ANALOGISET PULSSIMODULAATIOT PAM, PWM JA PPM Millä eri tavoilla signaalinäyteet voidaan esittää & koodata? A Tietoliikennetekniikka I Osa 20 Kari KärkkäinenKevät 2015

PULSSIMODULAATIOMENETELMIEN LUOKITTELU Kevät A Tietoliikennetekniikka I Osa 20 Kari Kärkkäinen 2 Kantoaalto- modulaatiot DSB, AM, SSB, VSB, FM, PM, QDSB Modulaatiomenetelmät AnalogisetDigitaaliset Pulssimodulaatiot PAM, PWM, PPM Kantoaalto- modulaatiot ASK, PSK, FSK Pulssimodulaatiot  M, PCM

NYQUISTIN NÄYTEENOTTOTOREEMA Pulssimodulaatio perustuu siihen, että sanoma m(t) voidaan esittää Nyquistin näytteenottoteoreeman mukaisesti näytteidensä avulla: Jos kantataajuisen sanomasignaalin kaistanleveys on W, niin vähintään 2W-suuruisella nopeudella näytteistetty signaali on ideaalisesti rekonstruoitavissa näytteistään ideaalisella alipäästösuodattimella. Analogisessa pulssien näytteiden arvoalue on jatkuva ja digitaalisessa diskreetti. Sinimuotoista kantoaaltoa ei enää esiinny. Analogisessa tapauksessa sanoman näytteen arvo on verrannollinen pulssin amplitudiin (PAM), leveyteen (PWM) tai paikkaan (PPM). Digitaalisessa pulssimodulaatiossa näyte koodataan binäärisesti. Pulssimodulaatioon liitetään usein aikajakomultipleksointi (TDM) useiden toisistaan riippumattomien sanomasignaalien siirtämiseksi yhdellä galvaanisella siirtoyhteydellä tai radioaallolla. Kevät A Tietoliikennetekniikka I Osa 20 Kari Kärkkäinen 3

PAM, PWM, PPM Kevät A Tietoliikennetekniikka I Osa 20 Kari Kärkkäinen 4 PPM:llä kapea pulssi aikakehyksen (frame) sisällä.

PULSSIN AMPLITUDIMODULAATIO (PAM) A Tietoliikennetekniikka I Osa 20 Kari KärkkäinenKevät 2015

PULSSIN AMPLITUDIMODULAATIO ̶ PAM Tarvitaan näytteenotto- ja pitopiiri, jonne näyteimpulssit menevät. Pulssin leveys vakio. Amplitudi verrannollinen näytteen arvoon. Näyte nousevalla reunalla. Lineaarinen modulaatio (kahden eri signaalin näytteiden PAM:ien summa on sama kuin näytteiden summan PAM). Ilmaisu alipäästösuodattimella. Saatetaan tarvita pulssikorjainsuodatinta (ekvalisaattori) pulssisärön poistamiseksi ennen LPF. Kevät A Tietoliikennetekniikka I Osa 20 Kari Kärkkäinen 6

PULSSIN AMPLITUDIMODULAATIO ̶ PAM (S) Kevät A Tietoliikennetekniikka I Osa 20 Kari Kärkkäinen 7 Pitopiirin impulssivaste on Rect-funktio

PAM-ILMAISUN IDEA Näyttenotto vähintään Nyquistin taajuudella 2W mahdollistaa analogisen signaalin palauttamisen impulssinäytteistään ideaalisella alipäästösuodattimella, jonka impulssivaste on sinc-funktio. Kevät A Tietoliikennetekniikka I Osa 20 Kari Kärkkäinen 8

PAM-AIKAJAKOTEKNIIKKA Kevät A Tietoliikennetekniikka I Osa 20 Kari Kärkkäinen 9

PAM-SIGNAALIN SPEKTRI JA ILMAISU Alipäästösuodatinilmaisu on helposti pääteltävissä spektristä (näytteistetyn signaalin spektri on aina periodinen). Kevät A Tietoliikennetekniikka I Osa 20 Kari Kärkkäinen 10 f max LPF:n päästökaista

PULSSIN LEVEYSMODULAATIO (PWM) A Tietoliikennetekniikka I Osa 20 Kari KärkkäinenKevät 2015

PWM-MODULAATTORIN IDEA Pulssin amplitudi on vakio. PAM tarvitaan välivaiheena. Jos leveys >T s /2  positiivinen näytearvo, muuten negatiivinen. Kun leveys on T s /2, niin m(t) = 0. Kevät A Tietoliikennetekniikka I Osa 20 Kari Kärkkäinen 12

PWM-MODULAATTORIN TOTEUTUS Epälineaarinen modulaatio (kahden eri signaalin näytteiden PWM- modulaatioiden summa on eri asia kuin näytteiden summan PWM) PWM ei juurikaan käytetä tiedonsiirrossa. Sopii elektroniikan erikoisratkaisuihin tarvittaessa vaihtuvapituisia ohjauspulsseja. Kevät A Tietoliikennetekniikka I Osa 20 Kari Kärkkäinen 13

PWM-SIGNAALIN SPEKTRI JA ILMAISU Demodulointi alipäästösuodattamalla. Spektri voidaan johtaa sanomalle m(t) =  cos2  f m t (A pulssin amplitudi,  mod. indeksi): LPF päästää halutun komponentin taajuudella f m. PWM:n epälineaarisuus näkyy taajuuksien f s ja f m keskeismodulaationa. Kevät A Tietoliikennetekniikka I Osa 20 Kari Kärkkäinen 14 Sanoma DC-komponentti Keskeismodulaatiotuloksia epälineaarisuudesta johtuen

ESIMERKKI (S) Kevät A Tietoliikennetekniikka I Osa 20 Kari Kärkkäinen 15

PULSSIN PAIKKAMODULAATIO (PPM) A Tietoliikennetekniikka I Osa 20 Kari KärkkäinenKevät 2015

PULSSIN PAIKKAMODULAATIO ̶ PPM Pulssin amplitudi ja leveys vakioita. Generointi: PAM  PWM  PPM Kevät A Tietoliikennetekniikka I Osa 20 Kari Kärkkäinen 17

PULSSIN PAIKKAMODULAATIO ̶ PPM Epälineaarinen modulaatio (kahden eri signaalin näytteiden PPM- modulaatioiden summa on eri asia kuin näytteiden summan PPM) Ilmaisimena LPF ja integraattori. Jos f s riitävän suuri, niin LPF ei tarvita, koska integraattori suorittaa käytännössä myös alipäästösuodatuksen. Kevät A Tietoliikennetekniikka I Osa 20 Kari Kärkkäinen 18

PPM-ILMAISU Spektri on PWM:n kaltainen. Se voidaan johtaa kosinimuotoiselle sanomalle m(t) =  cos2  f m t.  on modulaatioindeksi ja G(f) on peruspulssin spektri. DC poistetaan kondensaattorilla. Kaavasta voidaan helposti päätellä LPF:n ja integraattorin tarve. PPM-tyyppinen modulaatio on viimeaikoina herättänyt kiinnostusta, koska periaatetta voidaan soveltaa ultraleveissä UWB-järjestelmissä. Suuri kaistanleveys  suuri aikaresoluutio  pulssien paikka voidaan määrittää tarkasti. Kevät A Tietoliikennetekniikka I Osa 20 Kari Kärkkäinen 19 DC- komponentti Sanoman derivaatta LPF- suodatetaan