лекции / Лекция 4 ИСиС-2-1

Кафедра СиСРТ Ст. преп. Пронина Евгения Дмитриевна

Цифровые сигналы:

-Понятие о цифровых сигналах;

-Бит и символ;

-Дискретизация аналоговых сигналов;

-Квантование;

-Кодирование;

Принципы многоканальнй передачи:

-Одновременная передача сообщений;

-Частотное разделение каналов;

-Временное разделение каналов;

-Импульсная модуляция;

-Принцип чередования битов;

-Мультиплексирование;

-Принцип чередования кодовых комбинаций;

-Тактовая синхронизация;

-Скремблирование;

-Регенерация цифровых сигналов;

-Помехоустойчивое кодирование;

-Квазитроичный код.

Цифровыми сигналами являются телеграфные сигналы и сигналы передачи данных, вырабатываемые компьютерами. Таким образом, можно сказать, что цифровой сигнал — это последовательность импульсов. Если принять условно факт наличия импульса за 1, а факт его отсутствия за 0, то импульсную последовательность можно представить как чередование двух цифр: 0 и 1.

Отсюда и появилось название «цифровой сигнал». Число, которое принимает только два значения: 0 и 1, называется «двоичной цифрой». В переводе на английский это звучит как «Binary digit». В практику широко вошло сокращение, составленное из начальных и конечных букв английского словосочетания, т.е. слово «bit», что на английском читается как бит. Итак, одна позиция в цифровом сигнале есть 1 бит; это может быть либо 0, либо 1. Восемь позиций в цифровом сигнале объединяется понятием байт.

При передаче цифровых сигналов естественным образом вводится понятие скорости передачи — это количество бит, передаваемых в единицу времени, чаще всего — в секунду.

Бит (единица информации) это минимальный объем информации, который представляется одним из двух значений: 0 или 1.

Символ – это сгруппированная совокупность битов, предназначенная для одновременной передачи. В один символ помещается несколько бит информации.

Число возможных значений символа:

М=2k т.е. сколько разных значений символ может принимать,

где k – количество бит в символе.

Если символ содержит только один бит, то такой способ передачи называют бинарным, либо двоичным. Различают соответственно битовую (бит/с) и символьную скорость (сим./с). Символьную скорость также называют скоростью манипуляции, измеряемой в бодах.

Бод – единица измерения символьной скорости: 1 Бод = 1сим./с

ЗАДАЧА: Найти битовую скорость.

В таблице представлено несколько видов модуляций. Второй столбик (Алфавит), говорит о том, сколько значений символов можно принимать. Дана символьная скорость, нужно найти битовую.

2-ФМн, символьная скорость 1200 бод. Вопрос, сколько у нас бит на символ приходится? У одного бита два возможных состояния 1 и 0. Мы одним битом можем закодировать символ целиком. Если в одном символе содержится один бит, символьная и битовая скорости будут равны, т.е. 1200 бит/с.

4-ФМн, здесь в одном символе содержится? Сколькими битами мы можем закодировать 4 состояния? Можно проверять так, 2 в какой степени даст 4? Во 2! Соответственно скорость будет равна 200. (100*2)

8-ФМн, 2 в какой степени дает 8? в 3! Следовательно, 3*300=900 бит/с. 16-КАМ, 4 бит на символ, 4*600=2400.

Будем отличать модуляцию и манипуляцию. Манипуляция это в принципе та же самая модуляция, но, когда у нас модулирующий сигнал, низкочастотный (НЧ) сигнал, который изменяет параметры, имеет дискретный (цифровой) характер.

На картинке ниже два отличия. Модуляция, когда модулирующий сигнал, который изменяет амплитуду — аналоговый, т.е. непрерывный, а справа модулирующий сигнал, который изменяет амплитуду — цифровой.

Когда мы говорим про манипуляцию, модулирующий сигнал имеет дискретный характер. Но когда мы говорим модуляция, то это не всегда означает, что модулирующий сигнал аналоговый. Например, квадратурноамплитудная модуляция (КАМ), несмотря на то, что там модулирующий сигнал (т.е. тот сигнал, который несет информацию, который изменяет параметры ВЧ колебания) он цифровой, но все равно называют модуляция.

Недостатки передачи при помощи аналогового сигнала относятся:

-большое количество помех;

-невысокая безопасность передаваемого сигнала;

-большой объем передаваемой информации, часть из которой является лишней.

Если говорить о цифровом сигнале, где данные передаются дискретно, стоит выделить его явные

преимущества:

-высокий уровень защиты передаваемой информации за счет ее шифрования;

-легкость приема цифрового сигнала;

-отсутствие постороннего «шума»;

-цифровое вещание способно обеспечить огромное количество каналов;

-высокое качество передачи — цифровой сигнал обеспечивает фильтрацию принимаемых данных;

Отличия цифрового и аналогового сигналов:

1)Аналоговый сигнал может быть искажен помехами, а цифровой сигнал может быть или забит помехами совсем, или приходить без искажений. Цифровой сигнал или точно есть, или полностью отсутствует (или нуль, или единица).

2)Аналоговый сигнал доступен для восприятия всеми устройствами, работающими по тому же принципу, что и передатчик. Цифровой сигнал надежно защищен кодом, его трудно перехватить, если вам он не предназначается

Если в цепь микрофона, где ток является непрерывной функцией времени, встроить электронный ключ и периодически на короткие мгновения замыкать его, то ток в цепи будет иметь вид узких импульсов с амплитудами, повторяющими форму непрерывного сигнала, и представлять собой ничто иное, как дискретный сигнал.

Интервал времени tд, через который отсчитываются значения непрерывного сигнала, называется интервалом дискретизации. Обратная величина 1/tд (обозначим ее fд) называется частотой взятия отсчетов, или частотой дискретизации.

Отсчеты непрерывного сигнала следует брать с такой частотой (или через такой интервал времени), чтобы успевать отследить все, даже самые быстрые, изменения сигнала. Иначе при восстановлении этого сигнала по дискретным отсчетам часть информации будет потеряна и форма восстановленного сигнала будет отличаться от формы исходного. Это означает, что звук на приеме будет восприниматься с искажениями.