Полный курс лекций 2009-го года (1130357), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

Действительно, все частоты выше этой отсутствуют в сигнале.Однако теорема Найквиста не учитывает шум в канале, который измеряется как отношение мощностиполезного сигнала к мощности шума: S/N. Эта величина измеряется в децибелах: 10 log10(S/N) dB.Например, если отношение S/N равно 10, то говорят о шуме в 10 dB, если отношение равно 100, то - 20dB.На случай канала с шумом есть теорема Шеннона, по которой максимальная скорость передачи поканалу с шумом равнаH log2 (1+S/N) бит/сек.,где S/N - соотношение сигнал-шум в канале.Здесь уже не важно количество уровней в сигнале.

Это теоретический предел, которой редкодостигается на практике. Например, по каналу с полосой пропускания в 3000 Гц и уровнем шума 30dB (этохарактеристики стандартной телефонной линии) нельзя передать данные быстрее, чем со скоростью 30000 бит/сек.2.1.4. Сигналы с ограниченной полосой пропусканияРассмотрим теперь, как влияют на скорость передачи данных способ их представления.Пусть мы хотим передать символ b в ASCII-коде - 01100010. На рисунке 2-2 (а) показаны формасигнала и основные гармоники.

Коэффициенты этих гармоник могут быть получены из (1) в следующейформе:На рисунке 2-2 (b-e) показана форма передаваемого сигнала в зависимости от количестваиспользуемых гармоник.Как мы уже отмечали в разделе 2.1.2, скорость передачи данных зависит от способа представленияданных на физическом уровне и сигнальной скорости, или скорости модуляции - скорости изменениязначения сигнала. Скорость изменений сигнала в секунду измеряется в единицах, называемых бот.

Еслискорость изменения значения сигнала b бот, то это не означает, что данные передается со скоростью bбит/сек. Многое зависит способа кодирования сигнала: одно изменение значения может кодировать сразунесколько бит. Если используется 8 значений (уровней) сигнала, то каждое изменение его значениякодирует сразу 3 бита.

Если используется только два значения сигнала, то скорость в битах равнаскорости в ботах.Рисунок 2-2. Сигнал как функция частотыЕсли имеется линия со скоростью b бит/сек, то для передачи 8 бит потребуется 8/b секунд.Следовательно, частота первой гармоники будет b/8 Гц. Телефонная линия позволяет передавать смаксимальной частотой 3000 Гц (это ее полоса пропускания).

Максимальное число гармоник может быть3000 8/b = 24000/b. Например, если мы хотим передавать данные со скоростью 9600 бит/сек, то сможемиспользовать не более 2 гармоник, т.е. сигнал, как на 2-2 (а) будет передаваться, как на 2-2 (c), чтопереводит проблему качественной передачи в область фокусов.Другой аспект способа кодирования – это спектр частот, необходимых для передач сигнала. Приразных способах кодирования он разный.2.2. Представление данных на физическом уровнеКак мы узнали из предыдущего раздела, способ представления данных существенно влияет наскорость передачи. Ранее мы уже отмечали, что данные и сигналы могут быть представлены либо ваналоговой, либо в цифровой форме.

На рисунке 2-5 показаны схемы цифровой и аналоговой передачи.При цифровой передаче данные из источника g(t) преобразуют в цифровой сигнал x(t). Данные g(t) могутбыть как аналоговыми, так и цифровыми. Форму x(t) выбирают так, чтобы оптимально использоватьвозможности среды передачи. Например, создать канал с максимальной пропускной способностью.Рисунок 2-5. Схемы аналоговой и цифровой передачиОсновой аналоговой передачи является непрерывный сигнал с постоянной частотой, которыйназывают несущим сигналом. Частоту несущего сигнала выбирают, исходя из характеристик физическойсреды передачи.

Данные передают, изменяя параметры несущего сигнала, или, как говорят в этом случае,модулируя несущий сигнал. Процесс модуляции состоит в управляемом изменении трех основныхпараметров сигнала: частоты, амплитуды и фазы.Как видно из рисунка 2-5, возможны четыре перечисленные ниже комбинации, все их которыхвстречаются на практике:§Цифровые данные – цифровой сигнал. Оборудование для преобразования данных в цифровой формев цифровой сигнал дешевле и проще, чем оборудование для преобразования данных в аналоговой форме вцифровой сигнал.§Аналоговые данные – цифровой сигнал.

Использование сигнала в цифровой форме позволяетприменять современные средства цифровой передачи, достоинства которой перед аналоговой отмечалисьвыше.§Цифровые данные – аналоговый сигнал. Некоторые физические среды передачи, например,оптоволокно, электромагнитные поля могут передавать сигналы только в аналоговой форме.§Аналоговые данные – аналоговый сигнал. Аналоговые данные в электрической форме могут легко идешево передаваться с помощью аналоговых сигналов. Хорошим примером этому случаю являетсятелефония, которую мы рассмотрим в разделе 2.5.Теперь перейдем к рассмотрению каждого из этих четырех случаев.2.2.1.

Цифровые данные – Цифровые сигналыВ этом разделе мы рассмотрим представление цифровых данных с помощью сигналов в цифровойформе и то, как это представление влияет на передачу данных.Цифровой сигнал – это дискретная последовательность импульсов по напряжению, каждый изкоторых имеет ступенчатую форму. Каждый импульс – это единичный сигнал. В общем случае данные вдвоичной форме при передаче кодируются так, что один бит данных может быть отображен в несколькоединичных сигналов. В простейшем случае это соответствие имеет однозначный характер: один бит – одинединичный сигнал.

В примерах, приведенных в предыдущих разделах, мы как раз встречали именно этотпростейший случай, когда двоичная 1 была представлена высоким потенциалом, а двоичный 0 – низким. Вэтом разделе мы рассмотрим разные схемы кодирования данных на физическом уровне.Если все единичные сигналы имеют одинаковую полярность (т.е. все положительную или всеотрицательную), то говорят, что сигнал униполярный. В противном случае логическую единицупредставляют положительным потенциалом, а логический ноль – отрицательным. Скорость передачиданных – это количество бит в секунду, которые передают с помощью сигналов.

Эту скорость такженазывают битовой скоростью.Продолжительность (длина) бита – это интервал времени, которое нужно передатчику, чтобыиспустить последовательность надлежащих единичных сигналов. При скорости передачи данных R бит/сек,длина бита равна 1/R. Напомним, что скорость модуляции или сигнальная скорость измеряется в бот – этоскорость изменения уровня сигнала. Очень многое зависит от способа кодировки данных. Как уже былоотмечено в разделах 2.1.2 и 2.1.4, за одно изменение уровня сигнала можно передать несколько битданных.Теперь рассмотрим, какие задачи должен решать приемник при передаче.

Эти задачи хорошоиллюстрирует рисунок 2-4 (раздел 2.1.2). Прежде всего, приемник должен быть точно настроен на длинубита. Он должен уметь распознавать начало и конец передачи каждого бита, а также уровень сигнала:низкий или высокий. На рисунке 2-4 эти задачи решаются измерением уровня сигнала в середине длиныбита и сравнением результата измерения с пороговым значением. Из-за шума на линии при этом могутвозникать ошибки.Рисунок 2-6.

Примеры кодовКак мы уже отмечали в разделе 2.1, есть три важных фактора влияющие на правильность передачи:уровень шума, скорость передачи данных и ширина полосы пропускания канала. Существует еще одинфактор, влияющий на передачу данных: это способ представления (кодировки) данных на физическомуровне.

Существует много таких способов, мы рассмотрим лишь наиболее распространенные. Онипоказаны на рисунке 2-6 и в таблице 2-7.Таблица 2-7. Свойства кодовПотенциальный код NRZ0 – высокий потенциал1 – низкий потенциалБиполярный код NRZI0 – нет перепада уровня сигнала в начале битного интервала1 – перепад уровня сигнала в начале интервалаБиполярный код AMI0 – отсутствие сигнала1 – положительный или отрицательный потенциал, обратный по отношению к потенциалу впредыдущий периодМанчестерский код0 – переход с высокого потенциала на низкий в середине интервала1 – переход с низкого потенциала на высокий в середине интервалаПотенциальный код 2B1QИспользует 4 уровня сигналов, значение уровня определяется значением пары битов данных.Основными критериями сравнения различных способов кодирования данных на физическом уровнеявляются:§Ширина спектра сигнала.

Чем меньше высокочастотных составляющих в сигнале, тем меньшая ширинаполосы пропускания канала требуется для передачи. Важным также является отсутствие постояннойсоставляющей, т.е. гармоники с постоянными, не меняющимися параметрами. Появление такой гармоникиприводит к наличию постоянного тока между приемником и передатчиком, что крайне нежелательно.Наконец, как мы уже отмечали, ширина спектра влияет на искажение формы сигнала. Чем шире спектр,тем сильнее искажения.§Синхронизация между приемником и передатчиком. Мы уже отмечали необходимость дляприемника точно определять начало и конец битового интервала. На небольших расстояниях, например,внутри компьютера или между компьютером и его периферийными устройствами для этих целейиспользуют дополнительную линию синхронизации. По этой линии специальная тактирующая схема (часы)выдает строго через определенные промежутки синхроимпульсы.

Характеристики

Список файлов лекций