11. Оценка скорости передачи информации. Формирование сигнала при модемной передаче.

Модемные технологии, впрочем, как и любые технологии передачи сигналов, на крепко связаны с характеристикой среды, по которой сигналы передаются. Например, какова предельная скорость передачи двоичных данных по некоторой реальной физической среде, предположим, по тому самому телефонному каналу, по которому сегодня данные передаются с помощью модемов? Заслуга знаменитого американца Клода Шеннона в том и состоит, что он показал, чему может равняться эта скорость и от чего она зависит: всего-навсего от двух параметров - ширины полосы частот, которые пропускает канал, и от соотношения мощности полезного сигнала к мощности помехи. Закон К. Шеннона опубликован полвека тому назад (в 1948 г.), но только в последние несколько лет человечество достаточно плотно приблизилось к реализации этого предела. Приблизилось в реализациях тех самых модемов, с которыми мы повседневно имеем дело. Более того, в других технологиях, связанных с передачей сигналов в любых средах, до предела Шеннона еще весьма далеко.

Формула Шеннона для непрерывного (аналогового) канала связи:

Vmax = Δf*log2(1+S/N),

Где Vmax– максимальная скорость передачи (бит/сек),Δf– полоса пропускания линии передачи и , одновременно полоса частот, занимаемая сигналами (если не используется частотное разделение каналов),S/N– отношение сигна/шум по мощности.

Формула Шеннона для многопозиционного дискретного (цифрового) канала, построенного на базу предыдущего непрерывного канала, в отсутствие ошибок при приеме, имеет следующий вид:

Vmax= 2*Δf*log2 n,

n– общее число вариантов цифрового сигнала (алфавит). Если за время одной посылки передается инфа оkдвоичных разрядах, тоn=(2 в степениk).

При учете ошибок при приеме формула Шеннона для позиционного дискретного канала, построенного на базе непрерывного канала, имеет вид:

Vmax= 2 *Δf*[log2n+pош *log2 (pош /(n-1)) + (1-pош) * log2 (1-pош)],

pош - отношение числа бит, принятых с ошибками, к общему числу переданных бит за время наблюдения.

Модуляция - изменение одного или нескольких параметров несущего синусоидального колебания (амплитуды, частоты, фазы) в соответствии со значениями двоичной информации, передаваемой ООД.

В модемах используется разновидность модуляции, так называемая "манипуляция", при которой указанные модулируемые параметры могут иметь только фиксированные значения из некоторого определенного набора. Модуляция позволяет согласовать спектр передаваемого информационного сигнала с полосой пропускания телефонного канала, равной 300 - 3400 Гц.

При асинхронной (стартстопной) передаче обмен информацией между модемом и ООД ведется стартстопными знаками.

Каждый стартстопный знак состоит из стопового бита, 7-ми или 8-ми битов информации, бита паритета и одного или двух стоповых битов. Бит проверки (parity bit) служит для контроля четности (even) или нечетности (odd), ему могут придавться фиксированные значения "1" (mark) или "0" (space), или он может вообще отсутствовать (none). В последнем случае количество битов информации равно 8. Полезная скорость передачи информации при асинхронной передаче ниже чем скорость передачи элементов сигнала, что обусловлено необходимостью передачи стартового, стопового бита и бита проверки.

Для согласования скоростей передачи и приема с ООД в модемах используются асинхронно-синхронное и обратное преобразования сигналов. При этом компенсация различия в скоростях достигается путем изменения длительности стоповых битов в соответствии с определенным алгоритмом.

Так как в настоящее время в модемах преимущественно используются синхронные методы модуляции, в них вводятся устройства, выполняющие асинхронно-синхронное и обратное преобразования информации