23794

Методы передачи данных по линиям связи

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

При передаче данных по линиям связи применяются два основных типа кодирования – на основе синусоидального сигнала и на основе последовательности прямоугольных импульсов.

Русский

2014-10-12

158.5 KB

2 чел.

Лекция 4.

Методы передачи данных по линиям связи

При передаче данных по линиям связи применяются два основных типа кодирования – на основе синусоидального сигнала и на основе последовательности прямоугольных импульсов.

Первый способ называется аналоговой модуляцией.

Второй способ – цифровое кодирование.

Эти два способа существенно различаются по аппаратурной реализации, сигналы, формируемые на основе этих способов, имеют различную ширину спектра.

При цифровом кодирование спектр получается весьма широким, причем тем шире, чем меньше длительность импульсов.

Модулированное колебание имеет более узкий спектр, при той же скорости передачи информации. Но аппаратура для реализации данного способа значительно сложнее и имеет большую стоимость.

В настоящее время по каналам связи могут передаваться как аналоговые, так и цифровые данные.

Причем могут передаваться данные в аналоговом виде, первоначально имеющие цифровую форму.

Например. Передача данных от компьютера по телефонной линии связи при помощи модема.

И наоборот данные, имеющие изначально аналоговую форму: телевизионное изображение, речь могут преобразовываться  в цифровую форму и передаваться при помощи последовательности прямоугольных импульсов.

1. Аналоговая модуляция.

Аналоговая модуляция применяется для передачи данных по каналам связи с относительно узкой полосой частот.

Методы аналоговой модуляции.

Аналоговая модуляция является таким способом кодирования, при котором информация кодируется изменением амплитуды, частоты или фазы (Рисунок 12.).

Последовательность бит исходной информации – потенциальный код. Широко используется в цифровой технике для передачи данных внутри радиоэлектронных блоков.

Амплитудная модуляция: для логической единицы выбирается один уровень амплитуды, а для логического нуля другой.

Частотная модуляция: значения 0 и 1 исходных данных передаются синусоидами с различной частотой f0 и f1.

Фазовая модуляция: сигналам логических 0 и 1 соответствуют сигналы одинаковой частоты, но с различной фазой (0, 90, 180 и 270 градусов).

Рисунок 12. Методы модуляции

Амплитудная модуляция обладает слабой помехоустойчивостью. Вследствие этого применяется редко.

Частотная модуляция проста в реализации, но используется в основном при низких скоростях передачи.

Фазовая модуляция применяется, как правило, совместно с амплитудной и такой вид называется комбинированной модуляцией (амплитудно-фазовой АМ-ФМ). Комбинированная модуляция повышает скорость передачи. Наиболее распространенными являются методы квадратурной модуляции.

Пример.

Восемь значений сдвига фазы. Четыре значения сдвига амплитуды. Получится 32 значения параметра информационного сигнала.

Но аппаратура в этом случае получается достаточно сложной.

Спектр модулированного сигнала.

Спектр результирующего модулированного сигнала зависит от типа модуляции и скорости модуляции.

Рассмотрим спектр потенциального кода, как последовательности чередующихся нулей и единиц.

Если сигнал передается со скоростью N бит/с, то спектр будет состоять из постоянной составляющей и гармоник с частотами f0, 3f0, 5f0, 7f0, и т.д., где f0 = N/2. f0 (Рисунок 13.).

Поскольку гармоники убывают медленно относительно нулевой гармоники, то для передачи потенциального кода требуется широкая полоса пропускания.

Рисунок 13. Гармоники последовательности прямоугольных импульсов

Следует подчеркнуть, что изображенный спектр является спектром последовательности чередующихся нулей и единиц. Реальный сигнал все время изменяется. В результате происходит перераспределение энергии между гармоническими составляющими. Если передаются все нули или все единицы, то спектр будет иметь только постоянную составляющую f0. В то же время при передаче меандра будут присутствовать все гармоники. Это позволяет говорить о том, что спектр потенциального кода занимает полосу частот от нуля до 5-7 гармоники.

Пример.

Рассмотрим канал тональной частоты. Его частотная характеристика, рисунок 14, имеет полосу от 300 до 3400 Гц (Рисунок 14.).

Рисунок 14. Частотная характеристика канал тональной частоты

Для разборчивой передачи голоса такой полосы вполне достаточно.

К тому же полоса строго регламентируется, поскольку используется аппаратура уплотнения и коммутации.

Допустим, мы решили передавать данные, используя потенциальный код, по такому каналу связи.

Спектр потенциального кода должен занимать полосу от 0 до 7f0.

Тогда f0 = 3400/7  485,7 Гц, поскольку f0 = N/2, то скорость передачи по каналу тональной частоты N = 2 f0 = 2 485,7 971 бит/с.

Нижняя граничная частота составляет 300 Гц, а, следовательно, невозможна передача постоянной составляющей. А прямоугольные импульсы имеют постоянную составляющую. В результате потенциальные коды не используются для передачи по каналам тональной частоты.

При амплитудной модуляции спектр состоит из синусоиды несущей частоты f0 и двух боковых гармоник (f0 + fm) (f0 - fm), где fm – частота изменения информационного параметра синусоиды, которая совпадает со скоростью передачи данных при использовании двух уровней амплитуды. Ширина спектра модулированного сигнала при этом равна 2fm.

Пример. Для канала тональной частоты такой способ модуляции может обеспечить скорость передачи N = 3100/2 = 1550 бит/с (Рисунок 15.).

Рисунок 15. Спектр амплитудно-модулированного сигнала и частотная характеристика канала тональной частоты.

Для повышения скорости передачи необходимо увеличивать число разрешимых состояний информационного сигнала.

Это достигается комбинированными методами модуляции.

2. Цифровое кодирование

При цифровом кодировании применяются потенциальные и импульсные коды.

Потенциальный код.

Для представления логических единиц и нулей используют только значение потенциала сигнала, а его перепады (фронты) во внимание не принимаются.

Импульсный код.

Представляют двоичные данные либо импульсами определенной полярности, либо перепадом (фронтом) потенциала определенного направления.

Пример.

Рассмотрим потенциальный код. Последовательность нулей и единиц представленных двумя уровнями напряжения.

Он имеет следующие недостатки:

  •  спектр такого сигнала имеет значительную долю низкочастотных составляющих и большую постоянную составляющую, что сильно усложняет фильтрацию напряжения питания и передачу через гальваническую электрическую развязку;
  •  имеет широкий спектр, что затрудняет его передачу по каналу связи с ограниченной полосой пропускания;
  •  не обладает свойством самосинхронизации.

Все это говорит о том, что потенциальный код практически не пригоден для передачи по линиям связи.

Требования к методам цифрового кодирования.

  1.  Сигнал должен иметь при одной и той же битовой скорости наименьшую ширину спектра результирующего сигнала.
  2.  Обеспечивать синхронизацию между передатчиком и приемником. Иными словами сигнал должен содержать информацию о тактовой частоте в виде дискретной составляющей, легко выделяемой на фоне непрерывной части спектра.
  3.  Обладать способностью распознавать ошибки.
  4.  Минимальную спектральную плотность на нулевой частоте и ее ограничение на нижних частотах.
  5.  Минимальную избыточность.
  6.  Минимально возможные длины блоков повторяющихся 0 и 1.
  7.  Минимальную диспаритетность – неравенство 0 и 1 в кодовых комбинациях.

  1.  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81525. Генетическая гетерогенность. Полиморфизм белков в популяции человека (варианты гемоглобина, гликозилтрансферазы, группоспецифических веществ и др) 107.01 KB
  Группы крови. Другой важный пример полиморфизма белков связанный с проблемой переливания крови существование в популяции людей 3 аллельных вариантов гена фермента гликозилтрансферазы А В и 0. Антитела к антигенам А и В обычно имеются в сыворотке крови людей на поверхности эритроцитов которых отсутствует соответшвующий антиген т. индивидуумы с антигенами А на поверхности эритроцитов продуцируют в сыворотку крови антитела к Вантигенам антиВ а люди с Вантигенами антитела к антигенам А антиА.
81526. Биохимические основы возникновения и проявления наследственных болезней (разнообразие, распространение) 104.52 KB
  За этой группой следуют белки модулирующие функции белков и участвующие в правильном сворачивании полипептидных цепей. Хорошо изученными наследственными заболеваниями связанными с нарушением синтеза α или βцепей НЬ являются талассемии. Синтез α и βцепей в норме регулируется таким образом что все молекулы протомеров используются на синтез тетрамера α2β2 Талассемии возникают как результат мутаций включающих замены или делеции одного или нескольких нуклеотидов а иногда и целого гена кодирующего структуру одного из протомеров....
81527. Основные системы межклеточной коммуникации: эндокринная, паракринная, аутокринная регуляция 100.4 KB
  По расстоянию от клетки продуцента гормона до клеткимишени различают эндокринный паракринный и аутокринный варианты регуляции. Клеткимишени могут отстоять от эндокринной клетки сколь угодно далеко. Пример: секреторные клетки эндокринных желёз гормоны из которых поступают в систему общего кровотока. Примеры: эндотелины вырабатываемые клетками эндотелия и воздействующие на эти же эндотелиальные клетки; Тлимфоциты секретирующие интерлейкины имеющие мишенями разные клетки в том числе и Тлимфоциты.
81528. Роль гормонов в системе регуляции метаболизма. Клетки-мишени и клеточные рецепторы гормонов 106.94 KB
  Клеткимишени и клеточные рецепторы гормонов Роль гормонов в регуляции обмена веществ и функций. Физиологический эффект гормона определяется разными факторами например концентрацией гормона которая определяется скоростью инактивации в результате распада гормонов протекающего в основном в печени и скоростью выведения гормонов и его метаболитов из организма его сродством к белкампереносчикам стероидные и тиреоидные гормоны транспортируются по кровеносному руслу В комплексе с белками количеством и типом рецепторов на поверхности...
81529. Механизмы передачи гормональных сигналов в клетки 98.08 KB
  По механизму действия гормоны можно разделить на 2 группы. К первой группе относят гормоны взаимодействующие с мембранными рецепторами пептидные гормоны адреналин а также гормоны местного действия цитокины эйкозаноиды. Вторая группа включает гормоны взаимодействующие с внутриклеточными рецепторами.
81531. Строение, синтез и метаболизм иодтиронинов. Влияние на обмен веществ. Изменение метаболизма при гипо- и гипертиреозе. Причины и проявление эндемического зоба 160.08 KB
  Биосинтез йодтиронинов. Из цистерн ЭР Тиреоглобулин поступает в аппарат Гольджи включается в состав секреторных гранул и секретируется во внеклеточный коллоид где происходит йодирование остатков тирозина и образование йодтиронинов. Йодирование тиреоглобулина и образование йодтиронинов осуществляется в несколько этапов Транспорт йода в клетки щитовидной железы. Образование йодтиронинов.
81532. Регуляция энергетического метаболизма, роль инсулина и контринсулярных гормонов в обеспечении гомеостаза 107.55 KB
  Абсорбтивный период характеризуется временным повышением концентрации глюкозы аминокислот и жиров в плазме крови. Изменения метаболизма в печени в абсорбтивном периоде После приёма пищи печень становится главным потребителем глюкозы поступающей из пищеварительного тракта. Почти 60 из каждых 100 г глюкозы транспортируемой портальной системой задерживается в печени. Увеличение потребления печенью глюкозы не результат ускорения её транспорта в клетки транспорт глюкозы в клетки печени не стимулируется инсулином а следствие ускорения...
81533. Изменения метаболизма при сахарном диабете. Патогенез основных симптомов сахарного диабета 115.42 KB
  При недостаточности содержания инсулинавозникает заболевание которое носит название сахарный диабет: повышается концентрация глюкозы в крови гипергликемия появляется глюкоза в моче глюкозурия и уменьшается содержание гликогена в печени. При введении инсулина больным диабетом происходит коррекция метаболических сдвигов: нормализуется проницаемость мембранмышечных клеток для глюкозы восстанавливается соотношение между гликолизом и глюконеогенезом. В связи с этим при инсулярной недостаточности и сохранении или даже повышении...