1 .2. Добір параметрів інформаційних мереж

Загальна схема системи безпровідного зв’язку показана на рис 2.1.

Модулятор здійснює перетворення вхідних даних для зручної модуля­ції електромагнітної несучої. В системах цифрового зв’язку модулятор, що називається модемом, додатково кодує та стискає цифрові дані. Власне модуляцію несучої та її випромінювання здійснюють в блоці передавача, а приймач вловлює та підсилює несучий сигнал. Детектування та декоду­ван­ня модулюючого сигналу здійснюється в блоках демодулятора. В разі цифрового зв’язку декодер і частково модулятор є пристроями цифровими, а блоки передавача, приймача і детектора – аналоговими.

Важливими параметрами безпровідної мережі є частота несучої та ширина смуги пропускання. Ці параметри залежать від застосованого способу модуляції несучої та бажаної швидкості передачі даних.

Модуляція – це модифікація несучої електромагнітної хвилі високої частоти відповідно до інформаційного сигнала, якому властива порівняно мала частота. Несуча гармонічна хвиля може бути описана функцією

S(t)=A(t)sin(2πf(t)+Φ(t)),

де A(t), f(t), Ф(t) – параметри несучого сигналу: амплітуда, частота і фаза.

Залежно від того, який з параметрів модифікується інформаційним сигналом, розрізняють модуляції амплітудну (AM, Amplitude Modulation), частотну (FM, Frequency Modulation) і фазову (PM, Phase Modulation). В цифрових мережах є ще етап цифрової модуляції, під час якого цифрові дані кодуються, стискаються і перетворюються в модульований сигнал піднесучої, або проміжної частоти (subcarrier, intermediate frequency). Ці дії виконує модем. Відповідні цифрові демодулюючі дії виконує декодер в приймальному пристрої.

В сучасних інформаційних мережах широко застосовують квадратурні детектори. У подальшому викладі нам потрібно буде на них посилатись, отож коротко розглянемо їх принцип дії.

Спрощена функціональна схема квадратурного частотного детектора показана на рис. 2.2.

У детекторі є два паралельні канали обробки вхідного сигнала. На початку кожного каналу сигнали допоміжного генератора з частотою ω₀, зcунені за фазою один відносно другого на /2, перемножують із вхідним сигналом з частотою ω₁. Фільтри нижніх частот вирізають зі спектрів добутків лише низькочастотні компоненти, що відповідають різницевій частоті ω_Δ. Наступні диференціатори та перемножувачі із частковим перехрещенням каналів утворюють такі сигнали, що амплітуда їх різниці пропорційна різниці частот гетеродина ω₀ та зовнішнього сигнала ω₁ (в останньому блоці використана відома формула sin²α+cos²α=1).

Квадратурний частотний детектор має помітні переваги порівняно з іншими схемами частотного детектування: співвідношення сигнал/шум принаймні в раз більше; відсутні дзеркальні частоти; вибірність визначають два ідентичні фільтри нижніх частот; мінімум високочас­тот­них каскадів (ліворуч від штрихової лінії на рис.2.2); некритичність до параметрів кожного з двох каналів. Завдяки цим перевагам квадратурний частотний детектор широко використовують в радіозв’язку, зокрема в сучасній радіотелефонії.

В аналогових мережах необхідна ширина смуги пропускання каналу передачі визначається способом модуляції. За АМ ширина смуги рівна ширині спектра вхідного сигналу або вдвічі більша, тобто є найвужчою. За FM i PM необхідна значно ширша смуга для передачі того ж сигналу, що зумовлює підвищену завадостійкість, але вимагає збільшення частоти несучої.

Дещо інакше визначають параметри канала в цифрових мережах.

Маючи задані швидкість передачі в мережі R [Bit/s] та питому швидкість модуляції V_m [Bit/(S·Hz)], можна визначити нижню межу несучої частоти

f_min[Hz]=R/V_m.

Мінімальна ширина смуги пропускання залежить від швидкості передачі даних:

w_min[Hz]=R/2.

Останнє значення є теоретичним співвідношенням для каналу передачі без завад. Наявність завад у каналі із середніми потужностями сигналу S i завад N збільшує необхідну ширину смуги пропускання згідно з формулою для оптимального коду Шеннона: w_min= R/log₂(S/N+1).

Як відомо, оптимальний код Шеннона практично не реалізується, отож необхідна ширина смуги пропускання є ще більшою.

В таблиці 1.1 наведено значення питомої швидкості модуляції V_m для деяких поширених методів цифрової модуляції.

Таблиця 1.1. Методи модуляції в цифрових інформаційних системах

Спосіб модуляції	Метод модуляції зі способом детектування та міжнародним умовним позначенням	Питома швидкість модуляції Vm
АМ Amplitude Modulation	Дворівневе перемикання амплітуди, детектування некогерентне (BAM, Binary Amplitude Modulation)	0.8
	4-рівнева амплітудна модуляція, детектування некогерентне (QAM, Quadrature Amplitude Modulation)	1.7
FM Frequency Modulation	Перемикання частоти, детектування некогерентне (FSK, Frequency-Shift Keying)	0.8
	Швидке перемикання частоти, детектування некогерентне (MSK, Moment-Shift Keying)	1.9
PM Phase Modulation	Перемикання фази, детектування когерентне (BPSK, Binary Phase-Shift Keying)	0.8
	4-рівневе різницеве перемикання фази, детектування когерентне (DQPSK, Different Quadrature Phase-Shift Keying)	1.8
	8-рівневе перемикання фази, детектування когерентне (8-FPSK, 8-F Phase-Shift Keying)	2.6
AM-PM Amplitude-Phase Modulation	16-рівневе перемикання амплітуди і фази, детектування когерентне (16-FAPK, 16-F Amplitude Phase Keying)	3.1