9.Кодування сигналів у передавальних середовищах.

9.1 Основні поняття про кодування сигналів.

Повсюдне поширення провідних кабельних систем, зокрема, телефонних мереж робить їх привабливим середовищем для передавання сигналів даних. Однак основні сигнали даних у загальному випадку не існують у формі, придатній для безпосереднього передавання через такі системи. Як відомо, безпосереднє передавання послідовностей двійкових даних у вигляді символів {0,1} викликає появу постійної складової в спектрі сигналу, залежної від розподілу нулів та одиниць у послідовності, яка передається. Однак звичайне телефонне сполучення не є колом з властивостями фільтра нижніх частот, оскільки ці кола з’єднані тільки для змінної складової і шлях для постійного струму, якщо він існує, використовується виключно з метою сигналізації. Якщо сигнали даних мають значну частотну комоненту, близьку до постійної складової, то вони непридатні для безпосереднього передавання через провідні кабельні системи, у тому числі через телефонні мережі.

Для подолання цієї проблеми можна використати модуляційно-демодуляційне обладнання (модем). Модем перетворює сигнали даних до частот у звуковому діапазоні, що робить їх придатними для передавання через телефонні мережі. Однак модуляція не є єдиним методом обробки сигналів, який може бути застосований для узгодження спектру сигналу, який передається, із наявною шириною смуги пропускання каналу. Через використання різних технік кодування, часто можливо отримувати придатний спектр без застосування більш складної процедури модуляції.

Передача даних на фізичному рівні

Під даними розуміють інформацію, закодовану в цифровій формі.

При передачі даних по каналах зв'язку застосовують два основні типи физи-

ческого кодування - на основі синусоїдального сигналу, що несе, і на основі

послідовності прямокутних імпульсів. Перший спосіб часто називають

також модуляцією або аналоговою модуляцією, підкреслюючи той факт

що кодування здійснюється за рахунок зміни параметрів аналогового

сигналу. Другий спосіб зазвичай називають цифровим кодуванням. Ці способи

відрізняються шириною спектру результуючого сигналу і складністю

апаратури, необхідної для їх реалізації.

При використанні прямокутних імпульсів спектр результуючого сигналу

виходить дуже широким. Це не дивно, якщо згадати, що

спектр ідеального імпульсу має нескінченну ширину. Застосування синусоїди

призводить до спектру набагато меншої ширини при тій же швидкості передачі

інформації. Проте для реалізації синусоїдальної модуляції потрібна

складніша і дорожча апаратура, ніж для реалізації прямокутних

імпульсів.

Нині все частіше дані, такі, що спочатку мають аналогову

форму - мова, телевізійне зображення, - передають по каналах зв'язки в дискретному

виді, тобто у вигляді послідовності одиниць і нулів. Процес представлення

аналоговій інформації в дискретній формі називається дискретною

модуляцією.

При передачі даних по неперервному (аналоговому) каналу зв'язку використовують

певний фізичний процес, званий сигналом-переносником.

Математичною моделлю його може служити функція часу s(t, v4, 5,..),

залежна також від параметрів А, В, .. Деякі параметри сигналів

фіксовані за данньпс умов передачі, і тоді вони вьшолняют роль

идентифшщрующих параметрів. Інші піддаються дії з боку

передавача, і в цьому випадку виконують роль інформативних параметрів.

Модуляція - відображення на передавальній стороні безлічі можливих

значень вхідного сигналу на безліч можливих значень інформативного

параметра сигналу-переносника. На приймальній стороні виникає зворотна

завдання - відновити початковий сигнал, тобто здійснити демодуляцію.

Як правило, аналогову модуляцію застосовують для передачі дискретних

даних по каналах з вузькою смугою частот, типовим представником яких

являється канал тональної частоти (ТЧ), що надається в розпорядження

FSK	(Frequency Shift Keying) - ступенчатое переключение частоты синусоидального сигнала от f1 к f2 при неизменной амплитуде, частоте f1 ставится в соответствие логический нуль, а f2 - логическая единица.
BPSK	(Binary Phase-Shift Keying) - скачкообразное переключение фазы синусоидального сигнала на  при неизменной амплитуде, при этом фазе 0 ставится в соответствие логический нуль, а - логическая единица.
DPSK	(Differential Phase Shift Keying) - метод, при котором изменяется фаза несущей частоты при постоянной амплитуде и частоте. Разновидность PSK, при которой кодируется лишь изменение сигнала.
QAM	(Quadrature Amplitude Modulation) - комбинация амплитудной и фазовой модуляции, позволяет осуществить кодирование 8 бит на бод.
QPSK	(Quadrature Phase-Shift Keying) - квадратурная фазовая модуляция. Использует 4 фиксированных значения фазы 0, /2,  и 3/2. Требует в два раза более узкую полосу, чем PSK, и по этой причине весьма популярна.
TCM	(Trellis Coded Modulation) - метод предполагает использование избыточности, каждый бод несет дополнительный бит, который позволяет более точно восстановить информационную битовую последовательность. При кодировании сигнала используется метод QAM. Метод реализован в современных высокоскоростных модемах и позволяет снизить требования к отношению сигнал/шум на 4-5 дБ.

користувачам громадських телефонньпс мереж. Цей канал передає

частоти в діапазоні від 300 до 3400 Гц, таким чином, його смуга пропускання

дорівнює 3100 Гц. Строге обмеження смуги пропускання каналу ТЧ пов'язане з

використанням апаратури ущільнення і комутації каналів в телефонних

мережах. Пристрій що здійснює модуляцію синусоїди, що несе, на передавальній

стороні і демодуляцію на приймальній стороні, носить назву модем

(модулятор-демодулятор).

Кодування.

1. У комунікаційній системі - це зміна характеристик сигналу, яка робить сигнал більш придатним для даного застосування, така як оптимізація сигналу для передавання, покращення якості та точності передавання, модифікація спектру сигналу, збільшення інформаційного вмісту, забезпечення виявлення помилок і/або їх корекції, забезпечення безпеки даних. Прості схеми кодування звичайно не забезпечують більше, ніж одну або дві такі особливі можливості. Різні коди мають різні переваги та недоліки.

2. Виконання правил у комунікаційних та комп'ютерних системах, які застосовуються для відображення елементів однієї системи на елементи іншої системи, звичайно на основі взаємної відповідності.

3. Цифрове кодування аналогових сигналів і зворотнє декодування цифрових сигналів до аналогових.

Код.

1. Система недвозначних правил, які визначають спосіб, у який дані можна подати у дискретній формі. Коди можна вживати для стислості або для секретності. Використання кодів є засобом перетворення інформації у форму, придатну для комунікації, обробки або шифрування.

2. Будь-яка система комунікації, в якій довільна група літер, цифр або символів подає одиницю зрозумілого тексту різної довжини. Коди можуть, але не мусять забезпечувати секретність. Широке використання кодів включає:

• перетворення інформації до форми, придатної для комунікації або шифрування;

• зменшення тривалості передавання інформації;

• описання інструкції для комп'ютера щодо виконання операції;

• перетворення зрозумілого тексту в безсенсовну комбінацію літер або цифр і навпаки.

3. Система правил для відображення елементів одної системи (кодованої системи) на елементи іншої системи (системи елементів коду); синонімом є система кодування.