Лекции 2010-го года (1130544), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Аналоговая модуляция цифровых данных возникает там,где нет цифровых каналов. Цифровое кодирование аналоговых данных возникает тогда,когда есть цифровые каналы. Где возникает потребность передавать аналоговые данные спомощью аналоговых сигналов?Прежде всего, такая потребность возникает при использовании радиоканалов. Еслипередавать аудиоинформацию в голосовом диапазоне (300 – 3000 Гц), то потребуетсяантенна диаметром в несколько километров.
Модуляция, т.е. объединение исходногосигнала m(t) и несущей частоты ƒc, позволяет нужным образом изменять параметрыисходного сигнала и тем самым упростить решение ряда технических проблем. Кромеэтого, модуляция позволяет использовать методы мультиплексирования или уплотнения.(О мультиплексировании мы поговорим в разделе 2.4, а в разделах 2.3 и 2.5 мырассмотрим подробнее использование электромагнитных волн для передачи).Три способа модуляции для передачи аналоговых данных в аналоговой форме показанына рисунке 2-14.
Это амплитудная модуляция, частотная и фазовая.Рисунок 2-14. Передача аналоговых данных в аналоговой форме26При амплитудной модуляции форма результирующего сигнала определяется формулой:,где ƒc - частота несущей,na– индекс модуляции, который определяют как отношение амплитуды исходного сигналак амплитуде несущего сигнала.Форма результирующего сигнала при частотной модуляции определяется следующимвыражением:,где nf - индекс частотной модуляции, m(t)=1+na x(t).Сигнал, получаемый фазовой модуляцией, определяет соотношение:,где np – индекс фазовой модуляции.27Все эти три вида модуляции порождают сигнал S(t), спектр которого симметриченотносительно ƒc.Широко распространенным случаем аналоговой модуляции является метод квадратичнойамплитудной модуляции - QAM (Quadrature Amplitude Modulation).
Именно этот методиспользуется в асимметричных цифровых линиях – ADSL (подробнее об этом в разделе2.5.4). Метод QAM – это комбинация амплитудной и фазовой модуляций. Идея этогометода состоит в том, что можно по одной и той же линии послать одновременно дваразных сигнала с одинаковой несущей частотой, но сдвинутых по фазе друг относительнодруга на 90°.
Каждый сигнал генерируется методом амплитудной модуляции.2.2.5. РезюмеИтак, как аналоговые, так и цифровые данные могут кодироваться как аналоговым, так ицифровым сигналом. Конкретный выбор зависит от специфики конкретного приложения иимеющихся технических средств преобразования и передачи.Передача цифровых данных с помощью цифровых сигналов в простейшем случаеосуществляется за счет сопоставления двоичной 1 потенциала определенного уровня, адвоичному 0 – другого уровня. Более изощренные способы кодировки позволяютповысить эффективность передачи за счет изменения спектра сигнала исамосинхронизации приемника и передатчика.Передача цифровых данных с помощью аналоговых сигналов используется при наличиианалоговых каналов для передачи данных.
Основными методами являются амплитудная,частотная и фазовая модуляция. С целью увеличения битовой скорости применяюткомбинации этих методов.Аналоговые данные, такие как аудио или видео, кодируются цифровым сигналом дляпередачи по цифровым каналам, эти каналы обладают рядом преимуществ по сравнению саналоговыми. Наиболее распространенными методами являются методы импульснокодовой модуляции и дельта-модуляции.Аналоговые данные передают с помощью аналоговых сигналов, изменяя полосу частоттак, чтобы можно было воспользоваться имеющейся средой передачи данных. Основнымиметодами здесь являются методы частотной, амплитудной и фазовой модуляции, а такжеих комбинации, например, квадратичная амплитудная модуляция.Раздел 2.3.
Среды передачиНазначение физического уровня - передавать данные в виде потока бит от одной машинык другой. Для передачи можно использовать разные физические среды. Каждую из ниххарактеризуют следующими параметрами:••••••полоса пропусканияпропускная способностьзадержкастоимостьпростота прокладкисложность в обслуживанииКроме вышеперечисленных, есть и другие, например:28••••достоверность передачизатуханиепомехоустойчивостьи т.д.2.3.1. Магнитные носителиМагнитная лента или магнитный диск в сочетании с обычным транспортным средством(автомашина, железная дорога и т.п.) могут быть прекрасной физической средой передачиданных.
Это так особенно там, где высокая пропускная способность и низкая стоимостьпередачи в расчете на один бит – ключевые факторы.Например, обычная видеолента формата VHS может хранить до 7 ГБ. В коробке 50х50х50см. может поместиться до 1000 лент, т.е. 7000 ГБ, или 7 ТБ (терабайт). В любой город натерритории России эта коробка может быть доставлена за 24 часа. Следовательно,пропускная способность этого канала равна (7000х8)/86400, или 648 Мбит/сек. Этопревосходит пропускную способность такой скоростной технологии, как АТМ (622Мбит/сек.). Стоимость: цена кассеты примерно $3, покупая оптом, можно купить доллараза 2, включая доставку. Таким образом, стоимость доставки 1 ГБ будет составлять2000/7000, или примерно 30 центов.
Вряд ли мы найдем более дешевый способ. Следуеттакже учесть надежность передачи. Никаких искажений, ошибок и т.п. Однако задержкасигнала в канале не менее 24 часов!2.3.2. Витая параХотя вагон с магнитной лентой - это очень дешевый способ передачи, но задержка припередаче очень большая: в лучшем случае часы, обычно сутки. Для многих приложенийнужен оперативный обмен информацией. Самой старой и все еще используемой средойпередачи со времен появления телефона является витая пара. Витая пара состоит из двухмедных изолированных проводов, один из которых обвит вокруг другого. Этот второй,вьющийся провод предназначен для устранения взаимного влияния между соседнимивитыми парами.Витая пара широко используется в телефонии.
Между абонентами и АТС линии из витойпары могут иметь протяженность до нескольких километров без промежуточногоусиления. Например, в России в городских условиях средняя длина абонентской линииравна 1,5 км. Витые пары объединяются в многопарные кабели.Витая пара может быть использована для передачи как цифровых, так и аналоговыхсигналов. Ее пропускная способность зависит от толщины используемых проводов ирасстояния. Скорость в несколько мегабит в секунду вполне достижима с помощьюсоответствующих методов передачи. На коротких расстояниях (до сотни метров) можетбыть достигнута скорость до 1 Гбит/сек., на больших расстояниях (несколько километров)- не превышает 4 Мбит/сек. Учитывая это, а также низкую стоимость витой пары, онашироко используется при создании ЛВС и, скорее всего, будет продолжатьиспользоваться.Наиболее часто используемыми являются кабели категории 3 и категории 5.
Кабелькатегории 3 содержит по четыре витые пары с невысокой плотностью навивки и имеетполосу пропускания до 16 МГц. Кабель категории 5 имеет тоже четыре пары, но с болееплотной навивкой, что позволяет достичь более высоких скоростей, и имеет полосупропускания 100 МГц. В таблице 2-15 в первых 4-х столбцах приведены характеристики29затухания сигнала для витой пары категорий 3 и 5, а также для экранированной витойпары 150 ом.Таблица 2-15. Характеристики затухания для разных видов витой парыЗатухание (дБ на каждые 100 м)Помехи вследствие интерференции проводов (дБ)Частота(МГц)Категория 3Категория 5Экранированная,150 омКатегория 3Категория 5Экранированная,150 ом12,62,01,141625845,64,12,23253581613,18,24,4234450,425-10,46,2-4147,5100-22,012,3-3238,5300--21,4--31,32.3.3.
Коаксиальные кабелиКак и у витой пары, у коаксиального кабеля есть два проводника. Однако устроены онииначе, что позволяет существенно увеличить полосу пропускания. На рисунке 2-16показано устройство коаксиала. Центральный проводник представляет собой толстыймедный провод, окруженный изолятором. Эта конструкция помещается внутри второгоцилиндрического проводника, который обычно представляет собой плетеную плотнуюметаллическую сетку. Все это закрывается плотным защитным слоем пластика. Обычнотолщина коаксиала от 1 до 2,5 см, поэтому монтировать и прокладывать его сложнее, чемвитую пару.
Однако у коаксиала полоса пропускания шире и характеристики позатуханию сигнала (см. рисунок 2-17) лучше, чем у витой пары. Из этого рисунка видно,что коаксиальные кабели работают на частотах от 1 МГц до 500 МГц. Поэтому эти кабелиприменяют на больших расстояниях и по ним могут передаваться одновременнонесколько потоков данных от разных компьютеров.Рисунок 2-16.
Устройство коаксиального кабеляТакие кабели находят самое широкое применение. Наиболее популярные из них:• передача телевизионных сигналов, включая системы кабельного телевидения• передача нескольких телефонных разговоров одновременно на большие расстояниямежду телефонными станциями, построение ЛВС• подключение компьютерных периферийных устройств на небольших расстояниях30Рисунок 2-17. Характеристики затухания сигнала для разных видовкабелейКоаксиальные кабели используют для передачи как аналоговых, так и цифровых сигналов.Как видно из рисунка 2-15, коаксиальные кабели превосходят по своим характеристикамвитую пару.
У них шире полоса пропускания, а следовательно, выше скорость передачиданных. Основными ограничителями скорости и расстояния при передаче без усиленияявляются в этих кабелях затухание сигнала, тепловой шум и интермодуляционный шум.Последний вид шума возникает, когда всю полосу пропускания кабеля разбивают наболее узкие полосы и каждую такую полосу используют как отдельный канал.Интермодуляционный шум возникает на границах таких каналов.Есть два основных вида коаксиальных кабелей: узкополосный с волновымсопротивлением 50 Ом и широкополосный с волновым сопротивлением 75 Ом.Узкополосный кабель позволяет достигать скорости в несколько Гбит/сек при длине в 1-2км и высокой помехозащищенности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
