1.1. Основные типы модуляции.
Модуляция - это процесс, при котором высокочастотная волна используется для переноса низкочастотной волны. Существует три параметра несущей волны, которые можно изменять: амплитуда, частота и фаза.
В системах с амплитудной модуляцией низкочастотная модулирующая волна изменяет амплитуду высокочастотной несущей волны. Если модулирующий сигнал является цифровым, то такая модуляция является импульсной амплитудной модуляцией. Она позволяет закодировать более одного бита на бод, путем преобразования битовой комбинации в сигнал с числом уровней более двух.
В системах с частотной модуляцией низкочастотная модулирующая волна изменяет частоту высокочастотной несущей волны. Если модулирующим является бинарный сигнал, т.е. несущая волна переключается двоичным сигналом с одной частоты на другую, то данный вид модуляции называется модуляцией с переключением частот. Основным недостатком систем передачи данных с амплитудной или частотной модуляцией является чувствительность к шумам на входе приемника.
В системах с фазовой модуляцией модулирующая волна изменяет фазу высокочастотной несущей волны. Комбинация фазовой и амплитудной модуляции носит название квадратурной модуляции. Если для низкоскоростной передачи данных применяется частотная модуляция, то при высокоскоростной передаче часто используются технологии на базе квадратурной модуляции.
В широкополосных каналах передачи данных применяются потенциальные и импульсные методы кодирования информации, в которых двоичные данные представлены уровнями постоянного потенциала сигнала или полярностями импульса или его фронта. Второй способ определяет технологию импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), которая рассматривается, как система передачи аналоговых сигналов в цифровом виде. В частности, такой вид модуляции используется в системах оптической передачи информации. Здесь модуляция представляет изменение параметров светового луча в зависимости от модулирующего информационного сигнала. Существует два типа ИКМ для оптических систем: внешняя ИКМ и прямая ИКМ. При внешней модуляции световой луч проходит из источника света в устройство-модулятор, в котором в такте передаваемого сигнала изменяется амплитуда или фаза светового излучения. При прямой модуляции излучение модулируется непосредственно в источнике света за счет его возбуждения, т.е. источник света сам излучает модулированный свет.
1.2. Методы передачи данных
Рассмотрим два основных метода передачи данных: асинхронный и синхронный. Асинхронным (старт-стопным) методом называется такая технология передачи, при которой информация передается и принимается через нерегулярные интервалы времени по одному символу в единицу времени, с передачей специальных знаков начала и конца кадров данных.
Синхронным (изохронным )методом называется технология передачи, при которой знаки генерируются в определенные моменты времени, с пересылкой синхронизующего тактового сигнала по отдельному каналу или путем совмещения его с передаваемыми данными. Под синхронизацией понимается механизм распознавания начала блока данных и его конца, а также передачу последовательности сигналов подтверждения связи (синхроимпульсов) между приемными и передающими системами.
Асинхронный метод используется в основном для низкоскоростных каналов передачи и автономного оборудования. Синхронный метод применяется в высокоскоростных каналах.
Рассмотрим оба метода подробнее.
В асинхронном методе (Рис. 1.1) при отсутствии передачи информации на линии связи удерживается состояние «1». Перед началом передачи идет низкоуровневый сигнал, соответствующий состоянию «0» (стартовый бит). После получения стартового бита на приемнике запускается механизм временного отсчета (тайминга) сигналов, приходящих с линии связи.
Рис. 1.1. Асинхронная передача данных.
Данная техника называется стробированием. Стробирование заканчивается при получении приемником стопового бита. При этом тайминг приемника должен быть синхронизирован со скоростью выдачи сигналов в линию со стороны передатчика. Если тайминг приемника установлен на большую скорость стробирования, то он будет считывать каждый бит более одного раза, а если на меньшую скорость, то будет пропускать биты информации. Как правило, кадр данных в асинхронном канале начинается со стартового бита, за которым следует 8 бит данных. Завершается кадр одним или двумя стоповыми битами. Недостатком метода является то, что для высокоскоростных линий связи наличие стартовых и стоповых бит вносит избыточность и снижает производительность канала.
При синхронном методе передаче биты данных передаются один за другим постоянным потоком без стартовых и стоповых бит. Однако здесь необходимо применять меры выделения кадров в потоке данных. Для решения этой задачи используется специальная технология. При отсутствии данных на передачу в канал передаются специальные знаки заполнения. Перед началом блока данных передается группа высокостабильных синхроимпульсов, которые синхронизируют скорости передатчика и приемника на весь информационный блок данных. Таким образом, для коррекции скорости приемника в поток бит включаются знаки синхронизации через регулярные периоды времени.
Определение последовательностей синхронизации, размера блоков данных, служебных знаков и тому подобное составляет понятие протокола синхронной передачи. Фактически протокол является процедурой, обеспечивающей нормальное прохождение данных по каналу связи и служащей для управления обменом данными. В зависимости от способа выделения начала и конца блока данных, синхронные протоколы делятся на символьно-ориентированные и бит-ориентированные. В первом случае группа синхроимпульсов посылается в начале каждого блока данных. Во втором случае приемник должен знать, где в потоке битов начинается каждый символ. Символьно-ориентированные протоколы добавляют символы кодов ASCII между блоками данных, а бит-ориентированные протоколы добавляют один бит, называемый флагом, таким образом, более рационально расходуют поле данных кадра.