通訊系統/脈衝幅度調製
什麼是PAM?脈衝幅度調製是“脈衝整形”。本質上,通訊工程師意識到,時域中脈衝的形狀會對頻域中該脈衝的特性產生積極或消極的影響。沒有一種方法可以整形脈衝,有各種不同的脈衝形狀可以使用,但在實踐中,只有幾種脈衝形狀值得付出努力。這些章節將討論一些常見的脈衝,並將為處理任何通用脈衝開發方程。
傳輸數字訊號的最合乎邏輯的方式是透過一串脈衝。一個獨特的脈衝用於表示數字“1”,另一個獨特的脈衝用於表示數字“0”。直觀地,方波將傳輸此資料,並且可以使用多種不同的方法使用方波傳輸資料。
方波是傳輸數字資料的基本選擇,因為它易於傳輸,通常也易於接收。如果對方波進行傅立葉變換,我們會得到一個 sinc 函式。Sinc 函式是一個無限函式,這意味著時域中的方波具有非常寬的頻寬。在使用方波時,總會有一個權衡,因為方波的高頻分量會被通道衰減,而最終的波形更容易在另一端出現錯誤。
單極性方波是一種波形,其中邏輯 1 使用高度為 A 的方波脈衝傳輸。然後邏輯 0 使用 0 電壓傳輸。
雙極性方波是一種方波,其中 1 使用高度為 A/2 的脈衝傳輸,而 0 使用高度為 -A/2 的脈衝傳輸。
事實證明,僅僅透過改變脈衝的形狀(使其遠離方波),我們就可以建立具有更好特性的訊號:更低的頻寬、更低的錯誤率等...... 本節將討論一些不同的脈衝。
然而,根據對偶性,我們可以看到,如果我們在時域中具有 sinc 波,那麼我們在頻域中將具有方波形狀。這是一個有趣的結果,因為它意味著我們可以傳輸具有明確頻寬邊界的 sinc 形狀,並且它可以完整地穿過通道而不會被衰減或丟失任何諧波!
在這裡,我們將展示方波脈衝和 sinc 脈衝之間的基本比較
| 度量 | 方波脈衝 | Sinc 脈衝 |
| 頻寬 | 大頻寬 | 小頻寬 |
| 抖動 | 不受抖動影響 | 對抖動非常敏感 |
| 噪聲 | 對噪聲非常敏感 | 對噪聲敏感 |
| ISS | 不受 ISS 影響 | 受 ISS 嚴重影響 |
大多數使用 RS232、RS485 或高速時鐘的系統都使用斜率受限驅動器。有些使用具有整合斜率受限功能的驅動器晶片;其他系統使用數字驅動器晶片,在其輸出引腳上放置尖銳的方波脈衝,然後是該輸出引腳和系統其餘部分之間的一個外部斜率受限電阻[1]。
Sinc 脈衝使用更少的頻寬,但它們對抖動非常敏感。相反,方波脈衝具有大的頻寬,但對抖動具有很強的抵抗力。這個決定似乎很絕望,但勇敢的通訊工程師將嘗試找到第三種選擇。第三種選擇稱為“升餘弦滾降”脈衝,它具有每種波形的最佳特性。升餘弦滾降 (RCR) 脈衝對抖動具有抵抗力,並且同時具有合理的良好頻寬。當然,RCR 脈衝的頻寬比 sinc 脈衝更寬,而且抖動抵抗力不如方波好,但這畢竟是一種折衷。
| 脈衝 | 頻寬 | 抖動抵抗力 |
| 矩形 | rb/2 | 優秀 |
| Sinc | 差 | |
| RCR | 好 |
如果系統僅傳輸兩種脈衝,即 s1 和 s0,並且s1(t) = -s0(t),則該系統使用二進位制對稱脈衝。在對稱情況下,我們的比較器電路非常簡單:如果相關器輸出正值,則為二進位制 1。如果它輸出負值,則為二進位制 0。
非對稱脈衝由於以下原因更加困難
- 比較器應測試值的閾值可能不為零
- 相關接收機需要關聯兩個不同的訊號。
- 不同的脈衝可能具有不同的功率,它們對噪聲的敏感程度可能不同。
當使用非對稱脈衝時,接收系統實際上必須採用兩個相干最佳接收機,每個接收機都調諧為接收其中一個脈衝。當使用兩個相干最佳接收機時,在時間 T 結束時輸出最高電壓值的接收機已接收到其脈衝。
...... 為什麼不只使用一個相干最佳接收機,調諧為既不接收 s0 也接收 s1,而是調諧為接收差值 (s1 - s0)?......
一些 PAM 系統(例如乙太網 100BASE-T2)使用 PAM-5 ......