Р исунок 12 – Спектры модулированных сигналов

При переда­че чередующихся единиц и нулей постоянная составляющая отсутствует. Поэтому спектр результирующего сигнала потенциального кода при передаче произволь­ных данных занимает полосу от некоторой величины, близкой к 0 Гц, до примерно 7f₀ (гармониками с частотами выше 7f₀ можно пренебречь из-за их малого вклада в результирующий сигнал). Для канала тональной частоты (проводной линии связи) верхняя граница при потенциальном кодировании достигается для скорости передачи данных в 971 бит/с (действительно, f_max = 7f₀ = 971* 7 / 2 = 3 395 Гц при наибольшей частоте АЧХ канала 3 400 Гц), а нижняя неприемлема для любых скоростей, так как полоса пропускания канала начинается с 300 Гц. В результате потенциальные коды в проводных линиях связи никогда не используются.

При амплитудной модуляции спектр состоит из синусоиды несущей частоты f_с и двух боковых гармоник: (f_с + f_м) и (f_с – f_м), где f_м – частота изменения информа­ционного параметра синусоиды, которая совпадает со скоростью передачи данных при использовании двух уровней амплитуды (рисунок 12, б). Частота f_м определяет пропускную способность линии при данном способе кодирования. При небольшой частоте модуляции ширина спектра сигнала будет также небольшой (равной 2f_м), поэтому сигналы не будут искажаться линией, если ее полоса пропускания будет больше или равна 2f_м. Для проводной линии связи такой способ модуляции приемлем при скорости передачи данных не больше 3 100 / 2= 1 550 бит/с. Если же для представления данных используются 4 уровня амплитуды, то пропускная спо­собность канала повышается до 3 100 бит/с.

При фазовой и частотной модуляции спектр сигнала получается более слож­ным, чем при амплитудной модуляции, так как боковых гармоник здесь образует­ся более двух, но они также симметрично расположены относительно основной несущей частоты, а их амплитуды быстро убывают. Поэтому эти виды модуляции также хорошо подходят для передачи данных по проводным линиям связи.

Для повышения скорости передачи данных используют комбинированные методы моду­ляции. Наиболее распространенными являются методы квадратурной амплитудной модуляции. Эти методы основаны на сочетании фазовой модуляции с 8 значениями величин сдвига фазы и амплитудной модуляции с 4 уровнями амплитуды. Однако из возможных 32 комбинаций сигнала используются далеко не все. Например, в решетчатых кодах допустимы всего 6, 7 или 8 комбинаций для представления исходных данных, а остальные комбинации являются запрещенными. Такая избыточность кодирования требуется для распознавания модемом ошибочных сигналов, являющихся след­ствием искажений из-за помех, которые на телефонных каналах, особенно коммутируемых, весьма значительны по амплитуде и продолжительны по времени.

4 Методы повышения помехоустойчивости

передачи и приема информации

Несмотря на предпринимаемые меры – выбор соответствующей скорости обме­на данными, линий связи с определенными характеристиками, способа синхронизации приемника и передатчика, – существует вероятность искажения некоторых бит передаваемых данных.

Для повышения надежности передачи данных между компьютерами часто используется стандартный прием – подсчет контрольной сум­мы и передача ее по линиям связи после каждого байта или после некоторого блока байтов. Часто в протокол обмена данными включается как обязательный элемент сигнал-квитанция, который подтверждает правильность приема данных и посыла­ется от получателя отправителю.

Задачи надежного обмена двоичными сигналами, представленными соответ­ствующими электромагнитными сигналами, в вычислительных сетях решает оп­ределенный класс оборудования. В локальных сетях это сетевые адаптеры, а в глобальных сетях – аппаратура передачи данных, к которой относятся, напри­мер, устройства, выполняющие модуляцию и демодуляцию дискретных сигна­лов, – модемы. Это оборудование кодирует и декодирует каждый информационный бит, синхронизирует передачу электромагнитных сигналов по линиям связи, проверяет правильность передачи по контрольной сумме и может выполнять неко­торые другие операции.

Кроме перечисленных мер на помехоустойчивость канала передачи данных существенно влияет правильный выбор сигнала – переносчика сообщений. Параметры сигнала должны быть согласованы с характеристикой используемой линии связи и отвечать ряду следующих требований:

• энергетический спектр сигнала должен быть как можно уже. В нем должна отсутствовать постоянная составляющая, что позволяет повысить верность и дальность передачи;

• структура сигнала должна обеспечивать возможность выделения тактовой частоты на приемной стороне (то есть код должен быть самосинхронизирующимся);

• цифровой код должен иметь достаточно простую техническую реализацию.

Формирование требуемого энергетического спектра может быть осуществлено соответствующим изменением структуры импульсной последовательности и выбором нужной формы импульсов. Например, даже сокращение длительности импульсов в два раза вдвое уменьшает уровень постоянной составляющей и увеличивает уровень тактовой составляющей в спектре такого сигнала.