Загрузка...

Аналоговая модуляция


Аналоговая модуляция применяется для передачи дискретных данных по каналам с узкой полосой частот, типичным представителем которых является канал тональной частоты, предоставляемый в распоряжение пользователям обще-ственных телефонных сетей.
Устройство, которое выполняет функции модуляции несущей синусоиды на передающей стороне и демодуляции на приемной стороне, носит название модем.Аналоговая модуляция является таким способом физического кодирования, при котором информация кодируется из-менением амплитуды, частоты или фазы синусоидального сигнала несущей частоты. Основные способы аналоговой мо-дуляции показаны на рис. 15. На диаграмме (рис. 15, а) показана последовательность бит исходной информации, пред-ставленная потенциалами высокого уровня для логической единицы и потенциалом нулевого уровня для логического ну-ля. Такой способ кодирования называется потенциальным кодом, который часто используется при передаче данных ме-жду блоками компьютера.
При амплитудной модуляции для логической единицы выбирается один уровень амплитуды синусоиды несущей часто-ты, а для логического нуля — другой. Этот способ редко используется в чистом виде на практике из-за низкой помехо-устойчивости, но часто применяется в сочетании с другим видом модуляции — фазовой модуляцией.
При частотной модуляции (рис. 15, в) значения 0 и 1 исходных данных передаются синусоидами с различной частотой — f0 и f1. Этот способ модуляции не требует сложных схем в модемах и обычно применяется.в низкоскоростных модемах, работающих на скоростях 300 или 1200 бит/с.

При фазовой модуляции значениям данных 0 и 1 соответствуют сигналы одинаковой частоты, но с различной фазой.
В скоростных модемах часто используются комбинированные методы модуляции, как правило, амплитудная в сочета-нии с фазовой.
Для потенциального кодирования спектр непосредственно получается из формул Фурье для периодической функции. Если дискретные данные передаются с битовой скоростью N бит/с, то спектр состоит из постоянной составляющей нулевой частоты и бесконечного ряда гармоник с частотами f0, 3f0, 5f0, 7f0,…, где f0 = N/2. Амплитуды этих гармоник убывают достаточно медленно — с коэффициентами 1/3, 1/5,1/7,… от амплитуды f0 (рис. 16, а). В результате спектр потенциального кода требует для качественной передачи широкую полосу пропускания. Кроме того, нужно учесть, что реально спектр сигнала постоянно меняется в зависимости от того, какие данные передаются по линии связи. Например, переда-ча длинной последовательности нулей или единиц сдвигает спектр в сторону низких частот, а в крайнем случае, когда передаваемые данные состоят только из единиц (или только из нулей), спектр состоит из гармоники нулевой частоты. 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. Для канала тональной частоты верхняя граница при потенциальном кодировании достигается для скорости передачи данных в 971 бит/с, а нижняя неприемлема для любых скоростей, так как полоса пропускания канала начинается с 300 Гц. В результате потенциальные коды на каналах тональной частоты никогда не используются.

При амплитудной модуляции спектр состоит из синусоиды несущей частоты fc и двух боковых гармоник: (fc + fm) и (fc — fm), где fm — частота изменения информационного параметра синусоиды, которая совпадает со скоростью передачи дан-ных при использовании двух уровней амплитуды (рис. 16, б). Частота fm определяет пропускную способность линии. При небольшой частоте модуляции ширина спектра сигнала будет также небольшой (равной 2fm), поэтому сигналы не будут искажаться линией, если ее полоса пропускания будет больше или равна 2fm. Для канала тональной частоты такой спо-соб модуляции приемлем при скорости передачи данных не больше 3100/2=1550 бит/с. Если же для представления дан-ных используются 4 уровня амплитуды, то пропускная способность канала повышается до 3100 бит/с.
Для повышения скорости передачи данных используют комбинированные методы модуляции. Наиболее распростра-ненными являются методы квадратурной амплитудной модуляции (QuadratureAmplitudeModubtion, QAM). Эти методы основаны на сочетании фазовой модуляции с 8 значениями величин сдвига фазы и амплитудной модуляции с 4 уровня-ми амплитуды. Однако из возможных 32 комбинаций сигнала используются далеко не все. Например, в кодах Треллиса допустимы всего 6, 7 или 8 комбинаций для представления исходных данных, а остальные комбинации являются запре-щенными. 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.

Загрузка...