Экзамен Курс делится на две части: Теоретическая (стр. 3 из 10)

2.5. Виды дискретной модуляции

Используя в качестве переносчика постоянный и переменный ток и изменяя (модулируя) различные параметры переносчика, можно получить большое разнообразие видов дискретной модуляции. При этом различают параметрические и относительные виды модуляции.

Если значащие позиции любого импульса выбираются и оцениваются в соответствии с заранее обусловленными значениями параметра переносчика (амплитуда, частота, фаза и др.), то такие виды модуляции называют параметрическими.

Если значащая позиция i-го импульса выбирается и оценивается по отношению к значащей позиции предыдущего (i-l)-гo импульса, то такие виды модуляции называют относительными.

При постоянном токе модулируемыми параметрами могут быть значение и направление тока. В первом случае имеет место однополюсная модуляция (ОПМ), во втором - двухполюсная модуляция (ДПМ). При переменном токе модулируемыми параметрами могут быть амплитуда, частота и начальная фаза. В соответствии с этим различают амплитудную модуляцию (AM), частотную модуляцию (ЧМ) и фазовую модуляцию (ФМ).

На рис. 2.3 показаны сигналы, соответствующие названным выше параметрическим видам модуляции, при передаче комбинации 010110.

Рис.2.3

На рис. 2.3, а представлен сигнал при ОПМ. На рисунке обозначены значащие позиции, значащие моменты модуляции, единичные интервалы и значащие интервалы. То же самое показано для ДПМ на рис. 2.1, б. Как видно из сравнения этих рисунков, разница между значащими позициями в случае ДПМ в 2 раза больше, чем в случае ОПМ. Этим и объясняется большая помехоустойчивость сигналов ДПМ.

В табл. представлены значения параметра переносчика, соответствующие значащей позиции 1 и значащей позиции 0 для разных видов дискретной модуляции.

Рис. 2.4

При использовании переменного тока в качестве переносчика в параметрических видах модуляции за эталон берется определенное значение информационного параметра, и значащие позиции определяются сравнением истинного значения параметра с эталонным. При AM - это порог срабатывания входного устройства приемника, при ЧМ – это средняя частота канала, при ФМ - это опорная (эталонная) фаза в пределах элементарного импульса. На рис. 2.3, в, г, д показаны сигналы соответственно с AM, ЧМ и ФМ, а правила формирования значащих позиций для них даны в табл.

Дискретные сигналы с использованием в качестве переносчика переменного тока применяются для передачи информации по физическим цепям и каналам тональной частоты.

С точки зрения технической реализации модемов преимущество имеет AM, но помехоустойчивость ее сравнительно низкая. Лучшей в этом смысле является ФМ, но для ее реализации необходимо иметь высокостабильный генератор опорного колебания, что делает систему дороже. Поэтому оконечные устройства строят с применением ЧМ.

2.6. Спектр модулированного сигнала

Спектр результирующего модулированного сигнала зависит от типа модуляции и скорости модуляции, то есть желаемой скорости передачи бит исходной информации.

Рассмотрим сначала спектр сигнала при потенциальном кодировании. Пусть логическая единица кодируется положительным потенциалом, а логический ноль - отрицательным потенциалом такой же величины. В результате спектр потенциального кода требует для качественной передачи широкую полосу пропускания. Для канала тональной частоты верхняя граница при потенциальном кодировании достигается для скорости передачи данных в 971 бит/с, а нижняя неприемлема для любых скоростей, так как полоса пропускания канала начинается с 300 Гц. В результате потенциальные коды на каналах тональной частоты никогда не используются.

Спектры сигналов при потенциальном кодировании и амплитудной модуляции

Рис. 2.5

При амплитудной модуляции спектр состоит из синусоиды несущей частоты f_c и двух боковых гармоник: (f_c + f_m) и (f_c - f_m), где f_m - частота изменения информационного параметра синусоиды, которая совпадает со скоростью передачи данных при использовании двух уровней амплитуды (рис. 2.5, б). Частота f_m определяет пропускную способность линии при данном способе кодирования. При небольшой частоте модуляции ширина спектра сигнала будет также небольшой (равной 2f_m), поэтому сигналы не будут искажаться линией, если ее полоса пропускания будет больше или равна 2f_m. Для канала тональной частоты такой способ модуляции приемлем при скорости передачи данных не больше 3100/2=1550 бит/с. Если же для представления данных используются 4 уровня амплитуды, то пропускная способность канала повышается до 3100 бит/с.

При фазовой и частотной модуляции спектр сигнала получается более сложным, чем при амплитудной модуляции, так как боковых гармоник здесь образуется более двух, но они также симметрично расположены относительно основной несущей частоты, а их амплитуды быстро убывают. Поэтому эти виды модуляции также хорошо подходят для передачи данных по каналу тональной частоты.

Для повышения скорости передачи данных используют комбинированные методы модуляции. Наиболее распространенными являются методы квадратурной амплитудной модуляции (Quadrature Amplitude Modulation, QAM). Эти методы основаны на сочетании фазовой модуляции с 8 значениями величин сдвига фазы и амплитудной модуляции с 4 уровнями амплитуды. Однако из возможных 32 комбинаций сигнала используются далеко не все. Например, в кодах Треллиса допустимы всего 6,7 или 8 комбинаций для представления исходных данных, а остальные комбинации являются запрещенными. Такая избыточность кодирования требуется для распознавания модемом ошибочных сигналов, являющихся следствием искажений из-за помех, которые на телефонных каналах, особенно коммутируемых, весьма значительны по амплитуде и продолжительны по времени.

2.7. Цифровое кодирование

При цифровом кодировании дискретной информации применяют потенциальные и импульсные коды.

В потенциальных кодах для представления логических единиц и нулей используется только значение потенциала сигнала, а его перепады, формирующие законченные импульсы, во внимание не принимаются. Импульсные коды позволяют представить двоичные данные либо импульсами определенной полярности, либо частью импульса - перепадом потенциала определенного направления.

Требования к методам цифрового кодирования

При использовании прямоугольных импульсов для передачи дискретной информации необходимо выбрать такой способ кодирования, который одновременно достигал бы нескольких целей:

- имел при одной и той же битовой скорости наименьшую ширину спектра результирующего сигнала;

- обеспечивал синхронизацию между передатчиком и приемником;

- обладал способностью распознавать ошибки;

- обладал низкой стоимостью реализации.

Более узкий спектр сигналов позволяет на одной и той же линии (с одной и той же полосой пропускания) добиваться более высокой скорости передачи данных. Кроме того, часто к спектру сигнала предъявляется требование отсутствия постоянной составляющей, то есть наличия постоянного тока между передатчиком и приемником. В частности, применение различных трансформаторных схем гальванической развязки препятствует прохождению постоянного тока.

Синхронизация передатчика и приемника нужна для того, чтобы приемник точно знал, в какой момент времени необходимо считывать новую информацию с линии связи. Эта проблема в сетях решается сложнее, чем при обмене данными между близко расположенными устройствами, например между блоками внутри компьютера или же между компьютером и принтером. На небольших расстояниях хорошо работает схема, основанная на отдельной тактирующей линии связи (рис. 2.6), так что информация снимается с линии данных только в момент прихода тактового импульса. В сетях использование этой схемы вызывает трудности из-за неоднородности характеристик проводников в кабелях. На больших расстояниях неравномерность скорости распространения сигнала может привести к тому, что тактовый импульс придет настолько позже или раньше соответствующего сигнала данных, что бит данных будет пропущен или считан повторно. Другой причиной, по которой в сетях отказываются от использования тактирующих импульсов, является экономия проводников в дорогостоящих кабелях.

Синхронизация приемника и передатчика на небольших расстояниях

Рис. 2.6

Поэтому в сетях применяются так называемые самосинхронизирующиеся коды, сигналы которых несут для передатчика указания о том, в какой момент времени нужно осуществлять распознавание очередного бита (или нескольких бит, если код ориентирован более чем на два состояния сигнала). Любой резкий перепад сигнала - так называемый фронт - может служить хорошим указанием для синхронизации приемника с передатчиком.

При использовании синусоид в качестве несущего сигнала результирующий код обладает свойством самосинхронизации, так как изменение амплитуды несущей частоты дает возможность приемнику определить момент появления входного кода.