Галкин В.А., Григорьев Ю.А. - Телекоммуникации и сети, страница 12

Различие заключа­ется лишь в том, что коэффициент модуляции для ФМ-сигнала Аф постоянен, аиндекс модуляции для ЧМ-сигнала р зависит от частоты модулирующего сиг­нала cOj.При использовании ФМ для передачи данных каждому информационномуэлементу - биту - ставится в соответствие определенное значение фазы (на­пример, О - для передачи нуля, 180 - для передачи единицы).При фазоразиостиой модуляции (DPSK - Differential Phase Shift Keying)каждому информационному элементу ставится в соответствие не абсолютноезначение фазы, а ее изменение относительно предьщущего значения.

Если ин­формационный элемент есть дибит, то в зависимости от его значения (00, 01,10 или 11) фаза сигнала может измениться на 90, 180,270 или не изменитьсявовсе. Из теории информации известно, что фазовая модуляция наиболее ин­формативна, однако увеличение числа кодируемых бит вьппе трех (8 позицийповорота фазы) приводит к резкому снижению помехоустойчивости. Поэтому ввысокоскоростных модемах применяются комбинированные амплитудно-фа­зовые методы модуляции.582.1.

Понятие системы передачи данныхКвадратурно-амплитудная модуляция. Многопозиционную амплитуд­но-фазовую модуляцию называют еще квадратурной амплитудной моду­ляцией (QAM - Quadrature Amplitude Modulation). В данном виде модуляциидля повышения пропускной способности используют одновременную манипу­ляцию двух параметров несущего колебания - амплитуды и фазы. Каждое воз­можное состояние модулированного сигнала (вектор сигнала или точка сиг­нального пространства) характеризуется определенным значением амплитудыи фазы, которые входят в так называемое созвездие,В настоящее время используют модуляции, в которых количество кодируе­мых на одном бодовом интервале информационных бит может доходить до 8,а, cooTBCTCTBcifflo, созвездие иметь число состояний сигнала в сигнальном про­странстве - до 256.Однако с ростом модуляционной скорости и числа состояний сигнала устой­чивость к помехам многопозиционной QAM-модуляции быстро снижается, чтосвязано с уменьшением энергии элемента сигнала и различий между соседни­ми допустимыми состояниями сигналов.

Значительное повышение реальнойпомехоустойчивости на скоростях передачи 9600 бит/с и более было достигнуто,благодаря применению комбинации модуляции с решетчатым кодрфованием.Модуляция с решетчатым кодированием. В современных высокоско­ростных протоколах используют так называемую модуляцию с решетчатымкодированием или треллис-кодированием (ТСМ - Trellis Coded Modulation),которая позволяет повысить помехозащищенность передачи информации и сни­зить требования к отношению сигнал/шум в канале от 3 до 6 дБ, Суть этогокодирования заключается во введении избыточности в пространство сигналовза счет чего создаются корреляционные связи между передаваемыми симво­лами.

Пространство сигналов расширяется вдвое путем добавления к инфор­мационным битам еще одного, который образуется посредством сверточногокодирова1шя над частью информационных бит и введения элементов запазды­вания. Расширенная таким образом группа подвергается все той же многопо­зиционной амплитудно-фазовой модуляции. В процессе демодуляции принятогосигнала проводится его декодирование по весьма изощренному алгоритму Витерби, позволяющему за счет введенной избыточности и знания предысториивыбрать по критерию максимального правдоподобия из сигнального простран­ства наиболее достоверную точку и, тем самым, определить значения инфор­мационных бит.Если все принято без ошибок, то треллис-бит просто удаляется.

А вот еслиошибки бьши, то с очень большой вероятностью последовательность, содер­жащая сбойные биты, окажется запрещенной. При помощи специального ите­ративного алгоритма осуществляется поиск по решетке (отсюда и название).Декодер Витерби находит «наиболее подходящую» разрешенную последова­тельность и заменяет ею сбойную. Причем, с весьма большой вероятностьюэта замена действительно окажется верной. Треллис-коды построены такимобразом, что они защищены от перепутывания именно соседних состояний в592. Основы телекоммуникациипространстве сигналов, которые как раз и рискуют «перепутаться» в результа­те воздействия помехи.Амплитудно-фазовая модуляция с несколькими несущими.

Один изсовременных методов амплитудно-фазовой модулящш основан на одновремен­ной передаче множества несущих. Например, в одном конкретном приложении,используют 48 несущих, разделенньк полосой в 45 Гц. Путем комбинированияфазовой и амплитудной модулящш, каждая несущая может иметь до 32 диск­ретных состояний на каждый период бода, позволяя переносить 5 бит на бод.Таким образом, 48 несущих могут переносить 5x48 = 240 бит на бод. Для рабо­ты со скоростью 9600 бит/с скорость модуляции требует только 40 бод(9600:240); такая низкая скорость весьма терпима к фазовым и амплитуднымскачкам, которые присущи телефонной сети. Реально используемая полоса со­ставляет 2240 Гц.

Модуляция и демодуляция осуществляются в цифровом видев микропроцессоре. Этот метод модулирования иллюстрирует, что достаточнодешевая электроника позволяет реализовывать идеи, которые никогда не сталибы практикой совсем недавно.Спектр модулированною сигнала. Как бьшо сказано выше, спектр ре­зультирующего модулированного сигнала зависит от типа модуляции и скорос­ти модуляции, т.

е. желаемой скорости передачи исходной информации. Приамплитудной модуляции спектр состоит из синусоиды несущей частоты^= Qдвух боковых гармоник: (/^'^ fj ^ (f^- fj^ где f^ = со - частота измененияинформативного параметра синусоиды, совпадающая со скоростью передачиданных при использовании двух уровней амплитуды (рис.

2.8, а). Частота^^определяет пропускную способность линии при данном способе кодрфования.При небольшой частоте модуляции ширина спектра сигнала будет также не­большой (равной 2fJ, поэтому сигналы не будут искажаться в канале, если егополоса пропускания будет больше или равна 2f^. Для канала тональной часто­ты такой способ модуляции приемлем при скорости передачи данных не больше3100/2=1550 бит/с. Если же для представления данных используют четыре уров­ня амплитуды, то пропускная способность канала повьппается до 3100 бит/с.О /с-Л/сfc+fn,аfОf^^mЗ/о5/оfбРис. 2.8.

Спектры сигналов при амплитудной модуляции (а)и потенциальном кодировании (б)602.1. Понятие системы передани данныхПри ФМ и ЧМ спектр сигнала получается более сложным, чем при AM, таккак боковых гармоник здесь образуется более двух, но они также симметрич­но расположены относительно основной несущей частоты, а их амплитудыбыстро убывают. Поэтому эти виды модуляции также хорошо подходят дляпередачи данных по каналу тональной частоты.Рассмотрим спектр сигнала при потенциальном кодировании. Пусть логи­ческая единица кодируется положительным потенциалом, а логический ноль отрицательным потенциалом такой же величины. Для упрощения вычисленийпредположим, что передается информация, состоящая из бесконечной после­довательности чередующихся единиц и нулей.

В данном случае значения боди бит в 1с совпадают.Для потенциального кодирование спектр непосредственно получается поформулам Фурье для периодической функции. Если дискретные данные пере­даются с битовой скоростью Л^ бит/с, то спектр состоит из постоянной состав­ляющей нулевой частоты и бесконечного ряда гармоник с частотами^, 3/^,5/^, 7/Q, ..., гдеу^ = N12.

Амплитуды этих гармоник убывают достаточно медле1шо - с коэффициентами 1/3,1/5,1/7.... от амплитуды гармоники^^ (рис. 2.8, б).В результате спектр потенциального кода требует для качественной передачиширокую полосу пропускания. Кроме того, нужно учесть, что реально спектрсигнала постоянно меняется в зависимости от того, какие данные передаютсяпо линии связи. Например, передача длинной последовательности нулей илиединиц сдвигает спектр в сторону низких частот, а в крайнем случае, когдапередаваемые данные состоят только из единиц (или только из нулей), спектрсостоит из гармоники нулевой частоты.

При передаче чередующихся единиц инулей постоянная составляющая отсутствует, поэтому спектр результирующе­го сигнала потенциального кода при передаче произвольных данных занимаетполосу от некоторой величины, близкой к О Гц до примерно 7/^ (гармониками счастотами выше If^ можно пренебречь из-за их малого вклада в результирую­щий сигнал). Для канала тональной частоты верхняя граница при потенциаль­ном кодировании достигается для скорости передачи данных в 971 бит/с, анижняя неприемлема для любых скоростей, так как полоса пропускания каналаначинается с 300 Гц. В результате потенциальные коды на каналах тональнойчастоты никогда не используют.Цифровое кодирование. При цифровом кодировании дискретной инфор­мации применяют потенциальные и импульсные коды.

В потенциальных кодахдля представления логических единиц и нулей используют только значение по­тенциала сигнала, а его перепады не учитывают. Импульсные коды позволяютпредставить двоичные данные либо импульсами определенной полярности, либофронтом импульса - перепадом потенциала определенного направления. Прииспользовании прямоугольных импульсов для передачи дискретной информа­ции необходимо выбрать такой способ кодирования, который одновременно:• имел при одной и той же битовой скорости наименьшую ширину спектрарезультирующего сигнала.

Более узкий спектр сигналов позволяет в канале с612. Основы телекоммуникацииОДНОЙ и той же полосой пропускания получать более высокую скорость пере­дачи данных. Кроме того, часто к спектру сигнала предъявляется требованиеотсутствия постоянной составляющей, т. е. наличия постоянного тока междупередатчиком и приемником. В частности, применение различных трансфор­маторных схем гальванической развязки препятствует прохождению посто­янного тока;• обеспечивал синхронизащпо между передатчиком и приемником. СинхроЕизащая передатчика и приемника нужна для того, чтобы приемник точно знал,в какой момент времени необходимо считывать новую информацию с линиисвязи.