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

8 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

16573. Исследование работы барьерного озонатора 221.5 KB
  Лабораторная работа №2 Исследование работы барьерного озонатора Цель работы 1. Ознакомление с конструкцией барьерного озонатора принципом его работы и выходными параметрами. 2. Исследование режимов работы барьерного озонатора определение концентрации озона акт...
16574. Исследование работы нейтрализаторов статического электричества 69.5 KB
  Лабораторная работа № 7 Исследование работы нейтрализаторов статического электричества 1. Цель работы. Экспериментальное определение эффективности работы пассивных индукционных и активных высоковольтных нейтрализаторов статического электричества...
16575. Прикладное программное обеспечение. Табличный процессор Excel 284.5 KB
  Лабораторная работа №1 Тема 5: Прикладное программное обеспечение. Табличный процессор Excel Содержание: Создание и сохранение таблицы ввод и корректировка данных числовые форматы вычисления оформление и т.д. Работа с таблицами многоразового использования: ...
16576. Табличный процессор Excel 118.5 KB
  Лабораторная работа №2 Тема 5: Прикладное программное обеспечение. Табличный процессор Excel Содержание: Создание и сохранение таблицы ввод и корректировка данных числовые форматы вычисления оформление и т.д. Работа с таблицами многоразового использова...
16577. ФОРМАТИРОВАНИЕ ШРИФТА ТЕКСТА ПРИ СОЗДАНИИ ДОКУМЕНТОВ 612 KB
  ИНФОРМАТИКА. ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ. У2 Word 1. ФОРМАТИРОВАНИЕ ШРИФТА ТЕКСТА ПРИ СОЗДАНИИ ДОКУМЕНТОВ.Цель занятия. Изучение информационной технологии набора текста а также его форматирования добавления в текст различных символов обрамления и заливки текста в текстовом р...
16578. ОФОРМЛЕНИЕ АБЗАЦЕВ ДОКУМЕНТОВ. КОЛОНТИТУЛЫ 184 KB
  ИНФОРМАТИКА. ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ. У2 Word 2. ОФОРМЛЕНИЕ АБЗАЦЕВ ДОКУМЕНТОВ. КОЛОНТИТУЛЫ Цель занятия. Изучение информационной технологии создания и форматирования абзацев текста в текстовом редакторе MS Word.Инструментарий. ПЭВМ IBM PC программа MS Word.Домашнее задание. Зарисо...
16579. СОЗДАНИЕ И ФОРМАТИРОВАНИЕ ТАБЛИЦ В MS WORD 128.5 KB
  У2 Word 3. СОЗДАНИЕ И ФОРМАТИРОВАНИЕ ТАБЛИЦ В MS WORD Цель занятия. Изучение информационной технологии создания и форматирования таблиц в текстовом редакторе MS Word.Инструментарий. ПЭВМ IBM PC программа MS Word.Домашнее задание. Зарисовать панель инструментов Таблицы и границы и из
16580. СОЗДАНИЕ СПИСКОВ В ТЕКСТОВЫХ ДОКУМЕНТАХ 214.5 KB
  ИНФОРМАТИКА. ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ. У2 Word 4. СОЗДАНИЕ СПИСКОВ В ТЕКСТОВЫХ ДОКУМЕНТАХ Цель занятия. Изучение информационной технологии создания и форматирования списков в текстовом редакторе MS Word.Инструментарий. ПЭВМ IBM PC программа MS Word.Литература. Практикум по информати...
16581. КОЛОНКИ. БУКВИЦА. ФОРМАТИРОВАНИЕ РЕГИСТРОВ. ПОДГОТОВКА К ПЕЧАТИ 230.5 KB
  ИНФОРМАТИКА. ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ. У2 Word 5. КОЛОНКИ. БУКВИЦА. ФОРМАТИРОВАНИЕ РЕГИСТРОВ. ПОДГОТОВКА К ПЕЧАТИ Цель занятия. Изучение информационной технологии создания колонок использования буквицы при форматировании текста форматирования регистров в текстовом редакт