Олифер В.Г., Олифер Н.А. - Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы (4-ое изд.) - 2010 - обработка (953099), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Битовые ошибки в каналах связи нельзя исключить полностью, даже если выбранный код обеспечивает хорошую степень синхронизации и высокий уровень отношения сигнала к шуму. Поэтому при передаче дискретной информации применяются специальные коды, которые позволяют обнаруживать (а иногда даже исправлять) битовые ошибки. Завершает главу рассмотрение методов мультиплексирования, которые позволяю~ образовать в одной линии связи несколько каналов передачи. 2Вт Модуляция Модуляция Модуляция при передаче аналоговых сигналов Исторически модуляция начала применяться для аналоговой информации и только потом для дискретной, Необходимость в модуляции аналоговой информации возникает, когда нужно передать низкочастотный аналоговый сигнал через канал, находящийся в высокочастотной области спектра.
Примерами такой ситуация является передача голоса по радио или телевидению. Голос имеет спектр шириной примерно в 10 кГц, а радиодиапазоны включают гораздо более высокие частоты, от 30 кГц до 300 мГц. Еще более высокие частоты используются в телевидении. Очевидно, что непосредственно голос через такую среду передать нельзя. Для решения проблемы амплитуду высокочастотного несущего сигнала изменяют (модулнруют) в соответствии с изменением низкочастотного голосового сигнала (рис. 9.1).
При этом спектр результирующего сигнала попадает в нужный высокочастотный диапазон. Такой тип модуляции называется амплитудной модуляцией (Аш р!1 гое!е Мое!ц !ат!оп, АМ ). ееио. 9.т. Модуляция голосовым сигналом В качестве информационного параметра используют не только амплитуду несущего синусондзльного сигнала, но частоту. В этих случаях мы имеем дело с частотной модуляпней (Его!цепсу Мое!ц!ат!оп, РМ)'.
Модуляция при передаче дискретных сигналов Прн передаче дискрвглиой информации посредством модуляции единицы и нули кодируются изиенением амплитуды, частоты или фазы несущего синусоидального сигнала. В слупе, когда модулированные сигналы передают дискретную информацию, вместо термина «иод уляцня» иногда ицпользуется термин «манипуляцияен амплитудная манипуляция , РВК, (Аарйгце!е ВВ!Гт Кеу!пд, АБК), частотная манипуляция (Ргее!пенсу Яп(т Кеу!пд, ), фззовая манипуляция (РЬазе Яе!Гт Кеу!пя, РВК). ' Заметим, что прн модуляции аналоговой информации фаза как информационный параметр не лрн- неляетея. Глава 9.
Коднроеанне н мультиплексирование данных Пожалуй, самый известный пример применения модуляции при передаче дискретной информации — это передача компьютерных данных по телефонным каналам. Типичная амплитудно-частотная характеристика стандартного абонентского канала, называемого также каналом тональной частоты, представлена иа рис. 9.2. Этот составной канал проходит через коммутаторы телефонной сети и соединяет телефоны абонентов.
Канал тональной частоты передает частоты в диапазоне от 300 до 3400 Гц, таким образом, его полоса пропускаиия равна 3100 Гц. Такая узкая полоса пропускания вполне достаточна для качественной передачи голоса, однако оиа недостаточно широка для передачи компьютерных данных в виде прямоугольных импульсов. Решение проблемы было найдено благодаря аналоговой модуляции. Устройство, которое выполняет функцию модуляции несущей синусоиды иа передающей стороне и обратную функцию демодуляции иа приемной стороне, носит иазваице модема (модулятор-демодулятор). рис.
9.2. Амплитудно-частотная характеристика канала тональной частоты На рис. 9.3 показаны различные типы модуляции, применяемые при передаче дискретной информации. Исходная последовательность битов передаваемой информации приведена иа диаграмме, представленной на рис. 9.3, а. При анплшяудной модуляции для логической единицы выбирается один уровень амплитуды синусоиды несущей частоты, а для логического нуля — другой (рис. 9.3, б). Этот способ редко используется в чистом виде иа практике из-за низкой помехоустойчивости, ио часто применяется в сочетании с другим видом модуляции — фазовой модуляцией.
При чаалоглной модуляции значения нуля и единицы исходных данных передаются синусоидами с различной частотой — /е и/1 (рис. 9.3, в). Этот способ модуляции ие требует слож. иых схем и обычно применяется в низкоскоростных модемах, работающих на скоростях 300 и 1200 бит/с. При использовании только двух частот за один такт передается один бит информации, поэтому такой способ называется двоичиой частотиой маиипуляцией ( Вшму РБК, ВЕНК). Могут также использоваться четыре различные частоты для кодирования двух битов информации в одном такте, такой способ носит название четырехуровневой частотиой маиипуляции ((оиг-!еуе! РВК).
Применяется также название миогоуровиевая частотная маиипуляцгГя (Мп!г!!еуе! РБК, МРАК). При фазовой модуляции значениям данных 0 и 1 соответствуют сигналы одинаковой частоты, ио различной фазы, например 0 и 180' или О, 90, 180 и 270' (рис. 9.3, г). В первом случае такая модуляция носит название двоичиой фазовой манипуляции (В!пату Р3К, ВЕК), а во втором — квадратуриой фазовой маиипуляции (Япацгагпге РВК, ЯРОК). 259 Модуляция Рис. В.З. Различные типы модуляции Комбинированные методы модуляции Для повышения скорости передачи данных прибегают к комбинированным методам моэулэции.
Наиболее распространенными являются методы квадратурной амплитудной яэдуляцнн (Яцадгагцге Ашр11гцде Модц1ас1оп, Оз1.М). Эти методы основаны на сочетании фыоэой н амплитудной модуляции. Нэ рис. 9.4 показан вариант модуляции, в котором используется 8 различных значений фюы н 4 значения амплитуды. Однако из 32 возможных комбинаций сигнала задействомао только 16, так как разрешенные значения амплитуд у соседних фаз отличаются. Это повышает помехоустойчивость кода, но вдвое снижает скорость передачи данных. Другим 1яшевнем, повышающим надежность кода за счет введения избыточности, являются так аымэаемые решетчатые коды. В этих кодах к каждым четырем битам информации доЙвхяется пятый бит, который даже при наличии ошибок позволяет с большой степенью мроэтностн определить правильный набор четырех информационных битов.
Саехтр резульчируюшего модулированного сигнала зависит от лшпа модуляции и скорости аоэуляцнн, то есть желаемой скорости передачи битов исходной информации. Рмсиотрнм сначала спектр сигнала при потенциальном кодировании. Пусть логическая Ыяэяца кодируется положительным потенциалом, а логический ноль — отрицательным пэтевцнзлом такой же величины. Для упрощения вычислений предположим, что передаекя информация, состоящая из бесконечной последовательности чередующихся единиц а нулей, хак показано на рис. 9.3, а. Спектр непосредственно получается из формул Фурье для периодической функции.
Если эасхретнме данные передаются с битовой скоростью Дг бит/с, то спектр состоит из поспаэаой составляющей нулевой частоты и бесконечного ряда гармоник с частотами/э, 3/ь5/ь 7/ь ..., где/э 1т/2. Частота/э — первая частота спектра — называется основной п1вюиикой. 2ЕО Глава 9. Кодирование имультиплексироввнивданных Рис. 9.4. Квадрвтурная амплитудная модуляция с 16-ю состояниями сигнала Амплитуды этих гармоник убывают достаточно медленно — с коэффициентами 1/3, 1/5, 1/7, ... от амплитуды гармоники/в (рис. 9.5, а). В результате спектр потенциального кода требует для качественной передачи широкую полосу пропускания.
Кроме того, нужно учесть, что реально спектр сигнала постоянно меняется в зависимости от того, какие данные передаются по линии связи. Например, передача длинной последовательности нулей нли единиц сдвигает спектр в сторону низких частот, а в крайнем случае, когда передаваемые данные состоят только из единиц (или только из нулей), спектр состоит нз гармоники нулевой частоты. При передаче чередующихся единиц и нулей постоянная составляющая отсутствует. Поэтому спектр результирующего сигнала потенциального кода при передаче произвольных данных занимает полосу от некоторой величины, близкой к нулю, до примерно 7/в (гармониками с частотами выше % 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 бнт/с, а нижняя неприемлема для любых скоростей, так как полоса пропускания канала начинается с 300 Гц. В результате потенциальные колы на каналах тональной частоты никогда не используются. При амплитудной модуляции спектр состоит из синусоиды несущей частоты /„двух боковых гармоник (/, +/ ) и (/, — / ), а также боковых гармоник (/, е 3/ ) и (/, — 3/ ), где/ — частота изменения информационного параметра синусоиды, которая совпадает со скоростью передачи данных при использовании двух уровней амплитуды (рис.
9.5, 6). Частота/ определяет пропускную способность линии при данном способе кодирования. На небольшой частоте модуляции ширина спектра сигнала также оказывается небольшой (равной 2/ ), если пренебречь гармониками 3/, мощность которых незначительна. При фазовой и частотной модуляции спектр сигнала получается более сложным, чем пра амплитудной модуляции, так как боковых гармоник здесь образуется более двух, но онв тоже симметрично расположены относительно основной несущей частоты, а их амплитудм быстро убывают. ДискРетизация аналоговых сигналов г, =ф зго бго р Гг — частота несущей à — частота модуляции а б Рнс. 9.5. Спектры сигналов при потенциальном кодировании и амплитудной модуляции Дискретизация аналоговых сигналов В предыдущем разделе мы познакомились с преобразованием дискретной формы представления информации в аналоговую.
В этом разделе рассматривается решение обратной мввчн — передачи аналоговой информации в дискретной форме. Квк иы уже упоминали в главе 3, начиная с 60-х годов прошлого века голос начал передаваться по телефонным сетям в цифровой форме, то есть в виде последовательности ыпниц н нулей. Основной причиной такого перехода является невозможность улучшения ктпестпа данных, переданных в аналоговой форме, если они сушественно исказились при передаче. Сам аналоговый сигнал не дает никаких указаний ни на то, что произошло исмжение, ни на то, как его исправить, поскольку форма сигнала может быть любой, в том васке н такой, которую зафиксировал приемник. Улучшение же качества линий, особенно территориальных, требует огромных усилий и капиталовложений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
