Материал: Системы передачи информации. конспект лекций. Авдеев Ю.В., Полуказаков А.В

Модуляция и кодирование

В том случае, когда параметр модуляции является цифровой величиной ‑ кодом, модуляцию следует рассматривать как образование из чистых носителей физических эквивалентов знаков, пригодных для передачи на расстояние и дальнейшей обработки.

Кодоимпульсная модуляция сочетает любой вид импульсной модуляции с кодированием по какой-либо системе. Предельным является случай, когда цифровой сигнал вырождается в аналоговый, при этом любое значение измеряемой величины без квантования передается соразмерным значением амплитуды, частоты, фазы или деятельности. При кодировании по единичной системе (в СИМ) параметр модуляции имеет только одно значение, легко отличимое от состояния отсутствия сигнала. В общем случае количество используемых значений параметра модуляции должно быть равно основанию кода модуляции.

Все импульсные сигналы могут иметь высокочастотное заполнение –сигнал несущей частоты. Двойные обозначения АИМ-ЧМ, КИМ-ЧМ и т.д. говорят о том, что второй вид модуляции ЧМ относится к сигналам несущей частоты (рис. 4.2).

Рис. 4.1

Рис. 4.2

Спектры сигналов Амплитудная модуляция

АМ – сигнал в общем виде описывается выражением:

.

Если представлено одним низкочастотным синусоидальным колебанием частоты , то

,

получаем

.

Этим выявляются частотные составляющие , , (рис. 4.3, а).

Рис. 4.3

Частотная и фазовая модуляция

Выражение для сигнала при произвольном изменении полной фазы можно записать в виде

.

Пусть модулирующая функция

.

Тогда угловая частота процесса должна изменяться по закону

.

Подставляя в выражение для , получим

.

Максимальное отклонение от называется девиацией частоты, а отношение ‑ индексом модуляции. Используя последнее, перепишем:

.

При фазовой модуляции

фаза носителя определяется по закону

.

Следовательно, сигнал описывается выражением

.

Таким образом, индекс модуляции при ФМ равен девиации фазы:

,

соответственно девиация частоты: .

Полученное выше выражение для сигнала приобретает теперь вид

.

Рассмотрим графики и для случаев ЧМ (рис. 4.4, а) и ФМ (рис. 4.4, б). Амплитуда информационной функции предполагается известной ( ), поэтому при ЧМ и при ФМ представлены горизонтальными линиями (они не зависят от частоты ).

Рис. 4.4

Спектры одиночных импульсов

Для прямоугольного импульса (рис. 4.5, а) имеем

.

Модуль этой функции

.

Характер спектров для других часто встречающихся форм импульсов ‑ треугольного, косинусоидального, экспоненциального, колокольного и скачкообразного ‑ изображен на рис. 4.5, б, в, г, д.

Спектры сигналов с импульсной модуляцией

Импульсный носитель описывается рядом Фурье. Для любой формы импульсов формулу носителя можно представить в виде

,

где ,

‑ коэффициенты ряда Фурье,

‑ амплитуда импульсов.

При АИМ изменение амплитуды происходит по закону .

Рис. 4.5

В простейшем случае, когда модулирующая функция содержит гармоническую составляющую

,

получаем

.

Отсюда видно, что кроме основных линий, содержащихся в спектре носителя (первое слагаемое), имеются дополнительные линии меньших размеров, расположенные на частотах , т.е. по обе стороны от основных на расстоянии ± (рис. 4.6).

Рис. 4.6

При более сложной модулирующей функции по обе стороны от каждой основной линии располагается полоса дополнительных составляющих, которая определяется полосой частот модулирующей функции.

При времяимпульсной и частотно-импульсной модуляции, даже при элементарной модулирующей функции с одной гармоникой, вокруг каждой линии спектра носителя располагается бесконечно большое число дополнительных гармоник, которые, однако, быстро убывают.

Лекция №5 Передача информации

Рассмотрим передачу информации в пространстве.

С этим вопросом связан ряд проблем:

1. Повышение эффективности передачи (повышение скорости передачи информации по каналу и использования эффективного кодирования).

2. Повышение надежности передачи путем использования корректирующих кодов, помехоустойчивых видов модуляции, применения методов помехоустойчивого приема.

3. Использование многоканальных систем.

4. Использование новых видов связи.

Виды каналов передачи Механические каналы

Они используют механические усилия или давление. Различают:

а) жесткие (собственно механические, например, трос) каналы;

б) гидравлические(передающая среда – жидкость);

в) пневматические (передающая среда – воздух). Пневмоканалы наиболее часто используются на предприятиях с взрыво- и пожароопасной средой. Основной недостаток – длительные переходные процессы, особенно в линиях большой длины.

Акустические каналы

Предназначаются для передачи колебаний. Среда для передачи – любые звукопроводящие материалы и среды.

Различают каналы:

а) звукового диапазона (до 20 кГц);

б) ультразвукового диапазона (свыше 20 кГц).

В качестве источников и приемников (рис. 5.1) таких колебаний используют магнитострикционные и пьезоэлектрические материалы.

В магнитострикционном или пьезоэлектрическом преобразователях магнитное и электрические поля вызывают изменение линейных размеров преобразователей и обратно механические усилия генерируют электрические сигналы.

Скорости распространения акустических волн имеют следующие значения:

‑ воздух-331,45 м/с;

‑ вода пресная – 1430 м/с;

‑ вода морская – 1500 м/с;

‑ стекло – 5400 м/с;

‑ сталь – 6100 м/с.

Рис. 5.1

Оптические каналы

Их различают по диапазонам длин волн:

а) каналы видимой части оптического спектра (0,3< <0,75 мкм);

б) каналы инфракрасной части спектра (0,75< <1000 мкм);

в) каналы ультрафиолетовой части спектра ( <0,3 мкм).

Устройства, работающие в инфракрасном диапазоне более распространены:

1. из-за меньшего ослабления инфракрасного излучения в атмосфере;

2. из-за распространения инфракрасного излучения в темноте (скрытность передачи).

В качестве излучающих элементов в оптических системах используют лазерные генераторы. В качестве фотоприемников: фотосопротивления, фотодиоды, фототранзисторы.

Использование когерентных источников реализуют огромное количество каналов при высокой направленности излучений, что предопределяет их широкое использование.