4. Аналоговые данные – аналоговый сигнал

Анализ этого случая начнем с того, где может возникнуть потребность в такого вида передачах. Аналоговая модуляция цифровых данных возникает там, где нет цифровых каналов. Цифровое кодирование аналоговых данных возникает тогда, когда весть цифровые каналы. Где возникает потребность передавать аналоговые данные с помощью аналоговых сигналов?

Прежде всего, такая потребность возникает при использовании радио каналов. Если передавать аудио информацию в голосовом диапазоне (300 – 3000 Гц), то потребуется антенна диаметром в несколько километров. Модуляция, т.е. объединение исходного сигнала m(t) и несущей частоты f_c , позволяет нужным образом изменять параметры исходного сигнала и, тем самым, упростить решение ряда технических проблем. Кроме этого, модуляция позволяет использовать методы мультиплексирования. (О мультиплексировании мы поговорим в разделе 2.4., а в разделе 2.3. и 2.5. мы рассмотрим подробнее использование электромагнитных волн для передачи).

Три способа модуляции показаны на рис. 2-13. Это амплитудная модуляция, частотная и фазовая.

При амплитудной модуляции форма результирующего сигнала определяется формулой:

,

где f_c – частота несущей,

n_a – индекс модуляции, который определяют как отношение амплитуды исходного сигнала к амплитуде несущего сигнала.

В наших обозначениях

m(t)=1+n_ax(t).

Форма результирующего сигнала при частотной модуляции определяется следующим выражением:

,

где n_f – индекс частотной модуляции.

Сигнал, получаемый фазовой модуляцией, определяет соотношение:

,

где n_p – индекс частотной модуляции.

Хотя все эти три вида модуляции порождают сигнал S(t), спектр которого симметричен относительно f_c , но в случае амплитудной модуляции он проще по составу. В случае частотной и фазовой модуляций требуется, в общем случае, более широкая полоса пропускания.

Широко распространенным случаем аналоговой модуляции является метод квадратичной амплитудной модуляции QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Именно этот метод используется в асимметричных цифровых линиях – ADSL (подробнее об этом в разделе 2.5.4). Метод QAM – это комбинация амплитудной и фазовой модуляций. Идея этого метода состоит в том, что можно по одной и той же линии послать одновременно два разных сигнала с одинаковой несущей частотой, но сдвинутых по фазе друг относительно друга на 90º. Каждый сигнал генерируется методом амплитудной модуляции.

Итак, как аналоговые, так и цифровые данные могут кодироваться как аналоговым, так и цифровым сигналом. Конкретный выбор зависит от специфики конкретного приложения и имеющихся средств.

Передача цифровых данных с помощью цифровых сигналов в простейшем случае осуществляется за счет сопоставления двоичной 1 определенного уровня потенциала, а двоичному 0 – другого уровня. Более изощренные способы кодировки позволяют повысить эффективность передачи, за счет изменения спектра сигнала и самосинхронизации приемника и передатчика.

Передача цифровых данных с помощью аналоговых сигналов используется при наличии аналоговых каналов для передачи данных. Основными методами являются амплитудная модуляция, частотная и фазовая. С целью увеличения битовой скорости применяют комбинации этих методов.

Аналоговые данные, также как аудио или видео, кодируются цифровым сигналом для передачи по цифровым каналам, поскольку эти каналы обладают рядом преимуществ, по сравнению с аналоговыми. Наиболее распространенными методами являются методы импульсно кодовой модуляции и Дельта модуляции.

Аналоговые данные передают с помощью аналоговых сигналов, изменяя полосу частот так, чтобы можно было бы воспользоваться имеющейся средой передачи данных. Основными методами здесь являются методы частотной, амплитудной и фазовой модуляции, а также их комбинации, например, квадратичная амплитудная модуляция.