Аналоговые каналы передачи данных. Способы модуляции

Наиболее распространенным типом аналоговых каналов передачи данных (АКПД) является телефонные сети общего пользования. Полоса пропускания в них составляет от 0,3 до 3,4 кГц, что соответствует спектру человеческой речи. Для передачи дискретной информации необходимо устройство преобразования сигналов, согласующее характеристики дискретных сигналов и аналоговой линии. Согласование параметров сигналов и среды при использовании АКПД осуществляется с помощью воплощения сигнала, определяющего передаваемое сообщение, в некотором процессе, называемом переносчиком и приспособленном к реализации в данной среде. Переносчик в системах связи – электромагнитные колебания некоторой частоты несущей:

Изменение параметров несущей по закону передаваемого сообщения называется модуляция. Если это изменение относится к амплитуде, то модуляция амплитудная, если к частоте, то частотная, если к фазе – фазовая.

При приеме сообщения предусматривается обратная процедура извлечения полезного сигнала из переносчика, называемая демодуляция. Модуляция и демодуляция реализуются в модеме.

Амплитудная модуляция.

При амплитудной модуляции на вход модема поступает сигнал V и несущая U. Если сигнал – гармонические колебания , то на выходе модема будут присутствовать модулированные колебания , где - коэффициент модуляции.

При амплитудной модуляции во избежание искажений (качаний фронта) необходимо выполнить условие , где и - несущая и модулирующая частоты соответственно. Соблюдение этого условия при стандартной несущей частоте 1,7 кГц может обеспечить информации скорости передачи данных, превышающие 300 бит/с. Скорости передачи данных могут быть повышены с помощью фазовой или квадратурно-амплитудной модуляции за счет того, что вместо двоичных модулирующих сигналов используются дискретные сигналы с большим числом возможных значений.

Частотная и фазовая модуляции.

В сравнительно простых модемах применяется частотная модуляция с скоростями передачи данных до 1200 бит/с. Например, если необходима дуплексная связь по двухпроводной линии на несущей частоте 1700 Гц, то возможно представление единиц и нулей в первом модеме частотами 980 и 1180 Гц соответственно, а во втором 1650 и 1850 Гц (скорость – 300 бит/с). Обычно для передачи сигналов об ошибках от приемника к передатчику требуется канал обратной связи. При этом требования к скорости передачи данных по каналу обратной связи могут быть достаточно невысокими. Тогда в полосе частот телефонного канала образуют канал обратной связи с частотной модуляцией, по которому единицы и нули передаются частотами 390 и 450 Гц соответственно, а скорость передачи данных – 75 бит/с.

Фазовая модуляция двумя уровнями сигнала осуществляется переключением между двумя несущими, сдвинутыми друг относительно друга на ½ периода. Используется также другой вариант фазовой модуляции, при которой при передаче нуля фаза изменяется на половину периода, а при передаче единицы – на ¾ периода.

Квадратурно-амплтудная модуляция.

Квадратурно-амплтудная модуляция (КАМ) основана на передаче одним элементом модулированного сигнала n бит информации, где n=4..8. Таким образом, используется от 16 до 256 уровней модулированного сигнала. Для надежного различения этих значений амплитуды требуется достаточно малый уровень помех, например, при n=4 отношение сигнала к помехе должно составлять не менее 12 дБ. При меньших отношениях сигнала к помехе лучше применять фазовую модуляцию с 4-мя или 8-ю дискретными значениями фазы для представления соответственно 2-х и 3-х бит информации.