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

工程師經常面臨這樣的情況：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，來間接地發送信息。這就是我們所說的調制。

在傳統的調幅（AM）中，正弦載波的振幅根據基帶信息信號的振幅連續變化（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的。另一方面，數字脈沖幅度調制（PAM）是使傳統幅度調制適應傳輸離散而非模擬信息任務的一種方法。

數字脈沖幅度調制基礎知識

在數字PAM中，通過將二進制值轉換為振幅電平，將數字數據流編碼為“脈沖”序列。這將離散時間信號轉換為連續時間信號，使我們能夠減少成功傳輸所需的帶寬，并創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，我們將數字數據轉換為幅度乘法器，并將這些乘法器應用于脈沖。在關于數字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，然后根據振幅序列重建原始數字數據。

然而，數字PAM的主要實現使用矩形脈沖，而不是截斷的正弦波形，甚至調制和傳輸的信號看起來也相當“數字”；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波形以普通數字數據位開始。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（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。設計者可以選擇有多少振幅電平適合給定的PAM實現，并且每個符號的比特數取決于振幅電平的數量。如果系統有兩個可能的幅度（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。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。

千兆以太網的符號頻率為125 MHz，系統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，數字PAM可以用于無線通信，但它與光和有線傳輸的聯系更為緊密。對于無線數據鏈路，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。