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

6 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

48183. Психологія конфлікту. Курс лекцій 343 KB
  Об'єктом комплексного аналізу науки постають конфлікти в цілому з усіма їх базовими ознаками, елементами та принципами розвитку; специфічною стороною об'єкта конфліктології є та сфера суспільного життя (буття, особи), в якій виникає конфлікт, адже це первинно визначає його характер (економічний, соціальний, етнічний, культурний, юридичний тощо)
48184. Основы системного использования ЭВМ. Работа с системой MathCAD 581.5 KB
  Работа с системой MthCD Пекунов В. В настоящее время существуют универсальные математические пакеты например MthCD MtLB Mthemtic позволяющие оперативно решать такие задачи. При этом система MthCD выгодно отличается простотой освоения возможностями ввода и редактирования формул в естественной для человека форме имеет достаточную мощность для большинства инженерных расчетов. Курс содержит сведения позволяющие освоить основные возможности системы MthCD: решение систем линейных и нелинейных уравнений; работу с последовательностями;...
48185. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ 187.5 KB
  Итого внеоборотных активов 100 100 Доля в общих активах 007 014 Структура оборотных активов Незавершенное производство 1162 6 авансы поставщикам 48 18 производственные запасы и МБП 208 142 готовая продукция и товары 206 525 дебиторская задолженность счета к получению 108 85 Денежные средства 172 4 прочие текущие активы 14 13 ===Итого оборотных активов 100 100 Доля в общих активах 9993 9986 Структура инвестированного капитала Уставный капитал 043 01 Накопленный капитал 9957 999 Долгосрочные...
48186. Регіональна геологія. Конспект лекцій 4.83 MB
  Використовуючи історико-геологічний принцип в структурі континентальної літосфери виділяються області давніх докембрійських і молодих епігерцинських платформ байкальські каледонські герцинські складчасті споруди мезозойські параплатформи тобто області близькі до платформ кайнозойські складчасті споруди сучасні геосинкліналі області епіплатформового орогенезу тощо. Сюди відносяться Східноєвропейська Сибірська Індостанська Китайська платформи Євроазіатського континенту АфриканоАравійська Австралійська Північноамериканська та...
48187. Регионализация международных отношений 100 KB
  Современный мир не ограничивается реальным географическим пространством он стал многомерным. Политологи делают упор на распространение демократических институтов. Формирование единого мирового пространства на принципах европейского Просвещения оказалось в качестве основной приманки для бездумной советской интеллигенции сыгравшей роль разрушителя отечественного социокультурного пространства. В реальной действительности процесс глобализации идет по пути интернационализации элит формирования мирового клуба избранных преимущественно из...
48190. ІСТОРІЯ СЕРЕДНЬОВІЧНОГО СХОДУ КУРС ЛЕКЦІЙ 2.42 MB
  ІНДІЯ ПІСЛЯ ІСЛАМСЬКОГО ЗАВОЮВАННЯ. Встановивши східну деспотію в СРСР вожді від âдиктатури пролетаріатуâ не бажали залишати в умах підданих зайвих асоціацій і хоча після смерті Й. Інші річки Хуайхе Чжуцзян Хайхе Ляохе теж відігравали певну роль у природногосподарській системі традиційного Китаю а після завершення будівництва Великого каналу VII ст. Для тогочасних китайців було характерним міняти особисте ім'я людини протягом життя: в дитинстві всім давалося âмолочне ім'яâ жумін після повноліття основне мін нарешті...