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

4 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

33800. Предмет и сущность общей теории государства и права 14.89 KB
  Общая теория государства и права это система обобщенных знаний о наиболее общих закономерностях возникновения развития и функционирования права и государства вообще их сущности а также связанных с ними государственноправовых явлений. Теория государства и права наука общественная. Объектом изучения теории права как и всех общественных наук является общество в целом.
33801. Понятие норм права, их структура и виды 16.66 KB
  Признаки правовой нормы: Устанавливается и санкционируется государством. Структура правовой нормы: Гипотеза элемент нормы устанавливающий условия применения нормы тоесть условия применения правила изложенного в норме. Диспозиция элемент нормы содержащий собственно само правило поведения при условии наступления событий изложенных в гипотезе. Санкция элемент нормы устанавливающий ответственность или меры государственного принуждения применяемые к нарушителю правила предусмотренного в диспозиции.
33802. Сущность государства. Понятие и основные признаки государства 15.98 KB
  Понятие и основные признаки государства Госвоесть политическая организацияассоциация члены которой объединяются в единое целое публичновластными отношениями и структурами. Признаки госва: 1террит. основа госва вкл .
33803. Понятие функций государства и их классификация 17.72 KB
  Функции государства это основное направление деятельности государства в котором выражается сущность и социальное назначение государственного управления обществом. функции носят объективный характер; 2. функции носят систематический постоянный характер; 3. функции возникают и развиваются в соответствии с задачами и целями государства; 5.
33804. Формы государства. Государственный аппарат. Источники права 17.7 KB
  Источники права Форма государства внешняя структура способ организации государственной власти выражающаяся в построении верховных ор ганов государства распределении власти меяаду различными уровнями государственных органов общем режиме управления страной. Механизм государства призван надежно гарантировать и охранять законные интересы и права своих граждан. Источник права Источник форма права способ с помощью которого закрепляются находят внешнее выражение нормы права. Некоторые учёные отождествляют источник и форму выражения...
33805. Понятие, сущность и структура Конституции Республики Беларусь 17.02 KB
  Конституция Республики Беларусь белор. Канстытуцыя Рэспублікі Беларусь основной закон Республики Беларусь. Конституция Социалистической Советской Республики Белоруссии 1919 года Первая Конституция Социалистической Советской Республики Белоруссии ССРБ была принята на I Всебелорусском съезде Советов 3 февраля 1919 г.
33806. Гражданство Республики Беларусь 17.47 KB
  Гражданство Республики Беларусь это устойчивая правовая связь человека Республикой Беларусь выражающаяся в совокупности их взаимных прав обязанностей и ответственности.1991 года был введен в действие Закон Республики Беларусь О гражданстве Республики Беларусь который действовал до 17.2002 года был принят Закон Республики Беларусь О гражданстве Республики Беларусь который вступил в силу 17.
33807. Избирательная система 17.6 KB
  Избирательная система в широком смысле совокупность правовых норм регулирующих порядок предоставления избирательных прав проведения выборов в органы государства и местного самоуправления определения результатов голосования. Такая система правовых норм в совокупности образует избирательное право в широком смысле. Избирательная система в узком смысле порядок определения результатов голосования.
33808. Референдум. Виды референдумов 15.74 KB
  Виды референдумов. Референдум важнейший институт прямой демократии. Референдум это один из способов участия общественности в принятии решений важных для государства и для каждого отдельного гражданина. Условия проведения референдума и его процедура регулируются конституциями и законодательством соответствующих стран.