1.1.6.3. Квадратурные методы модуляции

Представленные выше методы манипуляции: АМн, ЧМн и ФМн были использованы для пере- ­ дачи "0" и "1" символов так что каждому символу двоичного алфавита (0,1) соот- ветствовал один бит, т.е. фактически осуществлялось кодирование с удельной плотностью 1 бит/символ. Увеличение этого показателя позволяет пропорционально увеличить емкость сис-темы С, а значит, фактическую скорость передачи данных, измеренную в бит/с. Так, если эле-

ментом передачи будет 2-х битный символ (или дибит), то скорость передачи возрастает вдвое при той же основной полосе частот. Система при этом способна передавать алфавит из 4-х дибитных символов (00, 01, 10, 11). Это можно сделать или одним из указанных методов манипуляции в отдельности, формируя 4 разных символа: для АМн - 4 амплитуды (0, 1, 2, 3), см. рис.1-5а; для ЧМн - 4 частоты (f₁, f₂, f₃, f₄); для ФМн - 4 фазы (0°, 90°, 180°, 270°), см. рис.1-56; либо комбинацией двух методов манипуляции: АМн-ЧМн.

Рис.1-5. Примеры квадратурной модуляции: а) АМн (РАМ) - 4 амплитуды (0,1,2,3) и б) ФМн (PSK) - 4 фазы (О°, 90°, 180°, 270°), в) комбинация АМн-ФМн, реализующая 16 состояний (созвездие) с помощью 12-ти фаз и 3-х амплитуд

Такие методы манипуляции называются общим термином: квадратурная модуляция (КМ или КАМ, или QAM), хотя часто под этим понималась модуляция АМн-ФМн (2 амплитуды-2 фазы, отличающиеся на 90°). Сложный, но широко используемый пример QAM приведен на рис.1-5в, где показано созвездие QAM, основанное на кодировании с показателем 4 би­- та/символ, реализующее 16 различных символов алфавита (4²) с помощью 12 фаз и 3 ампли­- туд. Этот метод манипуляции используется в модемах, передающих данные со скоростью 9600 бит/с, но работающих на скорости 2400 Бод и использующих полосу пропускания КТЧ.

1.2. Формирование основного цифрового канала

Системы связи раньше ассоциировались с системами передачи голоса или телефонной связи (ТфОП), которые только в последние 30 лет стали использоваться для передачи данных. По- ­этому эти системы рассчитывались и оптимизировались в первую очередь для передачи речи. Системы ТфОП строились как многоканальные, использующие различные методы уплотнения для передачи по кабелю большего числа каналов.

1.2.1. Модели каналов тональной частоты

АЧХ голосового сигнала - одна из важных характеристик ТфОП. Ее вид представлен на рис.1- 6. Хотя она простирается до 16-20 кГц, основная мощность голосового спектра сосредоточена до 7 кГц. Для ТфОП важно правильно выбрать ширину так называемого канала тональной частоты (КТЧ) _тч. Этот выбор осуществляется с помощью кривой на рис. 1-6, используя такой показатель разборчивости речи, как индекс артикуляции.

С учетом этого показателя, на международном уровне были стандартизованы три модели КТЧ, а именно:

Рис.1-6. Усредненный спектр мощности голосового сигнала

• канал вокодерной связи, используемый для передачи речевых команд, требует разборчивости на уровне предложений или отдельных команд (индекс артикуляции 0,4);

• канал телефонной связи, используемый для передачи голоса, требует разборчивости на уровне слов (индекс артикуляции 0,7);

• канал телефонной связи высокого качества, испопьзуемый в ISDN и видео-конференц-связи, требует безусловной разборчивости (индекс артикуляции 0,9).

Для вокодерной связи, указанной выше, этому соответствует модель КТЧ вида:

1) _тч-вс=1170/1770 Гц(f_ср.в =1600/2400 Гц, f_ср.н = 430 Гц).

Для обычного канала телефонной связи этому соответствует модель КТЧ вида:

2) _тч-тлф=3100 Гц(f_ср.в =3400 Гц, f_ср.н = 300 Гц).

Для канала телефонной связи высокого качества этому соответствует модель КТЧ вида:

3) _{тч-тлф-вк}=5900/6800 Гц(f_ср.в =6100/7000 Гц, f_ср.н = 200 Гц).

В руководствах курсов связи упоминают только модель КТЧ вида 2) для обычного теле­фонного канала, как единственную, забывая, что модель КТЧ высокого качества вида 3) стан­дартизована ITU-T в рамках ISDN.

Учитывая, что указанная полоса частот должна фильтроваться реальными фильтрами, имеющими конечную крутизну спада АЧХ в переходной полосе, было предложено аппрокси­мировать ЛЧХ реального КТЧ вида 2) характеристикой АЧХ идеального ФНЧ, для которого f_ср.в =4 кГц. Таким образом, полоса 4 кГц стала расчетной шириной полосы стандартного те­лефонного канала (защитная полоса при этом составляет 4000-3100=900 Гц, что вполне доста­точно для снижения помех от соседних каналов до приемлемого уровня).