13.2 Обзор проблем передачи импульсных сигналов: затухание сигналов с уменьшением их длительности, межсигнальная интерференция, потеря синхронизации
В настоящее время для передачи сообщений наиболее широко применяются импульсные сигналы. В связи с этим мы детально рассмотрим проблемы, которые возникают при их применении.
Как мы уже знаем, спектр идеального прямоугольного импульса имеет бесконечную ширину и описывается функцией Котельникова ("траектроия прыгающего мячика"). Ограничение ширины спектра приводит к искажениям его формы (рис.13.2). Характер искажений определяется тем, что именно высокие частоты “отвечают” за крутизну фронтов импульса, а при ограничении полосы спектра эти фронты “заваливаются”.
С другой стороны, ограничение полосы пропускания или расширение спектра импульса в результате сокращения его длительности приводит к тому, что часть энергии импульса теряется, что проявляется в уменьшении его амплитуды.
Другая проблема передачи импульсных сигналов проявляется в том, что в результате искажений сигналы выходят за пределы "отведенных" им тактов (рис.13.3). При этом, например, "хвост" одиночного импульса, попадающий на следующий за ним пустой такт, может быть значительно менее мощным, чем аналогичный "хвост" серии импульсов. Это может приводить к ошибкам распознавания сигналов. Такое явление называют межсигнальной интерференцией.
Основным способом борьбы с межсигнальной интерференцией служит рациональный выбор формы сигналов. Соответствующие практические решения мы рассмотрим ниже.
Кроме того необходимым условием правильного распознавания сигнала на фоне помех является точное определение его границ во времени. В связи с этим при передаче сигналов возникает проблема синхронизации Передатчика и Приемника. В практике систем связи применяются различные способы синхронизации, в частности:
- использование специального канала передачи синхронизирующих сигналов;
- добавление в структуру сообщений специальных синхронизирующих меток;
- применение сигналов, форма которых обеспечивает “подстройку” Приемника.
Все эти способы имеют определенные преимущества и недостатки, а также собственные области применения. В дальнейшем мы более детально рассмотрим самосинхронизацию сигналов.
13.3 Особенности импульсных сигналов, используемых для передачи: биполярный nrz-сигнал, биполярный rz-сигнал, манчестерский сигнал, псевдотроичный сигал
В качестве исходной примем униполярную форму сигналов на выходе микросхем регистровой памяти (Рис.13.4а).
С точки зрения передачи такая форма обладает целым рядом недостатков. В частности, такой сигнал неэкономичен, не защищен от межсигнальной интерференции и не обеспечивает самосинхронизации.
Некоторые из этих недостатков удается устранить за счет использования биполярных сигналов . Поскольку такой сигнал никогда не принимает устойчивых нулевых значений, его называют сигналом “без возврата к нулю” (NRZ – not return to zero).
Переход к биполярной форме позволяет при той же амплитуде сигнала снизить среднюю мощность источника вдвое. Кроме того, здесь удается избавиться от постоянной составляющей сигнала, которая неблагоприятна при прохождении через реактивные элементы электрических цепей. NRZ-сигналы используются, например, на выходе схем com-порта.
Устранить межсигнальную интерференцию можно с помощью “возврата к нулю” (RZ – return to zero) в каждом такте. Здесь импульсы разной разделены интервалами с нулевым значением сигнала, в течение которых успевают завершиться переходные процессы.
Такая форма сигнала обладает также свойством самосинхронизации (уровень сигнала гарантированно изменяется в каждом такте). Однако, сокращение длительности импульсов неизбежно ведет к потере их мощности. Кроме того, помехоустойчивость дополнительно снижается за счет использование третьего - нулевого - состояния сигнала. Это ограничивает применение такой формы сигналов сферой передачи данных на небольшие расстояния.
Более полно решает проблему использование так называемого “Манчестерского кодирования” импульсов, когда значению разряда “0” или ”1” соответствует не уровень сигнала, а изменение его полярности (Рис.13.4 г). “Манчестерский код” при наличии всего двух устойчивых состояний сигнала исключает межсимвольную интерференцию и обеспечивает самосинхронизацию сигналов.
Однако, использование импульсов длительностью в половину такта все-таки приводит к потере помехоустойчивости при передаче на большие расстояния. Поэтому такую форму сигнала используют в основном в локальных компьютерных сетях.
При передаче на большие расстояния применяют так называемый “псевдотроичный код”, в котором нулевым разрядам отвечает нулевое значение сигнала, а единичные разряды передаются чередованием положительной и отрицательной полярности импульсов (Рис.13.4 д). В этом случае длительность любого импульса оказывается равной длительности такта.
Потенциальной слабостью такого кода может быть потеря синхронизации при передаче длинной последовательности нулей. Чтобы этого избежать, при возникновении подобной последовательности используют “вставки” сигналов, в которых нарушается правило чередования полярности импульсов.
14.1 Виды модуляции и их классификация по виду сигналов-носителей и управляемым параметрам
14.2 Временные и фазовые диаграммы, а также сравнение помехоустойчивости АМ-, ЧМ и ФМ-сигналов.
Тут 2 в 1 епта
Как нам уже известно, модуляция – это управляемое изменение параметров материального носителя для записи на него информации. При передаче сообщений в пространистве в качестве носителей чаще всего используются сигналы, в частности, постоянные, гармонические и импульсные сигналы (рис.14.1).
Параметры сигналов-носителей, которые могут использоваться для модуляции включают:
- для постоянного сигнала – его амплитуду;
- для гармонического – амплитуду, частоту и фазу (эти виды модуляции обычно обозначают как АМ, ЧМ и ФМ);
- для импульсного сигнала носителя – амплитуду, частоту, фазу (АИМ, ЧИМ, ФИМ), ширину импульса внутри такта (ШИМ).
Нас более всего интересует передача дискретных сообщений, поэтому в качестве иллюстрации используем случай, когда информационный (модулирующий) сигнал является импульсным (рис.14.2, 14.3).
Модуляция гармонического носителя используется для передачи сообщений в средах, где непосредственная передача импульсных сигналов затруднена. В частности, это эфир, а также внутригородские телефонные сети.
Модуляция импульсных носителей применяется в специальных случаях (например, для передачи сообщений с помощью маломощных сигналов).
Помимо видов модуляции, отображенных на рис.14.3, широко используется так называемая кодо-импульсная модуляция КИМ (ее также называют импульсно-кодовой модуляцией ИКМ). С этим видом модуляции мы знакомились, кода рассматривали оцифровку непрерывных сообщений: здесь исходное значение сигнала представляется двоичным кодом, для которого затем “1” и “0” передаются в виде импульсов.
14.3. Множественная модуляция. Подходы к максимизация помехоустойчивости при ограниченной площади фазовой диаграммы.
(хуй ево знает что это но его негде нет)
15.1 Особенности частотного разделения: схема разделения, спектры сигналов на различных этапах преобразования, практическое применение
Одно из решений задачи согласования допустимой скорости передачи по линии связи и скорости источников сообщений – способ частотного разделения сигналов (рис. 15.2).
Пусть спектры исходных сигналов нескольких источников первоначально занимают одну и ту же полосу частот. Использование модуляции нескольких несущих частот позволяет разместить спектры в соседних частотных полосах. При этом необходимая для передачи часть спектра модулированного сигнала выделяется с помощью полосового фильтра. В среде передачи сигналы смешиваются, но частотные фильтры на ее приемном конце позволяют выделить сигналы соответствующих источников.
Поскольку фильтры не идеальны, выделяемые источникам частотные полосы должны быть несколько шире, чем спектры передаваемых сигналов (например, при передаче телефонных разговоров по междугородним линиям выделяемый спектр голосового сигнала занимает примерно 3 кГц – от 0,3 до 3,4 кГц, - а выделяемая полоса составляет 4 кГц).
Принцип частотного разделения широко использовался, например, на аналоговых АТС.