Модуляция непрерывных данных

Аналоговая модуляция - преобразование непрерывного низкочастотного сигнала x(t) (рис.3,а) в непрерывный высокочастотный сигнал y(t), называемый несущей и обладающий более высокими характеристиками в отношении дальности передачи и затухания. Аналоговая модуляция может быть реализована двумя способами:

1) амплитудная модуляция рис.3,б;

2) частотная модуляция (рис.3,в).

Аналоговая модуляция используется в радиовещании при работе множества радиостанций в одной общей среде передачи (радиоэфире): амплитудная модуляция для работы радиостанций в АМ-диапазоне (Amplitude Modulation) и частотная модуляция для работы радиостанций в FM — диапазоне (Frequence Modulatin).

Использование цифровых каналов связи для передачи телефонных данных (речевого сигнала) в начале 60-х годов прошлого века потребовало разработки методов преобразования непрерывных сигналов в дискретные, таких как:

1) амплитудно-импульсная модуляция;

2) импульсно-кодовая модуляция.

Амплитудно-импульсная модуляция (АИМ) (Pulse Amplitude Modulation - РАМ) заключается в преобразовании непрерывного сигнала в совокупность дискретных сигналов (импульсов) с определенной амплитудой. Для этого исходная непрерывная функция x(t) подвергается дискретизации (квантуется) по времени так, как это показано на рис.4,а.

Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) (Pulse Code Modulation - РСМ) - метод модуляции, при котором аналоговый сигнал кодируется сериями импульсов, представляющими собой цифровые коды амплитуд в точках отсчета аналогового сигнала.

Для этого исходный сигнал подвергается дискретизации (квантуется) по двум координатам:

• по оси абсцисс - дискретизация по времени;

• по оси ординат - дискретизация по уровню.

Стандартом была рекомендована частота дискретизации 8000 Гц, т. е. амплитуда аналогового сигнала должна измеряется 8000 раз в секунду (каждые 125 мкс).

Если передавать в каждый момент времени значение амплитуды (номер уровня) сигнала с помощью 8 битов, то результирующий дискретный поток данных передается со скоростью 8000 [раз в секунду]*8 [бит] = 64 000 бит/с, то есть для передачи оцифрованного аналогового сигнала требуется канал связи с пропускной способностью 64 кбит/с.

Для уменьшения требуемой для передачи оцифрованного голоса пропускной способности канала связи применяется модифицированный метод ИКМ - адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (АДИКМ) (по каналу связи передаётся не значение амплитуды, а разность между текущим значением непрерывного сигнала в точке квантования и предыдущим).

Более сложным вариантом дифференциальной импульсно-кодовой модуляции является кодирование с предсказанием, при котором кодируется и передаётся разница между реальным и предсказанным на основе нескольких предыдущих отсчётов значением сигнала. Это позволяет ещё больше уменьшить количество битов для кодирования одного замера сигнала и, следовательно, уменьшить требование к пропускной способности канала связи.