От амплитудно-импульсной к импульсно-кодовой модуляции

В результате процесса дискретизации формируется сигнал, состоящий из импульсов постоянной частоты. Амплитуда каждого импульса строго соответствует мгновенному значению амплитуды исходного аналогового сигнала в момент измерения. Таким образом, импульсы оказываются модулированными по амплитуде, что иллюстрируется на рис. 6.16. Данная методика получила название амплитудно-импульсная модуляция (АИМ). Несмотря на простоту принципа, этот способ кодирования информации имеет существенные эксплуатационные ограничения.

Рис. 6.16. Передача сигнала с использованием амплитудно-импульсной модуляции

Сформированные импульсы теоретически могут быть переданы по каналу связи и преобразованы обратно в аналоговую форму с помощью фильтров. Однако на практике возникает критическая проблема, связанная с зависимостью информационного содержания сигнала от амплитуды импульсов. Любые помехи или линейные искажения, возникающие в тракте передачи, необратимо искажают полезный сигнал. Приемное устройство не обладает алгоритмом для распознания и коррекции таких ошибок. Дополнительной сложностью является тенденция импульсов к расширению и взаимному влиянию, что в следующем затрудняет точное восстановление исходной амплитуды.

Из-за перечисленных фундаментальных недостатков амплитудно-импульсная модуляция крайне уязвима для воздействия шумов и искажений. Ее применение в чистом виде для передачи данных на значительные расстояния непрактично. Как правило, использование АИМ ограничивается внутриприборными соединениями и очень короткими линиями связи, не превышающими порядка одного метра, где влияние канала передачи минимально.

Принципы импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Решение проблем, присущих АИМ, было найдено в переходе к более совершенному методу – импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), также известной как кодово-импульсная модуляция. В отличие от АИМ, где информация закодирована в амплитуде, в ИКМ результат каждого измерения амплитуды преобразуется в число. Этот процесс, известный как квантование, является ключевым этапом оцифровки.

Полученное число передается не аналоговым значением, а в виде двоичного кода – набора битов. Каждый бит в этом коде имеет стандартный уровень сигнала, соответствующий логическому нулю или единице. Поскольку информация содержится в факте наличия того или иного кода, а не в точной амплитуде импульса, система становится нечувствительной к упомянутым ранее помехам. Амплитуда импульса в линии связи может незначительно колебаться, не оказывая влияния на корректность декодирования информации.

Таким образом, импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) представляет собой полный процесс измерения амплитуды аналогового сигнала в дискретные моменты времени с последующим квантованием и кодированием каждого отсчета в уникальный двоичный код. Эта технология формирует основу всех современных цифровых систем передачи речи, включая стандартные каналы T1 (DS-1) и E1, обеспечивая высокую помехозащищенность и надежность связи на больших расстояниях.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Бигелоу С.Д., Карр Д.Д., Виндер С..

Источник: Энциклопедия телефонной электроники.

Данные публикации будут полезны студентам и специалистам в области телекоммуникаций и сетевых технологий, инженерам, изучающим принципы передачи данных, а также всем, кто интересуется историей и эволюцией модемной связи и базовыми сетевыми протоколами.