17. Передача информации

Передача информации может выполняться различным образом.

Рассмотрим вначале электронные системы передачи информации. Схема передачи информации представлена на рис. 17.1.

ИС КИ КК У М ЛС ДМ В ДК ДИ ПС

КС

Рис. 17.1. Схема передачи информации

Здесь сокращения означают следующее:

ИС – источник сообщения. Он регистрирует (фиксирует) информацию на каком-либо носителе, в результате чего образуется сигнал. Может выполнять в целом первую фазу обращения информации, а также криптографическое кодирование. В роли ИС могут выступать сканеры, факсимильные аппараты, клавиатуры, компьютеры и т.д.

КИ – кодер¹³ источника. Выполняет эффективное кодирование информации в сигнале в случае необходимости. Данный элемент может отсутствовать в схеме.

КК – кодер канала. На него возложены функции помехозащитного кодирования, если передаваемый сигнал подвержен помехам.

У – уплотнитель сигнала. Способствует передаче нескольких сигналов по одной линии связи ЛС. Может отсутствовать в схеме. Уплотнение рассмотрено далее в п. 17.2.

М – модулятор сигнала. Изменяет информационные характеристики сигналов-носителей, накладывая на него дискретный сигнал. Модуляция рассмотрена в п. 17.1.

ЛС – линия связи – физическая среда (например, воздух, электрическое или магнитное поле) и технические средства в ней, который используются для передачи сигнала на расстояние.

ДМ – демодулятор. Выполняет выделение дискретного сигнала из сигнала-носителя. Имеет место в схеме только при наличии модулятора М.

В – устройство выделения уплотненного сигнала. Имеет место в схеме только при наличии уплотнителя У.

ДК – декодер канала. Выявляет и/или исправляет ошибки, допущенные при передаче сигнала по линии связи ЛС. Присутствует в схеме только при наличии кодера канала КК.

ДИ – декодер источника. Декодирует эффективные коды. Присутствует в схеме только при наличии кодера источника КИ.

ПС – получатель сообщения. В его роли может выступать компьютер, принтер, дисплей и т.д.

КС – канал связи.

Технически блоки модулятор (М) и демодулятор (ДМ) реализованы в одном устройстве, которое называется модем (МОдулятор-ДЕМодулятор).

Аналогично блоки кодеров (КИ и КК) и декодеров (ДИ и ДК) реализованы технически в одном устройстве, называемом кодек (КОдер-ДЕКодер).

Блоки уплотнитель У и блок выделения сигнала В образуют мультиплексор.

17.1. Модуляция и демодуляция сигнала

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:

1. сигнал-носитель – фиксированный уровень, например, значение напряжения (рис. 17.2). В этом случае возможна только прямая модуляция, при которой изменение уровня напряжения означает передачу того или иного сигнала.

U(t)

U_н

t

Рис. 17.2. Сигнал-носитель – фиксированный уровень

(t – время, U_н - нормальный уровень напряжения)

Пример 17.1. Выполнить прямую модуляцию дискретного сигнала 0110₂.

Зададимся следующими модификациями напряжения U_н для передачи двоичной цифры: при уменьшении нормального уровня напряжения на U_м передается двоичный 0, при увеличении нормального уровня на ту же величину передается двоичная 1. Для кодирования повторений цифр зададимся дискретой времени t, в течение которой передается одна цифра. Тогда получим результат, показанный на рис. 17.3.

U(t)

U_м

U_н

U_м

t t t t t

Рис. 17.3. Прямая модуляция для сигнала 0110₂

2. сигнал-носитель – колебания (рис. 17.4). Этот вид сигнала характеризуется тремя информационными параметрами – амплитудой (имеет величину U_н на рис. 17.4), частотой (1/(2t) на рис. 17.4) и фазой, поэтому возможны три вида модуляции:

• амплитудная. Изменение амплитуды означает передачу того или иного сигнала.

U(t)

U_н

t t t t t

Рис. 17.4. Сигнал-носитель – колебания

Пример 17.2. Выполнить амплитудную модуляцию для дискретного сигнала 0110₂, если сигналом-носителем является сигнал рис. 17.4.

Зададимся модификациями амплитуды базового сигнала-носителя: пусть уменьшение амплитуды на величину U_м означает передачу двоичного 0, а увеличение на ту же величину – передачу двоичной 1.

Тогда получим результат, показанный на рис. 17.5.

U(t)

U_м U_н

U_м

t

Рис. 17.5. Амплитудная модуляция для сигнала 0110₂

• частотная. Изменение частоты колебаний передает дискретный сигнал.

Пример 17.3. Выполнить частотную модуляцию для дискретного сигнала 0110₂. Сигнал-носитель представлен на рис. 17.4.

Пусть увеличение колебаний в период времени T = 2t в 2 раза означает передачу двоичного 0, а увеличение в 3 раза – двоичной 1.

Тогда результат модуляции представлен на рис. 17.6.

U(t)

U_н

t

T T T T

Рис. 17.6. Частотная модуляция для сигнала 0110₂

• .фазовая. Смена фазы передает дискретный сигнал.

Пример 17.4. Выполнить фазовую модуляцию для дискретного сигнала 0110₂. Сигнал-носитель представлен на рис. 17.4.

Пусть сдвиг по фазе на 90 означает передачу двоичной 1, отсутствие сдвига – двоичного 0. Тогда результат модуляции представлен на рис. 17.7.

U(t)

U_н

t

Рис. 17.7. Фазовая модуляция для сигнала 0110₂

3. сигнал-носитель – импульсы (рис. 17.8).

U(t)

U_н

   t

T T T

Рис. 17.8. Сигнал-носитель – импульсы

Аналогично колебаниям этот вид сигнала позволяет выполнять три вида модуляции:

• амплитудно-импульсная. Передача дискретного сигнала связана с изменением амплитуды импульсов.

Пример 17.5. Выполнить амплитудно-импульсную модуляцию для дискретного сигнала 0110₂. Сигнал-носитель представлен на рис. 17.8.

Зададимся модификациями амплитуды базового сигнала-носителя: пусть уменьшение амплитуды импульса на величину U_м означает передачу двоичного 0, а увеличение на ту же величину – передачу двоичной 1.

Тогда результат модуляции представлен на рис. 17.9.

U(t)

U_м U_н

U_м

t

T T T T

Рис. 17.9. Амплитудно-импульсная модуляция для сигнала 0110₂

• частотно-импульсная. Передача дискретного сигнала связана с изменением частоты импульсов.

Пример 17.6. Выполнить частотно-импульсную модуляцию для сигнала 0110₂. Сигнал-носитель представлен на рис. 17.8.

Пусть увеличение частоты импульсов в период времени T в 2 раза означает передачу двоичного 0, а увеличение в 3 раза – двоичной 1.

Тогда результат модуляции представлен на рис. 17.10.

U(t)

U_н

t

T T T T

Рис. 17.10. Частотно-импульсная модуляция для сигнала 0110₂

• время-импульсная. Передача дискретного сигнала связана с изменением продолжительности импульса .

Пример 17.7. Выполнить время-импульсную модуляцию для сигнала 0110₂. Сигнал-носитель представлен на рис. 17.8.

Пусть увеличение продолжительности импульса на время  означает передачу двоичной 1, а уменьшение на ту же величину – передачу двоичного 0.

Тогда результат модуляции представлен на рис. 17.11.

U(t)

U_н

- + + -

Рис. 17.11. Время-импульсная модуляция для сигнала 0110₂

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