10.3 Аналоговое и цифровое кодирование

Рассмотренные выше коды были чисто логическими построениями, не имеющими выражения на физическом уровне. Для преобразования кодового слова в электрический сигнал используются методы аналогового и цифрового кодирования. Для передачи сигнала по узкополосным (полосовым) каналам кодирование осуществляется путем модуляции (манипуляция) синусоидального колебания. При цифровом кодировании используются методы, основанные на манипулировании импульсными сигналами.

10.3.1 Аналоговое кодирование

При аналоговом кодировании используются все три метода модуляции синусоидального носителя. Для представления на физическом уровне двоичных символов модулируемый параметр носителя должен принимать лишь два дискретных значения. В некоторых случаях может использоваться и большее, но обязательное дискретное число значений. Такая дискретная модуляция называется манипуляцией (shift keying).

Основные типы сигналов, возникающих при аналоговом кодировании последовательности двоичных символов, представлены на рис. 10.10. Здесь кодированию на физическом уровне подвергается один отсчет значений сигнала, представленный восьмибитовым словом 10011101=128+16+8+4+1=153.

АМн – амплитудно-манипулированный сигнал. Здесь двоичному нулю и двоичной единице соответствуют два различных значения амплитуды синусоидального носителя (1 - большая амплитуда, 0 – малая или даже нулевая амплитуда). Амплитудная манипуляция была изобретена в своё время для целей беспроводной телеграфии и сейчас практически не применяется.

ЧМн – частотно-манипулированный сигнал. В режиме двухчастотной манипуляции при передаче двоичной единицы частота сигнала увеличивается, при передаче двоичного нуля - уменьшается. Используется и при многочастотной М-арной передаче последовательностей двоичных символов, причем число М выбирается равным целой степени двух (два, четыре, восемь и т.д.). Так при 4-арной передаче выбираются четыре фиксированные частоты синусоидального сигнала, соответствующие двоичным последовательностям 00, 01, 10, 11. Сигнал на рис. 10.10 соответствует частотной манипуляции без разрыва фазы. При многочастотной манипуляции переход от одной частоты к другой может сопровождаться резкими изменениями (разрывами) фазы.

ФМн – фазоманипулированный сигнал при 2-арной (2ФМн) и при 4-арной (4ФМн) передаче информации. Здесь фрагменты синусоидального сигнала, соответствующие различным двоичным символам или последовательностям символов, характеризуются двумя, или соответственно четырьмя, значениями фазы, равными 0 и π или 0, π/2, π и 3π/2. При переходе от одного символа к другому или от одной 2-арной последовательности символов к другой возможны разрывы фазы сигнала, как это и видно на графиках. Фазовая манипуляция разрабатывалась вначале в рамках программы освоения дальнего космоса. В настоящее время фазовая манипуляция широко используется в промышленных, коммерческих и военных системах передачи данных.

АФМн – амплитудно-фазовая манипуляция. АФМн отличается тем, что здесь манипуляции подвергается как амплитуда, так и фаза сигнала. В результате получаем сигнал, в котором в зависимости от передаваемых битов или двойных или тройных битов могут возникать одновременно и скачки амплитуд, и скачки фаз.

При соответствующем подборе частот несущих, различных для различных измеряемых величин, значения нескольких величин можно передавать одновременно по одному широкополосному каналу. Канал работает на несколько приемников (демодуляторов), подключаемых через полосовые фильтры, вырезающие соответственные частотные диапазоны.