Физическая природа передаваемого сигнала в канале связи

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 10Следующая ⇒

Оптические проводные – световоды (оптоволоконный канал используют в стационарных системах с большим объемом передаваемой информации и повышенными требованиями к скорости передачи, защищенности от возможного подслушивания электромагнитных помех. Нашли применение при организации как глобальных, так и локальных вычислительных сетей). Главным элементом оптоволоконного кабеля является волоконный световод — высококачественное стеклянное (пластиковое) волокно диаметром несколько микрон, окруженное твердым заполнителем и сверху защищенное специальной оболочкой. Обладает не только высокой скоростью передачи информации (может достигать 1000 Мбит/с), но и высокими техническими характеристиками. Это очень дорогой способ передачи информации и применяется для прокладки весьма ответственных (магистральных) каналов связи.

Оптические беспроводные – они используют луч лазер для передачи сигнала между приемопередающими устройствами. Однако, в отличие от волоконной оптики, сигнал передается через открытую воздушную среду, а не по оптическому волокну. Для приема и передачи цифрового сигнала между беспроводными оптическими устройствами необходимо наличие прямой видимости. Другими словами, между ними не должно быть никаких помех (таких, например, как деревья). Беспроводные оптические системы используются для создания высокоскоростных и безопасных каналов связи, которые можно развернуть в течение очень малого промежутка времени.

Системы беспроводной оптической связи уже установлены в различных компаниях, включая больницы, банки, операторы связи, муниципальные службы и военные ведомства во многих странах мира, предлагая беспроводные решения различного уровня сложности. В корпоративных сетях эти системы могут быть использованы для организации высокоскоростных каналов связи между офисами, что позволяет избежать затрат на аренду выделенных линий. Беспроводные оптические каналы связи предлагают серьезную альтернативу волоконной оптике в случаях, когда необходимо обеспечить работу высокоскоростных приложений (таких как видеоконференции), а стоимость прокладки кабеля слишком высока. Другим популярным приложением беспроводных оптических систем является организация временных каналов связи во время выставок, конференций, спортивных мероприятий или для быстрого восстановления связи при аварии волоконно-оптической линии.

Электрические проводные - электрические провода (телефонные), кабели (витая пара (группы скрученных проводов) – высокочастотные, радиочастотные).

Кабели витой пары применяют в локальных вычислительных сетях. Радиочастотные кабели применяют телевизионных сетях, кабельном телевидении, в межблочных соединениях радиотехнических систем.

Электрические беспроводные – радиоканалы (КВ УКВ ВЧ СВЧ)

В системе связи, представленной на рис. 2.1, передача сообщений осуществляется в одном направлении от источника к получателю. Такой режим связи называется симплексным. Режим, при котором обеспечивается возможность одновременной передачи сообщений в прямом и обратном направлении, называется дуплексным. Возможен и полудуплексный режим, когда обмен сообщений осуществляется поочередно.

Система связи называется многоканальной, если она обеспечивает передачу нескольких сообщений по одной общей линии связи. Структурная схема простейшей многоканальной системы связи изображена на рис. 2.3. Здесь сообщения a₁, a₂, …, a_n, подлежащие передаче, преобразуются в электрические сигналы u₁(t), u₂(t), …, u_n(t), а затем смешиваются в аппаратуре уплотнения. Полученный таким образом групповой сигнал u(t) передается по линии связи. Приемник преобразует принятое колебание z(t)=u(t)+n(t) в исходный групповой сигнал, из которого затем с помощью устройства разделения выделяются индивидуальные сигналы , преобразуемые в соответствующие сообщения . Для разделения сигналов на приемном конце, очевидно, необходимо, чтобы они различались между собой по некоторому признаку. В практике многоканальной связи преимущественно применяют частотный и временной способы разделения.

Для обмена сообщениями между многими территориально разнесёнными пользователями (абонентами) создаются сети связи, обеспечивающие передачу и распределение сообщении по заданным адресам (в заданное время и с установленным качеством). Распределение потоков сообщений по заданным адресам осуществляется на узлах связи с помощью коммутационных устройств.

Рис. 2.3. Структурная схема многоканальной системы связи

По способу распределения сообщений сети делятся на некоммутируемые и коммутируемые. В первом случае связь между абонентами осуществляется по постоянно закрепленным каналам по принципу " каждый с каждым". Во втором случае абоненты связываются между собой не непосредственно, а через узды коммутации. Сеть связи представляет собой совокупность оконечных (абонентских) устройств, каналов связи (соединительных линий) и узлов коммутации. В зависимости от числа абонентов и размеров обслуживаемой территории сети могут иметь различную структуру: линейную, радиальную, кольцевую, радиально-узловую и т.п. Задача оптимального построения сетей связи является одной из важнейших задач теории и техники связи. Решается эта задача с помощью теории графов и теории массового обслуживания.

Помехи и искажения в канале

В реальном канале сигнал при передаче искажается и сообщение воспроизводится с некоторой ошибкой. Причиной таких ошибок являются как искажения, вносимые самим каналом, так и помехи, воздействующие на сигнал. Частотные и временные характеристики канала определяют так называемые линейные искажения. Кроме того, канал может вносить и нелинейные искажения, обусловленные нелинейностью тех или иных звеньев канала. Если линейные и нелинейные искажения обусловлены известными характеристиками канала, то они по крайней мере в принципе, могут быть устранены надлежащей коррекцией. Следует отличать искажения от помех, имеющих случайный характер. Помехи заранее не известны и поэтому не могут быть полностью устранены.

Помехой называется любое случайное воздействие на сигнал, которое ухудшает верность воспроизведения передаваемых сообщений. Помехи весьма разнообразны как по своему происхождению, так и по физическим свойствам. В радиоканалах часто встречаются атмосферные помехи, обусловленные электрическими процессами в атмосфере, и прежде всего грозовыми разрядами. Энергия этих помех сосредоточена главным образом в области длинных и средних волн. Сильные помехи создаются также промышленными установками. Это так называемые индустриальные помехи, возникающие из-за резких изменений тока в электрических цепях всевозможных электроустройств. Сюда относятся помехи от электротранспорта, электрических двигателей, медицинских установок, систем зажигания двигателей и т.п. Распространенным видом помех являются помехи от посторонних радиостанции и каналов. Они обусловлены нарушением регламента распределения рабочих частот, недостаточной стабильностью частот и плохой фильтрацией гармоник сигнала, а также нелинейными процессами в каналах, ведущими к перекрестным искажениям.

В проводных каналах связи основным видом помех являются импульсные шумы и прерывания связи. Появление импульсных помех часто связано с автоматической коммутацией и перекрестными наводками. Прерывание связи есть явление, при котором сигнал в линии резко затухает или исчезает.

Практически в любом диапазоне частот имеют место внутренние шумы аппаратуры, обусловленные хаотическим движением носителей заряда в усилительных приборах, резисторах и других элементах аппаратуры. Эти помехи особенно сказываются при радиосвязи в диапазоне ультракоротких волн, где Другие помехи невелики. В этом диапазоне имеют значение и космические помехи, связанные с электромагнитными процессами, происходящими на Солнце, звёздах и других внеземных объектах. В общем виде влияние помехи n(t) на полезный сигнал u(t)можно выразить оператором

z(t) = L[s(u(t)), n(t)]. (2.1)

В частном случае, когда оператор вырождается в сумму

z(t) = s(t)+n(t), (2.2)

помеха называется аддитивной. Если же оператор может быть представлен в виде произведения

z(t) = k(t)u(t), (2.3)

то помеху называют мультипликативной. Здесь k(t) - случайный процесс. В реальных каналах обычно имеют место и аддитивные, и мультипликативные помехи, и поэтому

z(t) = k(t)u(t) + n(t). (2.4)

Среди аддитивных помех различного происхождения выделяют сосредоточенные по спектру (узкополосные) помехи, сосредоточенные во времени (импульсные) помехи и так называемую флуктуационную помеху, не ограниченную во времени и спектру. Флуктуационная помеха (флуктуационный шум) представляет собой случайный процесс с нормальным распределением (гауссовский процесс). Такая помеха наиболее изучена и представляет наибольший интерес как в теоретическом, так и в практическом отношении. Этот вид помех практически имеет место во всех реальных каналах. В диапазоне оптических частот существенное значение имеет квантовый шум, вызванный дискретной природой сигнала. Мультипликативные помехи обусловлены случайными изменениями параметров канала связи. В частности, эти помехи проявляются в изменении уровня сигнала.

Следует заметить, что между сигналом и помехой отсутствует принципиальное различие. Более того, они существуют в единстве, хотя и противоположны по своему действию. Так излучение радиопередатчика является полезным сигналом для приёмника, которому предназначено это излучение, и помехой для всех других приёмников. Электромагнитное излучение звезд является одной из причин космического шума в диапазоне сверхвысоких частот и поэтому является помехой для систем радиосвязи. С другой стороны, это излучение является полезным сигналом, по которому определяют некоторые физико-химические свойства звёзд.

Лекция №3. Понятие об излучении и распространении радиоволн [3]

Радиосвязь осуществляется при помощи электромагнитных волн, распространяющихся в частично ограниченном (например, земной поверхностью) пространстве.

Следует сразу подчеркнуть различие между статистическим электрическим (или магнитным) полем и полем электромагнитной волны. Дело в том, что напряженность статического электрического поля, создаваемого системой заряженных тел (или статического магнитного поля, создаваемого системой проводов, обтекаемых токами) при больших расстояниях убывает с третьей степенью расстояния, или еще быстрее. В то же время напряженность как электрической, так и магнитной составляющей поля свободно распространяющейся электромагнитной волны убывает лишь с первой степенью расстояния. Этим и обусловлена возможность связи на больших расстояниях при помощи электромагнитных волн.

Процесс создания распространяющейся от источника электромагнитной волны, называется излучением.

Элементарные представления

Представим систему проводов, по которым протекает электрический ток. В окружающем пространстве существует статическое магнитное поле. Если постепенно уменьшить силу тока до нуля, то поле, также постепенно убывая, исчезнет. Содержащаяся в нем энергия будет возвращена источнику тока. Такая же картина будет наблюдаться и при питании системы переменным током низкой частоты: поле будет периодически возникать и исчезать. Образующееся в описанных условиях поле – это статическое магнитное поле.

Картина явлений совершенно изменится, если та же система проводов (назовем ее теперь антенной) будет питаться током высокой частоты. Качественное различие будет заключаться в том, что при высокой частоте решающую роль играет конечная скорость распространения электромагнитного поля. Описанное периодическое перемещение энергии от источника в окружающее поле и обратно будет происходить только в ограниченной области пространства, непосредственно примыкающей к антенне.

Из более удаленных областей электромагнитное поле не успеет перенести энергию обратно в антенну за требуемое короткое время (около четверти периода). В этих более удаленных областях энергия перемещается направлению от антенны в окружающее пространство. Существующее здесь электромагнитное поле и есть поле электромагнитной волны. В становившемся режиме источник все время отдает энергию и, следовательно, затрачивает мощность на поддержание поля. Эта энергия во все стороны расходящейся электромагнитной волной.

В настоящее время в радиосвязи применяются частоты примерно от 100 кГц до 10⁵ МГц. Этот диапазон подразделяют на:

Таблица 3.1

Наименование	Длина волн	Частоты, МГц
Длинные волны	более 3000 м	менее 0, 1
Средние волны	200 – 3000 м	0, 1 – 1, 5
Промежуточные волны	50 – 200 м	1, 5 – 6
Короткие волны	10 – 50 м	6 – 30
Ультракороткие волны
- метровые	1 – 10 м	30 – 300
- дециметровые	10 см – 1 м	300 – 3 10³
- сантиметровые	1 – 10 см	3 10³ – 3 10⁴
- миллиметровые	1 – 10 мм	3 10⁴ – 3 10⁵

Диапазон миллиметровых волн вплотную подходит к диапазону инфракрасных световых волн.

Диапазон видимых световых волн составляет 0, 4 – 0, 7 мкм (частоты порядка 10⁸ МГц).

Условия распространения радиоволн между передатчиком и приемником, расположенными на поверхности земли (или вблизи от нее) характеризуются, во-первых. Наличием земной или водной поверхности, обладающей конечной проводимостью, и, во-вторых, наличием ионосферы – верхних слоев атмосферы, разряженный газ которых ионизирован действием солнечных и космических лучей. Радиоволны преломляются и поглощаются в ионосфере в тем большей мере, чем больше степень ионизации и чем длиннее волна.

Этим обусловлены, с одной стороны, суточные и сезонные изменения условий распространения радиоволн, а с другой стороны, различия в условиях распространения волн различной длины.

Длинные и средние волны распространяются главным образом за счет огибания выпуклой земной поверхности, т.е. за счет дифракции.

Короткие волны достигает места приема главным образом за счет преломления в ионосфере. Упрощенно можно трактовать явление, как отражение от ионизированного слоя. Отражение происходит лишь при условии, что угол падения достаточно велик, другими словами, волны, распространяющиеся под большим углом к горизонту, проникают в ионосферу без отражения и назад не возвращаются. Поэтому вблизи передатчика образуется «ЗОНА МОЛЧАНИЯ», в которой приема нет; прием делается возможным лишь за пределами зоны молчания. Волна может попасть в точку приема и после многократного отражения попеременно от ионосферы и от земной поверхности; наблюдался прием коротких волн, обогнувших кругом земной шар.

Наконец, ультракороткие волны (УКВ) практически не отражаются от ионосферы. Поэтому надежная связь на УКВ возможна лишь в условиях прямой видимости, т.е. на расстоянии примерно до 50 км, или несколько больше, в зависимости от высоты подъема антенн над поверхностью земли.

Все рассказанное иллюстрируется на рисунке 3.1. На рис 3.1 а) показано распространение длиной волны. Рисунок 3.1 б) дает картину распространения короткой волны, пунктиром намечен путь волны с многократным отражением, а также пути волн уходящих в ионосферу. На рис 3.1 в) показано распространение УКВ.

Ионосфера Земля а)

Ионосфера Земля б)

Ионосфера Земля в)

Рисунок 3.1

Лекция №4. Преобразования сообщения. Кодирование и модуляция

Кодирование. Общие понятия

Преобразование дискретного сообщения в сигнал обычно осуществляется в виде двух операций — кодирования и модуляции. Кодирование представляет собой преобразование сообщения в последовательность кодовых символов, а модуляция — преобразование этих символов в сигналы, пригодные для передачи по каналу. С помощью кодирования и модуляции источник сообщений согласуется с каналом.

Простейшим примером дискретного сообщения является текст. Любой текст состоит из конечного числа элементов: букв, цифр, знаков препинания. Их совокупность называется алфавитом источника сообщения. Так как число элементов в алфавите конечно, то их можно пронумеровать и тем самым свести передачу сообщения к передаче последовательности чисел.

Так, для передачи заглавных букв русского алфавита (их 32) необходимо передать числа от 0 до 31. Для передачи любого числа, записанного в десятичной форме, требуется передача десяти цифр — от 0 до 9. Практически для этого нужны десять сигналов, соответствующих различным цифрам. Систему передачи дискретных сообщений можно существенно упростить, если воспользоваться при кодировании двоичной системой счисления.

В десятичной системе основанием счисления является число 10. Поэтому любое целое число Кможно представить в виде

K=a_n10ⁿ+...+a₂10²+a₁10¹+a₀10⁰, (4.1)

где a₀, a₁, ..., a_n - коэффициенты, принимающие значение от 0 до 9. Так, число 265 можно записать как 2 10² + 6 10¹+ 5 10°. Очевидно, в качестве основания счисления можно принять любое целое число т и представить число N как

К=a_nmⁿ+...+a₂m²+a₁m¹+a₀m⁰, (4.2)

где a₀, a₁, ..., a_n - коэффициенты, принимающие значение от 0 до т - 1. Задаваясь величиной m, можно построить любую систему счисления.

При m=2 получим двоичную систему, в которой числа записываются с помощью двух цифр 0 и 1.

Например, число 13 в двоичной системе записывается 1101, что соответствует выражению 1 2³ +1 2² +0 2¹ + 1 2°.

Арифметические действия в двоичной системе весьма просты. Так, сложение осуществляется по следующим правилам:

0 + 0 = 0;

0+1 = 1;

1+0=1;

1 + 1 = 1.

Различают поразрядное сложение без переноса в старший разряд, так называемое " сложение по модулю два". Правила этого сложения следующие:

0 + 0 = 0;

0 + 1 = 1;

1 + 0 = 1,

1 + 1 = 0.

Если преобразовать последовательность элементов сообщения в последовательность двоичных чисел, то для передачи последних по каналу связи достаточно передавать всего лишь два различных сигнала. Например, символы 0 и 1 могут передаваться колебаниями с различными частотами или импульсами тока разной полярности. Благодаря своей простоте двоичная система счисления широко применяется при кодировании дискретных сообщений.

При кодировании происходит процесс преобразования элементов сообщения в соответствующие им числа (кодовые символы). Каждому элементу сообщения присваивается определённая совокупность кодовых символов, которая называется кодовой комбинацией. Совокупность кодовых комбинаций, отображающих дискретные сообщения, образует код. Правило кодирования может быть выражено кодовой таблицей, в которой приводятся алфавит кодируемых сообщений и соответствующие им кодовые комбинации. Множество возможных кодовых символов называется кодовым алфавитом, а их количество m— основанием кода. В общем случае при основании кода т правила кодирования K элементов сообщения сводятся к правилам записи K различных чисел в m-ичной системе счисления. Число разрядов п, образующих кодовую комбинацию, называется разрядностью кода или длиной кодовой комбинации. В зависимости от системы счисления, используемой при кодировании, различают двоичные и т-ичные (недвоичные) коды.

Коды, у которых все комбинации имеют одинаковую длину, называют равномерными. Для равномерного кода число возможных комбинаций равно mⁿ.Примером такого кода является пятизначный код Бодо, содержащий пять двоичных элементов (m= 2, п = 5). Число возможных кодовых комбинаций равно 2⁵ = 32, что достаточно для кодирования всех букв русского алфавита. Однако этого недостаточно для передачи сообщения, содержащего буквы, цифры, различные условные знаки (точка, запятая, сложение, умножение и т.п.). Поэтому в настоящее время используется " Международный код №2" (МТК-2). В коде МТК-2 используется регистровый принцип, согласно которому одна и та же пятиэлементная кодовая комбинация может использоваться до трёх раз в зависимости от положения регистра: русский, латинский, цифровой. Общее число различных знаков при этом равно 84, что достаточно для кодирования телеграммы.

Для передачи данных рекомендован семиэлементный код МТК-5. Коды МТК-2 и МТК-5 являются первичными (простыми). Основными параметрами кодов являются: основание кода т, длина кодовой комбинации n, расстояние между кодовыми комбинациями d_ij и вес кодовой комбинации w. Расстояние d_ij характеризует различие между двумя кодовыми комбинациями и определяется по Хеммингу числом несовпадающих в них разрядов, т.е. числом единиц в сумме двух комбинаций по модулю 2. Число ненулевых элементов в кодовой комбинации определяет её вес w. Применение равномерных кодов упрощает построение автоматических буквопечатающих устройств и не требует передачи разделительных символов между кодовыми комбинациями.

Неравномерные коды характерны тем, что у них кодовые комбинации отличаются друг от друга не только взаимным расположением символов, но и их количеством. Это приводит к тому, что различные комбинации имеют различную длительность. Такие коды требуют либо специальных разделительных знаков, указывающих конец одной и начало другой кодовой комбинации, либо же должны строиться так, чтобы никакая кодовая комбинация не являлась началом другой. Коды, удовлетворяющие этому условию, называются неприводимыми или префиксными. Заметим, что равномерный код также является неприводимым. Строение кода удобно представлять в виде графа (кодового дерева), в котором из каждого узла исходит число ветвей, равное основанию кода (для двоичного кода, например, шаг вверх означает 0, шаг вниз — 1).

Типичным примером неравномерных кодов является код Морзе, в котором символы 0 и 1 используются только в двух сочетаниях - как одиночные (1 и 0) или как тройные (111 и 000). Сигнал, соответствующий одной единице, называется точкой, трём единицам - тире. Символ 0 используется как знак, отделяющий точку от тире, точку от точки и тире от тире. Совокупность 000 используется как разделительный знак между кодовыми комбинациями.

По признаку помехозащищённости коды делят на примитивные (первичные) и корректирующие. Коды, у которых все возможные кодовые комбинации используются для передачи информации, называются простыми или кодами без избыточности (примитивными). В простых равномерных кодах превращение одного символа комбинации в другой, например 1 в 0 или 0 в 1, приводит к появлению новой разрешённой комбинации, т.е. к ошибке. Корректирующие коды строятся так, что для передачи сообщения используются не все кодовые комбинации, а лишь некоторая их часть (разрешённые кодовые комбинации). Тем самым создаётся возможность обнаружения и исправления ошибки при неправильном воспроизведении некоторого числа символов. Корректирующие свойства кодов достигаются введением в кодовые комбинации дополнительных (избыточных) символов.

Модуляция. Общие понятия

Декодирование состоит в восстановлении сообщения по принимаемым кодовым символам. Устройства, осуществляющие кодирование и декодирование, называют соответственно кодером и декодером. Как правило, это логические устройства. На рис. 4.1 изображена структурная схема системы передачи дискретных сообщений, а на рис. 4.2 поясняется процесс преобразования дискретного сообщения в сигнал. Передаваемое сообщение обозначено буквой a_k, кодированное сообщение (или первичный цифровой сигнал) — b(t), его компоненты b_l⁽ⁱ⁾ (l — номер последовательно передаваемого символа, i-номер позиции кода, i = 0, m-1). Сигнал, поступающий в линию связи обозначен u(t), принятое колебание - z(t), восстановленная последовательность кодовых символов - b(t) (её компоненты b_l⁽^j⁾) и декодированное (восстановленное) сообщение — av. Обозначения принятых сигналов, кодовых символов и восстановленного сообщения выбраны иными, чем передаваемых. Этим подчеркивается то обстоятельство, что из-за влияния помех принятый сигнал отличается от переданного, а восстановленное сообщение может не совпадать с исходным.

В современных системах передачи дискретных сообщений принято различать две группы относительно самостоятельных устройств: кодеки и модемы. Кодеком называются устройства, преобразующие сообщение в код (кодер) и код в сообщение (декодер), а модемом — устройства, преобразующие код в сигнал (модулятор) и сигнал в код (демодулятор). Канальные устройства (полосовые усилители передатчика и приёмника, корректоры и т.п.) вместе с линией связи образуют непрерывный канал, а последний вместе с модемом - дискретный канал.

Рис. 4.1. Структурная схема системы передачи дискретных сообщений.

Рис. 4.2. Процесс преобразования дискретного сообщения в сигнал и обратного преобразования сигнала в сообщение

Следует иметь в виду, что в системах радиосвязи после передатчика посредством передающих антенн образуется пространственно-временной сигнал u(t, r) (электромагнитная волна), который зависит не только от времени t, но и пространственных координат точки наблюдения

r = х, у, z.

Сигнал, зависящий от многих координат, называют полем. В месте приёма (на выходе радиоканала) для анализа поступает поле или пространственно-временной сигнал

z(t, r) = s(t, r) + n(t, r).

Чаще всего оно сначала посредством приёмной антенны превращается в чисто временной сигнал z(t), который в дальнейшем подвергается чисто временной обработке. Вопросы формирования и обработки пространственно-временных сигналов в настоящем учебнике не рассматриваются, т.е. будем считать, что устройства преобразования временной сигнал - поле на передаче и поле — временной сигнал на приёме включены внутри заданной " линии связи". Эти вопросы рассматриваются в специальных курсах.

Рис. 4.3. Виды модуляции

Общий принцип модуляции состоит в изменении одного или нескольких параметров несущего колебания (переносчика) f(t, a, β , ...) в соответствии с передаваемым сообщением. Так если в качестве переносчика выбрано гармоническое колебание f(t) = Ucos(w₀t + φ ), то можно образовать три вида модуляции:

амплитудную (AM),

частотную (ЧМ) и

фазовую (ФМ).

Если переносчиком является периодическая последовательность импульсов, то при заданной форме импульсов v(t) можно образовать четыре основных вида импульсной модуляции:

амплитудно- импульсную (АИМ),

широтно- импульсную (ШИМ),

время-импульсную (ВИМ, ФИМ) и

частотно-импульсную (ЧИМ).

Применение радиоимпульсов позволяет получить ещё два вида модуляции: по частоте и по фазе высокочастотного заполнения.

При дискретной (цифровой) модуляции закодированное сообщение а, представляющее собой последовательность кодовых символов {b}, преобразуется в последовательность элементов (посылок) сигнала {u(t)} путём воздействия кодовых символов на переносчик f(t). Посредством модуляции один из параметров переносчика изменяется по закону, определяемому кодом. При непосредственной передаче переносчиком может быть постоянный ток, изменяющимися параметрами которого являются величина и направление тока. Обычно в качестве переносчика, как и в непрерывной модуляции, используют переменный ток (гармоническое колебание). В этом случае можно получить AM, ЧМ и ФМ.

На рис. 4.4 приведены формы сигнала при двоичном коде для различных видов дискретной или цифровой модуляции (манипуляции). При AM символу 1 соответствует передача несущего колебания в течение времени Т (посылка), символу 0 - отсутствие колебания (пауза). При ЧМ передача несущего колебания с частотой f_l соответствует символу 1, а передача колебания с частотой f_o соответствует 0. При двоичной ФМ меняется фаза несущей при каждом переходе от 1 к 0 и от 0 к 1.

Рис. 4.4. Сигналы при различных видах дискретной модуляции.

Наконец, на практике применяют систему относительной фазовой модуляции (ОФМ). В отличие от ФМ, при ОФМ фазу сигналов отсчитывают не от некоторого эталона, а от фазы предыдущего элемента сигнала. Например, символ 0 передаётся отрезком синусоиды с начальной фазой предшествующего элемента сигнала, а символ 1 — таким же отрезком с начальной фазой, отличающейся от начальной фазы предшествующего элемента сигнала на . При ОФМ передача начинается с посылки одного не несущего информации элемента, который служит опорным сигналом для сравнения фазы последующего элемента.

В более общем случае дискретную модуляцию следует рассматривать как преобразование кодовых символов 0, 1, ..., т - 1 в определённые отрезки сигнала u_i(t), где i = 0, 1, ..., т-1 — передаваемый символ. При этом вид сигнала ui(t), в принципе, может быть произволен. В действительности его выбирают так, чтобы удовлетворить требованиям, предъявляемым к системе связи (в частности, по скорости передачи и по занимаемой полосе частот), и чтобы сигналы хорошо различались с учётом воздействующих помех.

Длительность посылки первичного сигнала b(t) при дискретной передаче определяет скорость передачи посылок (техническую скорость или скорость модуляции). Эта скорость v выражается числом посылок, передаваемых за единицу времени. Измеряется техническая скорость в Бодах. Один Бод — это скорость, при которой за 1 с передаётся одна посылка. Если длительность посылки Т выражена в секундах, то скорость модуляции v = 1/T вБодах.

В качестве переносчика сигнала связи можно использовать не только постоянный или синусоидальный ток, но и периодическая последовательность импульсов (а)[4].

Рис.4.5. Виды импульсной модуляции

b – передаваемый сигнал, с – АИМ, d- ЧИМ, е – ДИМ, f - ФИМ

АИМ – амплитудно-импульсная модуляция,

ЧИМ – частотно-импульсная модуляция,

ДИМ – модуляция импульсов по длительности (ШИМ),

ФИМ – фазово-импульсная модуляция.

Демодуляция и декодирование

Переданное сообщение в приёмнике обычно восстанавливается в такой последовательности. Сначала сигнал демодулируется. В системах передачи непрерывных сообщений в результате демодуляции восстанавливается первичный сигнал, отображающий переданное сообщение. Этот сигнал затем поступает на воспроизводящее или записывающее устройство. В радиовещании таким устройством может быть громкоговоритель или магнитофон. В системах передачи дискретных сообщений обычно в результате демодуляции последовательность элементов сигнала превращается в последовательность кодовых символов. Затем по ним восстанавливаются сообщения, выдаваемые получателю. Последнее преобразование называется декодированием.

Не следует думать, что демодуляция и декодирование — это просто операции, обратные модуляции и кодированию, выполняемые над пришедшим из канала сигналом. В результате различных искажений и воздействия помех пришедший сигнал может существенно отличаться от переданного. Поэтому всегда можно высказать ряд предположений (гипотез) о том, какое сообщение передавалось. Задачей приёмного устройства является принятие решения о том, какое из возможных сообщений действительно передавалось источником. Для этого принятый сигнал подвергается анализу с учётом всех сведений об источнике (например, о вероятностях, с которыми источник посылает то или иное сообщение), о применяемом коде и методе модуляции, а также о свойствах канала, В результате анализа обычно можно определить условные (апостериорные) вероятности возможных гипотез и на основании этих вероятностей принять решение, которое и поступает к получателю. Та часть приёмного устройства, которая осуществляет анализ приходящего сигнала и принимает решение о переданном сообщении, называется решающей схемой.

В системах передачи непрерывных сообщений при аналоговой модуляции решающая схема определяет по пришедшему искажённому канальному (вторичному) сигналу наиболее вероятный переданный первичный сигнал и восстанавливает его. Здесь решающей схемой является демодулятор. В системах передачи дискретных сообщений решающая схема чаще всего состоит из двух частей; первой решающей схемы — демодулятора и второй решающей схемы — декодера.

Иногда при передаче дискретных сообщений операции демодуляции и декодирования выполняет одно устройство, которое приходящую последовательность элементов сигнала преобразует сразу в последовательность символов (букв) сообщения. Такой метод приёма называют совместной демодуляцией-декодированием или приёмом в целом, в отличие от поэлементного приёма с двумя решающими схемами. В первом случае анализируется целиком отрезок сигнала, соответствующий кодовой комбинации, и на основании того или иного критерия восстанавливается переданный элемент сообщения (буква). Во втором случае сначала анализируются отдельные элементы сигнала, соответствующие кодовым символам, а затем восстановленная кодовая комбинация декодируется, т.е. преобразуется в элемент (букву) сообщения.

В некоторых случаях роль решающей схемы выполняет полностью или частично человек. Так при приёме телеграфных сигналов на слух оператор решает, какой сигнал (" точка" или " тире" ) был передан. Он же выполняет и операцию декодирования. В приёмниках дискретных сообщений, предназначенных для записи информации, все указанные операции выполняются автоматически. В простейшем случае первая решающая схема представляет собой пороговое устройство в форме реле, триггера, работающих по принципу " да" или " нет". Еcли принятый элемент сигнала выше порога, выдаётся один символ кода (например, 1), если ниже - другой (0). В некоторых случаях применяют решающие схемы с двумя порогами При попадании уровня сигнала между двумя порогами решение не принимается — вместо сомнительного элемента сигнала выдаётся специальный символ стирания. Введение такого стирающего символа облегчает возможность правильного декодирования принятой кодовой комбинации.

Для принятия решения о том, какое сообщение передавалось, необходимо проанализировать пришедший сигнал. Для этого он подвергается различным преобразованиям, которые называют обработкой сигнала. Одной из задач теории связи является отыскание правил оптимальной обработки сигнала, при которой решение о переданном сообщении оказывается наиболее достоверным. Эти правила зависят от свойств канала и методов передачи (кодирования и модуляции). Иногда оптимальные правила обработки оказ

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 789 10 Следующая ⇒