7

Тема 2. Каналы передачи данных и их характеристики лекция 2.3. Модуляция и спектры сигналов

1. Аналоговые каналы для передачи цифровой информации

Существуют два способа передачи цифровой информации по линии связи:

• цифровой и

• аналоговый.

Соответствующие каналы связи, как вы уже знаете, называются дискретными (цифровыми) или непрерывными (аналоговыми).

Подавляющее число локальных вычислительных сетей использует именно цифровой способ передачи.

Аналоговый способ передачи цифровых данных, применяется в основном при передаче данных по телефонным сетям (рис. 2.4), так как в случае непосредственной передачи двоичных сигналов по телефонному каналу с полосой пропускания 0,3...3,4 кГц скорость передачи не превысит 3 кбит/с. Действительно, пусть на передачу одного бита требуются два перепада напряжения, а длительность одного перепада Т_В = (3...4)/(2πF_В), где F_В - верхняя частота полосы пропускания. Тогда в соответствии с (2.1) максимальная скорость передачи

В качестве переносчиков данных применяются гармонические высокочастотные электромагнитные колебания, параметры которых изменяются в соответствии с передаваемыми данными. (По физическим законам излучение электромагнитных волн эффективно, если размеры излучателя соизмеримы с длиной излучаемой волны, поэтому передача сигналов должна производиться на высоких частотах, т.е. на весьма коротких волнах). Частота этих колебаний называется несущей частотой. Для использования в одном канале сигналов различных несущих частот, необходим широкополосный канал.

Полоса пропускания канала определяет диапазон частот, который канал может передать или который может присутствовать в сигналах. Она зависит от физических характеристик линии связи и электронного оборудования канала. В проводных каналах связи, например, частотные ограничения связаны с увеличением затухания сигналов с ростом их частот из за взаимной емкости между проводниками. Усилители, предназначенные для обеспечения передачи на более далекие расстояния, часто также не в состоянии обрабатывать очень высокие частоты.

В многоканальных аналоговых линиях связи каждый абонент работает в своем канале на собственной частоте, т.е. используется частотное разделение каналов, поэтому канал должен быть широкополосным (пропускать много частот). Использование широкополосных каналов позволяет экономить на их количестве, но усложняет процесс управления обменом данными.

Гармоническое высокочастотное колебание может быть описано уравнением:

здесьU₀, ₀,φ₀ – амплитуда, частота и начальная фаза колебаний несущей.

В этом случае информативными (изменяемыми) могут быть следующие параметры переносчика: амплитуда, частота и фаза.

Соответственно можно предложить следующие способы модуляции:

• амплитудный,

• частотный,

• фазовый.

Так как необходимо передавать данные в двоичном виде (последовательность единиц и нулей), то проще всего понять принцип амплитудной модуляции: "0" - отсутствие сигнала, т.е. отсутствие колебаний несущей частоты; "1"- наличие сигнала, т.е. наличие колебаний несущей частоты. Есть колебания - единица, нет колебаний - нуль (рис. 2.4.а).

Рис. 2.4. Способы передачи цифровой информации по аналоговому каналу:

а- амплитудная модуляция; б-частотная; в- фазовая.

Частотная модуляция предусматривает передачу сигналов 0 и 1 на разной частоте. При переходе от 0 к 1 и от 1 к 0 происходит изменение сигнала несущей частоты (рис. 2.4.б).

Наиболее сложной для понимания является фазовая модуляция. Суть ее в том, что при переходе от 0 к 1 и от 1 к 0 меняется фаза колебаний, т.е. их направление (рис 2.4.в).

Пример 2.1. Типичным аналоговым каналом является телефонный канал. Когда абонент снимает трубку, то слышит равномерный звуковой сигнал - это и есть сигнал несущей частоты. Так как он лежит в диапазоне звуковых частот, то его называют тональным сигналом. Для передачи по телефонному каналу речи необходимо управлять сигналом несущей частоты - модулировать его. Воспринимаемые микрофоном звуки преобразуются в электрические первичные сигналы, а те, в свою очередь, и модулируют сигнал несущей частоты. При передаче цифровой информации управление производят информационные байты - последовательность единиц и нулей.