Разработка функциональных узлов цифровой системы передачи
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
оптоволокну. Иными словами, одна сигнальная посылка представляется световым импульсом, тогда как другая - отсутствием света. В лазерных передатчиках имеется, как правило, фиксированный ток смещения, вызывающий излучение света с более низким уровнем. В результате одна из сигнальных посылок представляется этим уровнем, тогда как световая волна большей амплитуды представляет другую сигнальную посылку.
Частотная манипуляция
Наиболее распространенной формой частотной манипуляции является бинарная, в которой два двоичных числа представляются сигналами двух различных частот, расположенных около несущей. Результирующий сигнал равен
(1.1.3)
где f1 и f2 - частоты, смещенные от несущей частоты на величины, равные по модулю, но противоположные по знаку.
На рисунке 1.2 приведен пример использования частотной манипуляции для дуплексной работы в телефонной линии. Данный рисунок представляет собой спецификацию модемов серии Bell System 108. Напомним что, по телефонным линиям передаются частоты приблизительно от 300 до 3400 Гц и что дуплексная передача означает одновременную передачу сигналов в обоих направлениях. Для организации дуплексной передачи полоса разделяется на две части. В одном направлении (передача или прием) числа 0 и 1 представляются частотами, центрированными на частоте 1170 Гц, но смещенными на 100 Гц в обе стороны. Чередование этих частот должно дать сигнал, спектр которого лежит в левой затененной части рисунка 1.2. Подобным образом при приеме или передаче в противоположном направлении модем использует частоты, смещенные на 100 Гц от частоты 2125 Гц. Диапазон полученного в результате сигнала обозначен правой затененной областью рисунка 1.2. Отметим, что сигналы несколько перекрываются, поэтому между ними существует незначительная интерференция.
Рисунок 1.2 - Дуплексная передача по телефонной линии с использованием частотной манипуляции
Бинарная частотная манипуляция менее восприимчива к ошибкам, чем амплитудная манипуляция. В телефонных линиях она также используется при скоростях до 1200 бит/с. Схема амплитудной манипуляции применяется в высокочастотных (от 3 до 30 МГц) радиопередачах и в локальных сетях, использующих коаксиальный кабель, она может применяться даже на более высоких частотах.
Более эффективной, но и более подверженной ошибкам, является схема многочастотной манипуляции, в которой используются более двух частот. В этом случае каждая сигнальная посылка представляет более одного бита. Переданный сигнал многочастотной манипуляции (для одного периода передачи сигнальной посылки) можно определить следующим образом:
(1.1.4)
где fi = fc+(2i-1-M)fd; fc - несущая частота; fd - разностная частота; М - число различных сигнальных посылок = 2L; L - число битов на одну сигнальную посылку.
Для согласования скорости передачи данных с входным потоком битов каждая выходная сигнальная посылка передается в течение Тs = LT секунд, где T - время передачи бита (скорость передачи данных = 1/T). Таким образом, одна сигнальная посылка (представляющая собой тон постоянной частоты) кодирует L бит. Общая требуемая полоса - 2Mfd. Можно показать, что минимальный разнос частоты составляет 2fd = 1/Ts. Таким образом, модулятор требует ширины полосы Wd = 2Mfd = М/Тs. При fc = 250 кГц,= 25 кГц и М = 8 (L = 3 бит) имеем следующее распределение частот для каждой возможной 3-битовой комбинации:= 75 кГц000= 125 кГц 001= 175 кГц 010= 225 кГц011= 275 кГц 100= 325 кГц 101= 375 кГц 110= 425 кГц111
Схема может поддерживать скорость передачи данных 2fd = 1/Ts = 50 kбит/с. На рисунке 1.3 представлен пример схемы многочастотной манипуляции с М = 4. Входной поток битов кодируется по два бита, после чего передается одна из четырех возможных 2-битовых комбинаций.
Рисунок 1.3 - Использование частоты схемой многочастотной манипуляции (М = 4)
Фазовая манипуляция
При фазовой манипуляции для представления данных выполняется смещение несущего сигнала. Простейшая схема, в которой для представления двух двоичных цифр используются две фазы, называется бинарной фазовой манипуляцией (рисунок 1.1.в). Получающийся сигнал имеет следующий вид (для одного периода передачи бита):
(1.1.5)
Поскольку сдвиг фазы на 180 (p) эквивалентен умножению синусоиды на -1, может использоваться правая часть выражения (1.1.5). Это позволяет использовать удобную формулировку. Если имеется поток битов и d(t) определяется как дискретная функция, значение которой равно +1 при передаче 1 и -1 при передаче 0, то переданный сигнал можно определить следующим образом:
(1.1.6)
Рисунок 1.4 - Полярная диаграмма сигнала двоичной фазовой модуляции
Альтернативной формой двухуровневой фазовой модуляцией является дифференциальная фазовая модуляция, пример которой приведен на рисунке 1.5. В данной системе двоичный 0 представляется сигнальным пакетом, фаза которого совпадает с фазой предыдущего посланного пакета, а двоичная 1 представляется сигнальным пакетом с фазой, противоположной фазе предыдущего пакета. Такая схема называется дифференциальной, поскольку сдвиг фаз выполняется относительно предыдущего переданного бита, а не относительно какого-то эталонного сигнала. При дифференциальном кодировании передаваемая информация представляется не сигнальными посылками, а изменениями между последовательными сигнальными посылками. Схема дифференциальной фазовой модуляции делает излишним строгое согласование фазы местного гетеродина приемника и передатчика. До тех пор п