2 Модуляция и кодирование

При передаче дискретных данных по каналам связи применяются два основных типа физического кодирования – на основе синусоидального несущего сигнала и на основе последовательности прямоугольных импульсов. Первый способ часто называется так­же модуляцией или аналоговой модуляцией, подчеркивая тот факт, что кодирование осуществляется за счет изменения параметров аналогового сигнала. Второй способ обычно называют цифровым кодированием. Термины «модуляция» и «кодирование» часто используют как синонимы. Эти способы отличаются шириной спектра результирующего сигнала и сложностью аппаратуры, необходимой для их реализации.

При использовании прямоугольных импульсов спектр результирующего сигна­ла получается весьма широким. Применение синусоиды приво­дит к спектру гораздо меньшей ширины при той же скорости передачи информа­ции. Однако для реализации синусоидальной модуляции требуется более сложная и дорогая аппаратура, чем для реализации прямоугольных импульсов.

В информационно-вычислительных сетях цифровое кодирование применяется на каналах высоко­го качества, а модуляция на основе синусоидальных сигналов предпочтительнее в том случае, когда канал вносит сильные искажения в передаваемые сигналы. Обычно модуляция используется в глобальных сетях при передаче данных через аналого­вые телефонные каналы связи, которые были разработаны для передачи голоса в аналоговой форме и поэтому плохо подходят для непосредственной передачи им­пульсов.

2.1 Методы аналоговой модуляции

Чтобы передать сигнал по каналам связи, нужно воспользо­ваться каким-либо переносчиком. В качестве переносчика естествен­но использовать те материальные объекты, которые имеют свойство перемещаться в пространстве, например, переменный ток в проводах (проводная связь), электромагнитное поле в открытом пространстве (радиосвязь), световой луч (оптическая связь). На рисунке 4 показано использование шкалы частот и волн различных типов для различных видов связи.

Р исунок 4 – Использование шкалы частот в электросвязи

В пункте передачи первичный сигнал необходимо преобразовать в сигнал, удобный для его передачи по соответствующей среде распространения. В пункте приема выпол­няется обратное преобразование. Доставленный в пункт приема сигнал должен быть снова преобра­зован в сообщение и затем передан получателю.

Обычно в качестве переносчика сигнала используют гармоническое коле­бание – которое называют несущим колебанием. Процесс преобразова­ния первичного сигнала заключается в изменении одного или не­скольких параметров несущего колебания по закону изменения пер­вичного сигнала (т.е. в наделении несущего колебания признаками первичного сигнала) и называется модуляцией. Аналоговая модуляция является таким способом физического кодирования, при котором информация кодируется изменением амплитуды, частоты или фазы несущего колебания. Основные способы аналоговой модуляции показаны на рисунке 5. На диаграмме (рисунок 5, а) показана последовательность бит исходной информации, представленная потенциалами высокого уровня для логической единицы и потенциалом нулевого уровня для логического нуля. Такой способ кодирования называется потенциальным кодом, к оторый часто используется при передаче данных между блоками компьютера.

Рисунок 5 – Различные типы модуляции

При амплитудной модуляции (рисунок 5, б) для логической единицы выбирается один уровень амплитуды синусоиды несущего колебания, а для логического нуля – другой. Этот способ редко используется в чистом виде на практике из-за низкой помехоустойчивости (воздействие помех в канале связи приводит к искажению амплитуды передаваемого сигнала и, соответственно, к искажению передаваемой информации), но часто применяется в сочетании с другим видом модуля­ции – фазовой модуляцией (квадратурная амплитудная модуляция в модемах с повышенной скоростью передачи данных).

При частотной модуляции (рисунок 5, в) значения 0 и 1 исходных данных пере­даются синусоидами с различной частотой – f₁ и f₂. Этот способ модуляции не требует сложных схем в модемах и обычно применяется в низкоскоростных моде­мах, работающих на скоростях 300 или 1 200 бит/с.

При фазовой модуляции (рисунок 5, г) значениям данных 0 и 1 соответствуют сигналы одинаковой частоты и амплитуды, но с различной фазой, например 0 и 180 градусов или 0, 90, 180 и 270 градусов.