Лекция 9. Назначение и содержание прцедур модуляции и демодуляции. Сравнительные характеристики по помехоустойчивости различных видов модуляции Цифровые методы модуляции.

Модуляция -  изменение информативных параметров некоторых первичных физических процессов (сигналов), рассматриваемых как носители информации, в соответствии с передаваемой (включаемой и сигнал) информацией.

Виды модуляции связаны с типом сигнала-носителя. В современной информатике выделяют три его типа: фиксированный уровень, колебания, импульсы.

Демодуляция – восстановление величин, вызвавших изменение параметров носителей при модуляции. Выполняется на принимающей стороне при известных условиях модуляции на передающей стороне.

1. Цифровые методы модуляции

В сфере радиоэлектроники всё большее применение находит цифровая модуляция радиосигналов. Цифровая модуляция применяется во многих областях, в том числе цифровом радио- и телевещании, компьютерных технологиях, связи (модем, радио, оптоволокно). Однако наибольшее применение цифровая модуляция получила в системах беспроводной связи. Современные системы связи используют цифровые методы кодирования и модуляции как наиболее эффективные и надёжные способы передачи информации. Цифровая модуляция применяется повсеместно: в спутниковой связи, в теле-радиовещании, в сотовой телефонии, в системах навигации и пр.

Цифровая модуляция в своей основе несёт передачу дискретного сигнала путём переноса кодированной информации на основную несущую частоту (непрерывное колебание). При этом основная несущая моделируется по тому или иному закону, согласно используемому стандарту передачи данных.

Рисунок 1 – Блок-схема цифровой модуляции формата I/Q

Лекция 10 Информационные характеристики сигнала и канала. Согласование физических характеристик сигнала и канала. Согласавание статистических свойств источника сообщений и канала связи.

Предположим, что мы имеем дискретный канал вероятность возникновения ошибки, в котором близка к нулю (в идеале = 0). Такой канал называют идеальным каналом или каналом без шума. Пропускная способность канала определяется . При наличии идеального канала естественно поставить вопрос о возможности передаче по нему без потерь информации от произвольного дискретного источника U характеризуемого производительностью H'(U) со скоростью равной пропускной способности канала. Схема построения такой системы передачи информации должна выглядеть, так как на рисунке 2.1. Необходимость включения устройства кодер, а так же декодера, выполняющего обратные ему операции. Состав этой системы обусловлен следующими обстоятельствами. Как говорилось в пункте 1.6. для того чтобы скорость передачи информации в канале была равна его пропускной способности, на входе канала должен действовать дискретный источник с определенными статистическими свойствами, максимизирующими величину I(Z,Z*). В частности, в интересующем нас здесь случае идеального канала без помех такой источник должен просто обладать максимальной энтропией или нулевой избыточностью, т.е. выдавать независимые равновероятные сообщения. В то же время своей постановки задачи мы пожелали иметь возможность передавать сообщения от произвольного источника с любыми статистическими свойствами, т.е. имеющего ненулевую избыточность. Таким образом функции кодера являются согласованием в статическом смысле сообщений источника со входом канала. Задача этого согласования в конечном итоге сводится к устранению избыточности сообщений. Кодер осуществляет кодирование сообщений, т.е. каждому дискретному сообщению по определенному правилу ставят в соответствие последовательность символов из алфавита объемом М. При этом по отношению к входу каналом выдаваемые кодером символы сами являются дискретными элементами сообщений, статические свойства которых должны отличаться от статических свойств сообщений исходного источника. Возможность построения кодера полностью устраняющего избыточность произвольного исходного источника сообщений и определяет возможность решения поставленной задачи без ошибочной передачи информации со скоростью, равной пропускной способности канала. При полном ее решении оказывается справедливым равенство Hў(U) = u_C ЧH(U) = u_K Чlog M = C (2.1), откуда имеем h = u_K / u_C = H(U) / log M (2.1а), где H(U) - энтропия источника передаваемых сообщений, u_K и u _C - средние количества символов соответственно сообщения и кода передаваемых в единицу времени. h = u_K/ u_C - среднее количество символов кода приходящиеся на одно сообщение. Степень приближения к точному выполнению равенств (2.1) и (2.1а) зависит от степени уменьшения избыточности источника сообщений. Кодирование позволяющее устранять избыточность источников сообщений называется эффективным или статистическим. Коды, получаемые в результате такого кодирования, называются эффективными или статистическими. Рассмотрим основные идеи, которые могут быть положены в основу эффективного кодирования. Как отмечалось в пункте 1.4. избыточность дискретных источников обуславливается двумя причинами:

1) памятью источника; 2) неравномерностью сообщений.

Универсальным способом уменьшения избыточности обусловленной памятью источника является укрупнение элементарных сообщений. При этом кодирование осуществляется длинными блоками. Вероятностные связи между блоками меньше чем между отдельными элементами сообщений и чем длиннее блоки, тем меньше зависит между ними. Смысл укрупнения поясним на примере буквенного текста: если вероятностные связи между буквами в любом языке относительно сильны, то между словами они значительно меньше, еще меньше между фразами, еще меньше между абзацами. Поэтому, применяя кодирование слов, фраз, абзацев мы можем достаточно полно устранить избыточность обусловленную вероятностными связями. Однако при этом возрастает задержка передачи сообщений, так как сначала нужно дождаться формирования всего длинного блока сообщений и лишь затем его закодировать и передавать. Уменьшение избыточности обусловленной неравномерностью сообщений может быть достигнута применением неравномерных кодов. Основная идея построения таких кодов состоит в том, что наиболее вероятным сообщениям ставятся в соответствие наиболее короткие блоки кодовых символов (кодовые комбинации), а наименее вероятным более длинные. В силу неравномерности таких кодов и случайного характера сообщения U передача без потерь информации с постоянной скоростью следования кодовых символов u_K может быть обеспечено лишь при наличии буферного накопителя с большой памятью, и, следовательно, при допустимости больших задержек.