Основні види і протоколи модуляції в модемах
Информация - Компьютеры, программирование
Другие материалы по предмету Компьютеры, программирование
Основні види і протоколи модуляції в модемах
1. Загальні відомості
Основна функція модема це модуляція, тобто перетворення параметрів носійного синусоїдного коливання згідно із законом зміни інформаційної послідовності, що передається.
Спосіб модуляції має вирішальне значення в досягненні максимально можливої швидкості передачі інформації при заданій імовірності помилкового прийому.
Технічна швидкість передачі характеризує швидкодію апаратури, що входить до складу передавальної частини цифрової системи передачі. Технічна швидкість визначається кількістю елементів дискретного повідомлення в секунду, вимірюється в бодах:
,
де тривалість елементарної посилки дискретного повідомлення.
Отже, технічна швидкість передачі це швидкість модуляції або маніпуляції.
Інформаційна швидкість це швидкість передачі інформації:
, біт/с,
де загальна кількість інформації в послідовності a, довжина якої дорівнює Т.
Приклад. Для інформаційної послідовності (рис.1), яка відповідає передачі одного символа, технічна швидкість передачі становить:
В = 1/20мс = 50 бод;
інформаційна швидкість:
R = n/t = 5/150 = 33,3 біт/с,
де n = 5 кількість інформаційних одиничних елементів у символі; мкс тривалість передачі одного символа.
20мс 20мс 20мс 20мс 20мс 20мс 30мс
старт інформаційна частина стоп
Рисунок 1 Інформаційна послідовність
Максимальна інформаційна швидкість (пропускна здатність С) безперер-вного каналу з білим гаусівським шумом розраховується за формулою Шеннона і залежить від смуги частот , що використовується, і відношення потужностей сигналу і шуму :
.
Наприклад, якщо відношення відповідає 35 дБ і використовується повна смуга телефонного каналу тональної частоти (3100 Гц), пропускна здатність С не перевищує 34822 біт/с.
2. Основні види модуляції, модулятори і демодулятори
Існує три основних методи бінарної модуляції: амплітудна (AM), частотна (ЧМ) і фазова (ФМ), кожен з яких має велику кількість варіантів. У всіх методах ВЧ-носійні коливання модулюються сигналами, що передають цифрову інформацію (рис.2).
У приймачі здійснюється детектування, фільтрація і регенерація сигналів для відновлення початкової інформації. Для когерентного детектування потрібний синусоїдний опорний сигнал, який збігається з прийнятою носійною за частотою і фазою. Опорний сигнал отримують за допомогою допоміжного сигналу, що спеціально передається, або в результаті обробки модульованого сигналу. Для некогерентного детектування підстроювання фази опорного сигналу не потрібно.
На виході детектора встановлюється вирішальний пристрій (ВрП) і пристрій виділення тактової частоти з сигналу, що приймається.
Амплітудна модуляція. Дискретний сигнал з AM записується у вигляді:
,
де модулюючий сигнал; амплітуда сигналу; частота носійної. При маємо бінарну AM (рис.2а, б). Демодуляція AMсигналів здійснюється амплітудним детектором, і ВрП приймає рішення про прийом символа за перевищенням вхідним сигналом порогового рівня (як правило, ). Різновидом дискретної AM є квадратурна амплітудна модуляція (КАМ), за якої модулюють два сигнали, зсунуті за фазою на 90 з подальшим їх підсумовуванням:
, (1)
де ; модулюючі сигнали в квадратурних каналах. При прийомі сигналів з КАМ виконується когерентне детектування.
У модемах для телефонних каналів використовують три способи модуляції:
- частотна,
- відносна фазова (фазорізницева),
- квадратурна АМ (багатопозиційна амплітудно-фазова).
Частотна модуляція. При частотній модуляції (ЧМ, FSK Frequency Shift Keying) значенням "0" та "1" інформаційної послідовності відповідають певні частоти аналогового сигналу при незмінній амплітуді.
При цьому ВЧ-коливання
, (2)
де девіація частоти. У найпростішому випадку, коли , модуляція здійснюється частотним зсувом з використанням двох частот: , яка відповідає значенню та , яка відповідає (рис.2в), рознесених на ; девіація частоти , індекс модуляції , де Т = 1/В тривалість символа; В швидкість передачі.
При прийомі ЧМ-сигналів зазвичай застосовують некогерентне детектування, яке здійснюється за обвідною або за миттєвою частотою. Для прийому за обвідною використовується фільтрова схема частотного детектора (ЧД) (рис.3а). Розділення сигналів з частотами та виконується за допомогою смугових фільтрів, настроєних на ці частоти, після яких увімкнено амплітудні детектори АД (детектори обвідної) і ВрП [5].
Прийом за миттєвою частотою здійснюється за допомогою лінійного частотного дискримінатора (рис.3б), що перетворює зміни частоти у зміни амплітуди. Після детектування і фільтрації посилки постійного струму надходять на ВрП.
ЧМ вельми завадостійка, оскільки завади телефонного каналу спотворюють в основному амплітуду, а не частоту сигналу. Однак при ЧМ неефективно витрачається ресурс смуги частот телефонного каналу. Тому ЧМ застосовується в низькошвидкісних протоколах, які забезпечують звязок по каналах з низьким відношенням сигнал/шум.
Розглянемо основні протоколи, які використовують ЧМ.
Протоколи V.21, Bell 103J.
Основою Рекомендації ITU-T V.21 є протокол Bell 103J, розроблений америка