9. Амплитудная манипуляция. Демодуляция ask сигнала.
Амплитудная манипуляция (АМ)
Амплитудная манипуляция (англ. Amplitude-shift keying (ASK)) – это один из самых простых видов модуляции цифровых сигналов. Амплитудная манипуляция подразумевает, что для передачи "0" и "1" применяются разные уровни несущего сигнала по напряжению. Например, передаче "0" будет соответствовать 5В, а "1" - 1В. При этом частота и фаза несущего сигнала остаются постоянными. Для повышения помехоустойчивости часто применяют уровни различной полярности (например, "0": 5В, а "1": -5В). Это наиболее простой из всех видов манипуляции. Устройства для реализации амплитудной манипуляции также просты и недороги. Кроме того, амплитудная манипуляция требует минимальной ширины полосы пропускания канала связи.
Амплитудная манипуляция нашла применение в оптических каналах связи, т.к. они гораздо меньше подвержены амплитудным помехам. При этом под амплитудой в оптическом сигнале понимается сила света. Таким образом, наличие или отсутствие светового импульса будет соответствовать двум значениям цифрового потока.
10. Частотная манипуляция. Демодуляция FSK сигнала. Частотная манипуляция (ЧМ)Частотная манипуляция (англ. Frequency-shift keying (FSK)) – это один из трех основных способов модуляции цифрового сигнала.
Частотная манипуляция сигналов
При частотной манипуляции в зависимости от передаваемого символа изменяется частота несущего сигнала. Например, для передачи "0" используется частота 5Гц, а "1" - 10Гц. Этот вид манипуляции также не сложен в реализации и является более помехоустойчивым, чемамплитудная манипуляция. Но, в эфире довольно часто наблюдаются частотно-селективные помехи, вызванные работой промышленного оборудования (генераторы, трансформаторы). Если передаваемый сигналокажется в полосе действия таких помех, то возможен высокий процент потери информации или даже полное "перекрытие" канала связи. Частотная манипуляция также как и амплитудная редко применяется на практике. ЧМ используется лишь в хорошо защищенных каналах связи при передаче на небольшие расстояния. Мультиплексирование с разделением частот (FDM) позволяет распределять канал среди множества пользователей. Напомним, что это достигается путем наложение сообщения на несущий сигнал внутри определенной части радиочастотного спектра, закрепленной за пользователем. Также напомним, что любые аналоговые модуляционные схемы могут быть использованы для передачи цифровых данных аналогичным образом: например, при использовании частотной модуляции, известной как двоичная частотная манипуляция ( BFSK или просто FSK). Одна из причин использования FSK – относительная помехоустойчивость. Напомним, что шум проявляет себя как изменения в амплитуде передаваемого сигнала. Эти изменения могут быть устранены FM/FSK приемниками (по схеме называемой ограничителем) без ущерба восстановления сообщения.
11. Двоичная фазовая манипуляция. Демодуляция bpsk сигнала.
Двоичная фазовая манипуляция (англ. BPSK — binary phase-shift keying) — самая простая форма фазовойманипуляции (ФМн). Работа схемы двоичной ФМн заключается в смещении фазы несущего колебания наодно из двух значений, нуль или pi (180°).
Эта модуляция является самой помехоустойчивой из всех видов ФМн, то есть при использовании бинарнойФМн вероятность ошибки при приёме данных наименьшая. Однако каждый символ несет только 1 битинформации, что обуславливает наименьшую в этом методе модуляции скорость передачи информации.
Вероятность ошибки на бит (англ. BER - Bit Error Rate) при бинарной ФМн в канале с аддитивным белымгауссовским шумом (АБГШ) может быть вычислена по формуле:
,
12. Квадратурная фазовая манипуляция. Извлечение BPSK сигнала из QPSK. Квадратурная фазовая манипуляция-является модификацией двоичной фазовой манипуляции BPSK. QPSK является разновидностью DSBSC модуляции,здесь применяются по два бита в течение каждого интервала времени ,не используя другую несущую частоту. при QPSK биты передаются парами, скорость передачи два раза выше чем при BPSK. QPSK позволяет занимать в два раза меньшей участок радиочастотного спектра, чем BPSK. это дает возможность увеличить количество абонентов в канале связи. Извлечение BPSK сигнала из QPSK произходит с помощью метода фазовой дискреминации.
13. DSSS модуляция и демодуляция. Спектр DSSS сигнала. DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum — широкополосная модуляция с прямым расширением спектра. DSSS модуляция есть ничто иное, как DSBSC модуляция с бесконечным количеством синусоидальных несущих, а результатом модуляции является бесконечное количество пар слабых боковых полос вокруг подавленной несущей. На практике не все боковые полосы обладают значимой энергией. Однако, фактически энергия информационного сообщения распределена между множеством полос, и умышленное расширение спектра затрудняет воздействие на них помех. Чтобы исказить сигнал, необходимо подавить значительное количество полос, что не представляется возможным, учитывая их количество. Демодуляция DSSS сигналов, также как и DSBSC сигналов, осуществляется с помощью детектора произведения. Важно отметить, что несущая, подаваемая на детектор произведения, должна содержать все гармоники последовательности импульсов с передатчика, совпадающие по фазе и по частоте. Если это не будет выполнено, собрать исходное сообщение из множества слабых демодулированных сигналов не удастся, и восстановленный сигнал будет выглядеть, как помеха. Таким образом, в приемнике должно генерироваться такое же количество гармоник тех же частот, что и в последовательности импульсов, генерируемой в передатчике. Более того, последовательности импульсов в передатчике и в приемнике должны быть синхронизованы. Отсюда следует еще одно достоинство рассматриваемого метода модуляции - передаваемый сигнал может быть эффективно зашифрован.
14. Дискретизация сигналов в SDR. Субдискретизация. Синхронизация в SDR. SDR (Software-Defined Radio) — программно-определяемая радиоподсистема; В SDR-оборудовании форма модулированного радиосигнала задается в ПО. Формируется цифрой сигнал, который затем с помощью широкополосного ЦАП преобразуется в аналоговый на промежуточной частоте (ПЧ). Далее сигнал ПЧ посредством преобразования вверх превращается в высокочастотный сигнал. В приемнике все происходит в обратном порядке. технология SDR позволяет изменять эксплуатационные параметры радиооборудования на уровне ПО. благодаря высокой частоте дискретизации достигаются высокие соотношения сигнал/ шум в узкой полосе частот за счет дополнительной цифровой фильтрации. При использовании SDR практически весь объем работ по обработке сигнала перекладывается на программное обеспечение, которое запускается на персональном компьютере или управляет работой некоторых конкретных специализированных микропроцессорных устройств, предназначенных для обработки сигнала. . SDR переводит аналоговые РЧ-сигналы, занимающие различные полосы в спектре, в поток цифро- вых данных, который после обработки снова переводится в аналоговую форму. В режиме приема SDR может обеспечить более высокую эффективность, чем при использовании традиционных аналоговых методов, т.к. при цифровой обработке сигналов их фильтрация близка к идеальной. Субдискретизация - Дискретизация сигнала с частотой ниже, чем выбранная по теореме Котельникова. (теорема Котельникова) – теорема, определяющая выбор периода дискретизации ∆t аналогового сигнала в соответствии с его спектральной характеристикой. Субдискретизация используется, когда спектр сигнала ограничен не только сверху, но и снизу. Для устранения эффекта наложения спектров используется полосовой антиалиасный фильтр. В системе передачи данных используется устройство синхронизации без непосредственного воздействия на частоту задающего генератора
15. Как сравнить программные реализации сжатия текстовых данных. Примеры реализаций. Своими словами можно, типа один и тот же текст, вставляем в разные проги и видим результат и сравниваем, какой из них эффективнее.
16. Модемные протоколы сжатия данных: V.42bis и MNP Для повышения скорости и надежности обмена информацией используются так называемые MNP-модемы - модемы с аппаратным сжатием и коррекцией информации. При установке связи между двумя компьютерами модемы должны предоставить друг другу информацию о скорости связи, корректировке ошибок и сжатии данных. Для этого и существуют протоколы — стандартизированные алгоритмы работы модема. Протокол MNP (Microcom Networking Protocol) был разработан Microcom Inc. для модемов, выпускаемых фирмой. В нем описываются различные параметры и процедуры передачи информации, Все спецификации протокола подразделяются на классы(уровни). Классы 5 и 7 (следуя традиции, в дальнейшем изложении будем называть их протоколами MNP5 и MNP7) имеют отношение к сжатию информации. MNP оказался достаточно удачным протоколом и используется в большинстве современных модемов. Протоколы V.42 и V.42bis.Протокол с коррекцией ошибок и преобразованием асинхронный - синхронный. Протокол использует метод компрессии, при котором определяется частота появления отдельных символьных строк и происходит их замена на последовательности символов меньшей длины. Этот метод компрессии носит название Lempel-Ziv. Данный метод компрессии обеспечивает 50% сжатие текстовых файлов.Вместе с 20% выигрышем от синхронного преобразования это увеличивает эффективность на 60% Протокол сжатия данных. Допускает переключение из режима сжатия в прозрачный режим и обратно, причем независимо для каждого направления.