная аппаратура, называемая цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП), производит демодуляцию оцифрованных амплитуд непрерывного сигнала, восстанавливая исходную непрерывную функцию времени.

Дискретная модуляции основана на теории отображения Найквиста - Котельникова. В соответствии с этой теорией, аналоговая непрерывная функция, переданная в виде последовательности ее дискретных по времени значений, может быть точно восстановлена, если частота дискретизации была в два или более раз выше, чем частота самой высокой гармоники спектра исходной функции.

Импульсно-кодовая модуляция делится на дельта-модуляцию, дифференциальную и адаптивную ДМ.

Дальнейшим развитием импульсных видов модуляции являются цифровые виды. В них дискретизированный сигнал далее подвергается квантованию по уровню и кодированию. На приемной стороне производится обратная операция - декодирование.

Процесс квантования дискретных отсчетов заключается в том, что весь диапазон сигнала S(t) делится на Q разрешенных уровней с некоторым шагом. Затем мгновенные значения отсчетов сигнала S(t) округляются до ближайшего разрешенного уровня S(t). Полученный таким образом сигнал называется квантованным АИМ (КАИМ). Этот сигнал далее при идеальной передаче будет несколько отличаться от S(t). Это отличие носит название шума квантования. С увеличением Q или с уменьшением уровень шумов квантования уменьшается. Наличие этих шумов является недостатком цифровых методов передачи, однако она открывает и новые возможности передачи. В частности, зная всю шкалу разрешенных уровней на приеме, можно "очистить" сигнал от внешних помех если ее уровень меньше 0,5Δ (рис. 33).

Рис.33.

Если линия связи имеет большую длину, то подобные "очищение" сигнала (регенерацию) можно повторять многократно, т.е. периодически "очищать" от шумов. Эта возможность, есть один из самых главных достоинств цифровых методов передачи. Непосредственно передача КАИМ в линию не дает ощутимого выигрыша, так как при Q=256, во первых регенерация затруднена, во вторых "очищается" сигнал только от шумов с уровнем не более 0,5Δ. Поэтому сигнал КАИМ кодируется, т.е. преобразуется в сигналы, имеющие значительно меньше число градаций уровня. Наименьшим числом градаций уровня обладает бинарный сигнал. Например, видеоимпульс, амплитуда которого принимает лишь два разрешенных значения +Uмакс и -Uмакс или они обозначаются как 1 или 0. В этом случае, очевидно, в регенераторе можно исключить помехи менее Uмакс т.е.

Εп<Uмакс