脈沖幅度調制（PAM）是一種用于數(shù)字通信的編碼技術，它將離散時間信號轉換為適用于高速有線通信系統(tǒng)的可變幅度連續(xù)時間信號。

工程師經(jīng)常面臨這樣的情況：信息必須通過與原始信息不兼容的介質進行傳輸。一個經(jīng)典的例子是音頻，其中語音或音樂可以由正弦電壓信號表示，該正弦電壓信號包括從大約50Hz延伸到15kHz的頻率。理論上，這種正弦波形可以被傳送到天線，并作為電磁輻射（EMR）在空中廣播。然而，在實踐中，這些頻率對于有效的無線通信來說太低了。因此，可用介質（即空氣）不允許我們直接傳輸感興趣的信息。

解決方案是通過將信息編碼成單獨的信號，然后在通信信道的接收端對信息進行解碼，來間接地發(fā)送信息。這就是我們所說的調制。

在傳統(tǒng)的調幅（AM）中，正弦載波的振幅根據(jù)基帶信息信號的振幅連續(xù)變化（圖1）。

圖1。示出載波與移位基帶相乘的示例波形。

如圖1所示，幅度調制是通過對基帶信號進行移位以消除負電壓擺動，然后將未調制的載波與移位的基帶相乘來實現(xiàn)的。另一方面，數(shù)字脈沖幅度調制（PAM）是使傳統(tǒng)幅度調制適應傳輸離散而非模擬信息任務的一種方法。

數(shù)字脈沖幅度調制基礎知識

在數(shù)字PAM中，通過將二進制值轉換為振幅電平，將數(shù)字數(shù)據(jù)流編碼為“脈沖”序列。這將離散時間信號轉換為連續(xù)時間信號，使我們能夠減少成功傳輸所需的帶寬，并創(chuàng)建一個非常適合遠程有線通信的波形。

“脈沖”一詞在這里可能會令人困惑，因為它不一定意味著“方波的半個周期”。相反，脈沖是某種固定持續(xù)時間的波形，這種波形可能是典型的矩形脈沖或非常不同的東西，如正弦曲線。為了生成PAM基帶信號，我們將數(shù)字數(shù)據(jù)轉換為幅度乘法器，并將這些乘法器應用于脈沖。在關于數(shù)字PAM的講座幻燈片中，Brian Evans教授使用截斷的升余弦波形作為脈沖信號，他提供了PAM基帶信號的以下曲線圖：

圖2:PAM基帶信號的示例圖。圖片由Brian Evans提供[可下載的PowerPoint]

圖中的橙色指示器告訴我們，這是2-PAM，即PAM涉及兩個振幅乘法器。如果振幅變化看起來很奇怪，請注意，乘法器實際上大小相等，符號相反，因此一個乘法器具有反轉信號的效果。

下一個圖如圖3所示，顯示了4-PAM，即涉及四個幅度乘法器的PAM，其中兩個是正的，兩個是負的。

圖3。示例圖。顯示4-PAM。圖片由Brian Evans提供[可下載的PowerPoint]

接收器可以對這些PAM基帶信號進行上變頻、傳輸和恢復，然后根據(jù)振幅序列重建原始數(shù)字數(shù)據(jù)。

然而，數(shù)字PAM的主要實現(xiàn)使用矩形脈沖，而不是截斷的正弦波形，甚至調制和傳輸?shù)男盘柨雌饋硪蚕喈敗皵?shù)字”；然而，在深入討論之前，讓我們先來看看比特與符號。。

理解PAM波形：比特與符號

PAM波形以普通數(shù)字數(shù)據(jù)位開始。在將這些1和0映射到幅度乘法器之前，必須首先將它們分組為符號。在這種情況下，符號是包含一個或多個比特的傳輸信息的單元。在幅移鍵控（ASK）中，每個符號表示二進制一或二進制零，因為只有兩種可能的符號狀態(tài)（開和關）。您可以在圖4中看到這種情況。

圖4。ASK示例。

因此，ASK傳輸一位符號。值得注意的是，ASK是PAM的基本版本，其中脈沖是截斷的正弦曲線，振幅乘法器為零（關）和一（開）。

請記住，PAM并沒有固定的每個符號的位數(shù)。設計者可以選擇有多少振幅電平適合給定的PAM實現(xiàn)，并且每個符號的比特數(shù)取決于振幅電平的數(shù)量。如果系統(tǒng)有兩個可能的幅度（2-PAM），則每個符號有兩個潛在的二進制值，因此系統(tǒng)每個符號傳輸一個比特。四個可能的幅度（4-PAM）為每個符號提供兩個比特，八個幅度（8-PAM）為每符號提供三個比特，依此類推。

脈沖幅度調制應用

通過技術文獻的搜索，PAM與光鏈路和高速計算接口相連，但也許最顯著的應用是千兆以太網(wǎng)。1000Base-T標準使用具有矩形脈沖的5-PAM；五個振幅水平如下圖5中的理想波形所示。

圖5。示例顯示了理想波形中的五個振幅水平。圖片[改編]由Wiki Commons通過Flominator提供

注意，更真實的波形將具有由傳輸信道的低通濾波器效應引起的圓角。

千兆以太網(wǎng)的符號頻率為125 MHz，系統(tǒng)通過在四個獨立的差分對上同時使用5-PAM來傳輸每個符號8位。

盡管如本文所述，數(shù)字PAM可以用于無線通信，但它與光和有線傳輸?shù)穆?lián)系更為緊密。對于無線數(shù)據(jù)鏈路，稱為正交幅度調制（QAM）的另一種形式的幅度調制更為常見。您可以在AAC的RF教材中了解更多關于QAM的信息。