Р.Л. Смелянский - Компьютерные сети. Том 1. Системы передачи данных (1130069), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Здесь 0 представлен единичным сигналом той же фазы, что и предыдущий, а 1 представлена елиничным сигналом, сдвинутым по фазе на 180 . При дифференциальной фазовой модуляции сигнал А соз(2я7;.г-г л) для 1; з(г) = А соз(2л7;г) лля О. Эффективность использования полосы пропускания существенно повысится, если единичный сигнал будет кодировать несколько бит. Например, сдвигая фазу единичного сигнала на 90', можно предложить метод кодирования цифровых данных, известный как квадратичная фазовая модуляция. В этом случае сигнал 78 Асов 2яг"„г+ — 1для11; 4 7' Асов 2я1"у ь — для 10; 3я! С Асов 2я7'г-г — для00; 5л ) с 4 Асов 2я7'т»- — для 01.
7я ) 4 з(г) = Эту схему можно усовершенствовать для передачи сразу трех битов, ."'; использовав восемь фазовых углов. Мы еще вернемся (см. подразд '; $;2;3) к использованию этого метода модуляции, когда будем рас,,;сматривать применение модема для передачи данных в телефонных '".: сетях, где используется 12 Фазовых углов, четыре из которых имеют ,,*, по две амплитуды 3"';:,';„',' Приведенный пример хорошо иллюстрирует различие битовой " 'скорости Я, бит(с, и скорости модуляции Р, бод.
Предположим, что =',;схема с 12 фазовыми углами применяется, когда на вход кодировщи:-;"',;:,!га подаются данные, закодированные с помощью )х) КХ-кода. В этом ,;;-,;йдучае битовая скорость Я = !Д„где гь — длина бита в )х)КУ.-коде. ',' «однако на выходе закодированный единичный сигнал будет нести '-';:,4 бита информации, используя при этом 16 различных комбинаций .= фазы и амплитуды, поэтому скорость модуляции будет равна Я/4 бод ".'ото означает, что при скорости модуляции, равной 2 400 бод, битовая ' „' 'скорость составляет 9 600 бит/с.
В общем случае Я Я 1ОК~ Е битовая ничном ",,где Р— скорость модуляции (сигнальная скорость); Я— ," 'скорость (скорость передачи данных); Ь вЂ” число битов в еди ,': 'сигнале; Х вЂ” число разных уровней единичных сигналов 3.2.4. Аналоговые данные — циФровой сигнал 79 Преобразование аналоговых данных в цифровой сигнал можно 'Представить как преобразование аналоговых данных в цифровую Форму, Этот процесс называется оцифровкой данных, Выполнив его, .:-;,Можно передать цифровые данные цифровым или аналоговым сиг'налом.
Как это делается, рассматривалось в подразд. 3.2.2 и 3.2.3 Для преобразования используют два устройства: АЦП (аналогово- -: "'"цифровой преобразователь) и ЦАП (цифроаналоговый преобразова:,:,:;-''. тель), АЦП превращает аналоговые данные в цифровую форму, а ЦАП выполняет обратную процедуру. Устройство, обьединяющее в себе функции и АЦП, и ЦАП, называется кодеком 1КОдер-ДЕКодер).
Рассмотрим два основных метода преобразования аналогового сигнала в цифровую форму: импульсно-кодовую модуляцию и дельта- модуляцию. Импульсно-кодовая модуляция Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) основывается на теореме Котельникова, которая утверждает, что если измерять параметры сигнала717) через регулярные интервалы времени с частотой не меньшей, чем удвоенная частота самой высокочастотной составляющей сигнала, то полученная серия измерений будет содержать всю инфор- гг, мв 1,5 1,3 1,1 0,9 0,7 0,5 0,3 0,1 Рису 3.7. Пример импульсно-кодовой модуляции: а — аид исхедноге сигнма и его разбиение на уровни; б — аид И КМ-сигнала 80 ...:". !ацию об исходном сигнале и этот сигнал может быть восстановлен полностью Например, для линий передачи с полосой пропускания 4 000 Гц :достаточно проводить замерь! с частотой 8000 Гц, !тоба! ! Но ью - ;',.
восстановить сигнал. Однако следует помнить, что это замеры ам'- -,, плитуды аналогового сигнала. Чтобы преобразовать резулыаты за-';,меров в цифровой код, поступают следующим образом. Весь диа- ' 'пазон возможных амплитуд сигналов сначала разбивают, например ,:: иа 16 уровней. Каждый уровень сопоставляется с двоичным кодом, '..: соответствующим лвоичному представлению номера этого уровня. ' ' В.'примере, изображенном на рис.
3.7, требуется четыре разряда для !тредставления каждого замера .-:,:;..., Важно иметь в виду, что точное восстановление исходного сигна.ла невозможно, так как каждый из 16 уровней является лишь приближением реального значения амплитуды сигнала.
Можно увеличить !пело уровней до 256, для чего потребуется восемь разрялов (при передаче голоса это будет сравнимо по качеству с аналоговой передачей). Однако заметим, что в этом случае придется передавать ре- :.1:,'зультаты более 8 000 замеров по восемь разрядов каждый в секунду, 1! 'т,'е. битовая скорость должна быть не ниже 64 Кбит/с На стороне приемника по полученному цифровому коду восста'=: йавливают аналоговый сигнал. Однако, как уже отмечалась, вслед—;: "ствие «округления» точное восстановление сигнала невозможно з;.::, Такой эффект называется ошибкой квантования, или шумом кван,!; -тгования. Существуют методы понижения этого шума за счет исполь',,: аевания нелинейных методов квантования Дельта-модуляция Альтернативой ИКМ является дельта-модуляция (рис.
3.8). В этом ;,' методе модуляции на исходную непрерывную функцию, представ" !гяющую собой аналоговый сигнал, накладывают ступенчатую функ-', цию. Значения этой ступенчатой функции изменяются на каждом -.- Шаге квантования по времени Т,. на значение шага 8. Замена исход'Ной функции на эту дискретную, ступенчатую функцию интересна : тем, что поведение последней при этом носит двоичный характер. ':. На каждом шаге значение ступенчатой функции либо увеличива, ', ется на шаг 8, и этот случай представляет 1, либо уменьшается на -::Шаг 8, и этот случай представляет О. Оцифрованный вид этой функции также показан на рис. 3.8.
Мы вернемся еще к этому методу, " ' когда будем рассматривать работу телефонной системы (см, подразл. 5,2) Процесс передачи при использовании дельта-модуляции органи:.'::зуется следующим образом. В момент очередного замера текущее - -':-:. 'значение исходной функции сравнивается со значением ступенчатой ,:Функции на предыдущем шаге.
Если значение исходной функции 81 Амплитуда сигнала Аналоговый ~входной сигнал Ступенчатая функння -В-й;='4- +-1-++-:--'-1-++-т — ~+-',-+-'-д-~-",-1-а ~ ! ' ~1 ~ ~) ' 1 ~Л ~Т ' 1 1 рема Рис. 3.8. Пример дельта-модуляции; а — кодируемые данные; о — результируктнтий сигнал 3.2.5. Аналоговые данные — аналоговый сигнал Анализ этого вида преобразования начнем с того, что вьисним, где может возникнуть потребность в нем.
Аналоговая модуляция цифровых ланных применяется там, где нет цифровых каналов. Цифровое колирование аналоговых данных используется там, тле есть больше, то передается 1. В противном случае передается О. Таким образом, ступенчатая функция всегда изменяет свое значение. Метод дельта-модуляции характеризуется двумя параметрами: шагом б и частотой замеров, или шагом квантования, та Выбор шага б — это установление баланса между ошибкой квантования и ошибкой перегрузки по крутизне характеристики (см.
рис. 3.8). Когда исходный сигнал изменяется достаточно медленно, то возникает только ошибка квантования, и чем больше б, тем больцте эта ошибка. Если же сигнал изменяется резко, то скорость роста ступенчатой функции может отставать. Ошибка этого вила, называемая ошибкой перегрузки по крутизне, растет с уменьшением Ь. Эту ошибку можно снизить, увеличив частоту замеров, олнако это увеличит битовую скорость на линии, фровгяе каналы. Когда же возникает потребность передавать ана";-фйфро 7 '- ':;„-бровь овьге данные с помошью аналоговых сигналов ',, Дрехгде всего, такая потребность возникает при использовании ррвдиок оканалов. Если передавать аудиоинформацию в голосовом диаг)язоне не частот (300 ... 3 000 Гц), то потребуется антенна очень большоуо Ра азмера.
Дело в том, что размер антенны и ). — длина волны мо пропорциональны. Из соотношения Ц = с, где с — скорость црям г 'света ":" ета в вакууме, ясно что при использовании низкочастотных си на- МОв ::..-': "в,необходимый размер антенны может достигать нескольких кило- мв тров. Модуляция, т.е. объединение исходного сигнала ле(г) и не- ,су)цей частоты /„ позволяет соответственно изменять параметры '1'...и ', ьйгодного сигнала и тем самым упростить решение ряда технических ;.:г)р)облом. Кроме того, модуляция позволяет использовать методы муль'!:т)я)чдексирования, или уплотнения (см. подразд. 5.2.5).
Использование :,;„,3щя.передачи электромагнитных волн рассмотрено в подразд. 3.3. г д 'пвс, 3.9 Иллюстрация трех способов передачи аналоговых данных в анало- говой форме: несуглия сновал: б — модулируюглия синусоилвльныя сигнал; е... д — соотвстст- . '„'~вино амплитудная, фавовая и частотная модуляпни при передаче аначоговых данных Три способа модуляции для передачи аналоговых данных в аналоговой форме (амплитудиая, частотная и фазовая) показаны на рис. 3.9. При амплитудной модуляции форма результирующего сигнала определяется формулой з(г) =(1 +и,хЯ1соз2пД (, где и, — индекс модуляции, который определяется как отношение амплитуды исходного сигнала к амплитуде несущего сигнала; Гр— частота несущей. Форма результирующего сигнала при частотной модуляции определяется следующим выражением; х(Г ) = А, соз (2 тф„т ч- и т Я), где иг — индекс частотной модуляции) т(г) = 1 + и„х(г).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
