29. Кодирование данных в кс
Самая главная идея заключается в том, что информация может передаваться по проводам или другим средам передачи за счет изменения какой-либо физической величины, например напряжения или силы тока. Представив значение напряжения или силы тока в виде однозначной функции времени f (t), мы сможем смоделировать поведение сигнала и подвергнуть его математическому анализу.
Все методы, базируются на методе однозначного разложения функции на базис некоторых функций, которое можно потом однозначно восстановить. Чаще всего используют преобразование Фурье (дискретное и непрерывное). Понятное дело, что функционирование сети зависит от метода кодирования информации, в том числе и от использования диапазона частот.
Амплитудная модуляция – это метод, когда используются две различные амплитуды сигнала, соответствующие значениям нуля и единицы.
Частотная модуляция – используется несколько частот.
Фазовая модуляция – применяется сдвиг фазы несущей частоты на 180 градусов через определенные моменты.
Устройство, которое принимает поток битов и преобразующее его в выходной сигнал, модулируемый одним или несколькими из приведенных способов, а так же выполняющее обратное преобразование, называется модемом.
Добиться увеличения скорости простым увеличением частоты дискретизации невозможно (по теореме Найквиста). Поэтому используются всякие ухищрения. На практике стремятся повысить не число отсчетов в секунду, а хотят повысить число бит на отсчет.
Введем терминологию. Полосой пропускания среды называется диапазон частот, которые могут передаваться в этой среде с минимальным затуханием. Это физическое свойство материала. Скорость двоичной передачи (в бодах) – это число отсчетов, совершаемых за одну секунду. Каждый отсчет передает единицу информации, то есть символ. Таким образом, скорость двоичной передачи равна скорости передачи символов. Метод модуляции определяет число бит, из которых состоит один символ. Битовой скоростью называется объем информации, передаваемый по каналу за секунду. Битовая скорость равна произведению числа символов в секунду и числа бит на символ.
Все хорошие модемы используют комбинированные методы модуляции сигналов для передачи максимального количества бит в одном боде.
На рис. 2.21, а изображены точки, расположенные под углами 45, 135, 225 и 315°, с постоянным уровнем амплитуды (это видно по расстоянию до них от начала координат). Фаза этих точек равна углу, который линия, проведенная через точку и начало координат, составляет с положительным направлением горизонтальной оси. На рис. 2.21, а видно, что возможны четыре положения фазового сдвига, значит, можно передавать 2 бита на символ. Это метод QPSK.
На рис. 2.21, б изображен другой комбинированный метод модуляции, использующий 16 комбинаций амплитудных и фазовых сдвигов. С его помощью можно передавать уже 4 бита на символ. Такая схема называется квадратурной амплитудной модуляцией, или QAM-16 (Quadrature Amplitude Modulation). Она может, например, использоваться для передачи 9600 бит/с по линии с пропускной способностью 2400 бод. На рис. 2.21, в изображен еще один метод, комбинирующий амплитудную и фазовую модуляции. С помощью 64 комбинаций можно в один символ поместить 6 бит. Метод называется QAM-64). Существуют схемы QAM и более высоких порядков.
Диаграммы, показывающие допустимые комбинации амплитуд и фаз (как на это рисунке), называются амплитудно-фазовыми диаграммами. Чем больше точек находится на них, тем больше вероятность того, что даже слабый шум при детектировании амплитуды или фазы приведет к ошибке и порче битов. Для уменьшения этой вероятности были разработаны стандарты, подразумевающие включение в состав каждого отсчета нескольких дополнительных битов коррекции. Такие схемы называются решетчатым кодированием, или ТСМ (Trellis-Coded Modulation).
Примером частотной модуляции является мультитональная модуляция (DMT- Discrete MultiTone), использующаяся в технологии ADSL. Идея в том, чтобы забить весь спектр полезным сигналом. На рисунке отображена работа этого метода:
