Pulsi-amplituudmodulatsioon

Pulsi-amplituudmodulatsioonehk impulsiamplituudmodulatsioon (inglise keeles pulse-amplitude modulation, lühend PAM) on üks signaali edastamisel kasutatavatest analoogmodulatsiooni meetoditest], mille puhul moduleeriv analoogsignaal muudab püsiva sagedusega üksteisele järgnevate ühelaiuste impulsside jada taset. Seejuures edastatavat signaali diskreeditakse kindla ajavahemiku tagant ja iga diskreetimise tulemusena saadud impulsi amplituudi muudetakse vastavalt moduleeriva signaali amplituudile. Moduleeritud signaali demoduleerimise korral kasutatakse Nyquisti diskreetimissagedust ja saadud signaal lastakse läbi madalpääsfiltri.^[1]

Impulsiamplituudmodulatsioon on impulsskoodmodulatsiooni (PCM) eelkäija. Kui PAMi puhul saadakse moduleerimise tulemusena analoogsignaal (pidevalt muutuva kõrgusega impulsside jada), siis PCMi korral impulsside amplituudi väärtused kvanditakse, s.t teisendatakse digitaalseks bitijadaks, mida saab salvestada või edastada digitaalsignaalina.

Impulsiamplituudmodulatsioon sobib analoogmultipleksimismeetoditega edastussüsteemidele ja oli kasutusel vanemates telefonisüsteemides.

Impulsiamplituudmodulatsioon

Modulatsiooni meetodid ja tüübid

Impulsiamplituudmodulatsioon

Impulsiamplituudmodulatsioon

Impulsiamplituudmodulatsiooni meetodid signaali edastuseks jagunevad kahte rühma.

• Lameda katusega PAM – iga impulsi kõrgus on võrdeline moduleeriva signaali amplituudiga ja püsib tasemel, mis tal oli diskreetimise hetkel.^[1]
• Naturaalne PAM – iga impulss on samuti võrdeline moduleeriva signaali amplituudiga, kuid väljundimpulsi amplituud järgib signaali väärtust.^[1]

Ühe ja kahe polaarsusega impulsiamplituudmodulatsioon

Impulsiamplituudmodulatsioon võib olla ühe- ja kahepolaarne.

• Ühe polaarsusega PAMi puhul lisatakse signaalile kindla suurusega vertikaalnihe, et kõik impulsid oleksid positiivsed.^[1]
• Kahe polaarsusega PAMi puhul võivad impulsid olla nii negatiivsed kui ka positiivsed.^[1]

Impulsiamplituudmodulatsiooni süsteemis on impulsi amplituud enamasri võrdeline moduleeriva signaali amplituudiga. Võimalik on ka süsteem, kus impulsi amplituud on pöördvõrdeline modulatsiooni amplituudiga.^[1]

Demodulatsioon

Impulsiamplituudmodulatsiooni signaali demoduleerimiseks on vaja moduleeritud signaal lasta läbi madalpääsfiltri, mille lõikesagedus peab olema vähemalt sama suur kui sisendsignaali kõrgeim sageduskomponent. Madalpääsufilter eemaldab kõrgsageduslikud pulsatsioonid ja annab väljundis demoduleeritud signaali. Signaal antakse seejärel inverteerivasse operatsioonivõimendisse, et võimendada signaal oma demodulatsiooni eelsesse amplituudi väärtusesse.^[1]

Madalpääsfiltriga filtreerides tekib apertuurmoonutus (vt diskreetimine); mida pikem on impulss, seda suurem on moonutus. Selle moonutuse mõju on võimalik vähendada ekvalaiserit kasutades.^[2]

Moduleerimise trasnsistorlülitus

Transistoriga PAMi skeem

Lihtsaim impulsiamplituudmodulaatori lülitus vajab vaid kahte takistit ja ühte npn-transistori, mis on ühendatud emitterjärgurina. Modulatsiooni diskreetimissageduse määrab taktsagedussignaal (süsteemi kell), mis antakse transistori baasile koos moduleeriva signaaliga. Kui taktsignaali tase on madal, on lülituse väljund null. Kui see tase on kõrge, siis on väljundis (emitteritakistil) moduleeriva signaaliga võrdeline pinge.^[3]

Eelised ja puudused

Peamiseks eeliseks on see, et moduleeritud ja demoduleeritud signaali saatmiseks on vaja väga lihtsat vooluringi.^[4]

Puudused:^[4]

• signaali edastamine nõuab süsteemilt suurt ribalaiust
• energiatõhusus on madal
• moduleeritud signaal on väga häiretundlik: impulsside amplituudi mõjutavad tugevalt ülekandeteel esinevad mürad, seetõttu ei sobi PAM edastusmeetodiks pikkade vahemaade korral.

Kasutus

Ethernet

Mõned Etherneti sidestandardid kasutavad impulsiamplituudmodulatsiooni. Näiteks kasutab 1000BASE-T4 Gigabit Ethernet standard PAM5 modulatsiooni.^[5]

Videokaardid

Nvidia ja Microni välja töötatud videokaardi mälu kasutab PAM4-modulatsiooni. Sellist mälu on kasutatud videokaartidel Nvidia RTX 3080 ja Nvidia RTX 3090. PAM4 modulatsioon võimaldab videokaardil edastada 2 bitti ühe takti jooksul ilma voolu ja ruumi kasutuse tõusuta.^[6]

Leedlambi draiverid

Impulsiamplituudimodulatsiooni kasutatakse ka leedlampide valgusdioodide (LED) juhtimiseks. PAMi põhjal ehitatud draiver pakub paremat energiasäästlikust, võrreldes teiste modulatsioonidega.^[7]