Галкин В.А., Григорьев Ю.А. Телекоммуникации и сети

Подождите немного. Документ загружается.

Основы

телекоммуникации

Так как любой дискретный сигнал состоит из компонент различной часто-

ты,

то на вход приемного устройства поступают

только

те компоненты, часто-

ты

которых находятся

внутри полосы

пропускания.

Ограниченность полосы

про-

пускания приводит

частотньп^

искажениям

сигнала.

Известно,

что амплитуда

каждой из частотных гармоник снижается с ростом частоты. Поэтому, чем

шире полоса пропускания среды передачи, тем большее число высокочастот-

ных компонент проходит

по

линии

связи,

а следовательно, тем надежнее будет

полученный

сигнал

воспроизводить переданный

сигнал.

Искаэюеиие

из-за

задерэ/ски

определяется тем, что скорость распростра-

нения синусоидального сигнала

по

линии связи изменяется

изменением час-

тоты.

Следовательно,

при передаче

цифрового сигнала различные компоненты,

из которых образован сигнал, достигают приемника с различными задержка-

ми.

Результатом этого является искажение сигнала, называемое искажением,

вызванным задержкой. Степень искажения растет

увеличением скорости пе-

редачи

битов,

что

вызвано следующей

причиной:

по мере

роста скорости битов

некоторые частотные компоненты, связанные с передачей данного бита, за-

держиваются и начинают влиять на частотные компоненты следующего бита.

Поэтому искажения из-за задержки называют также межсимвольными взаим-

ными помехами. В результате действия этого искажения в моменты измере-

ния поступивший сигнал

изменяется.

Так как обычно поступивший сигнал из-

меряется в

номинальном

центре каждого битового

интервала,

то,

следовательно,

при увеличении скорости битов искажение из-за задержки может привести к

некорректной интерпретации полученного сигнала.

Шумы

постоянно присутствуют в реальном канале. В отсутствие переда-

ваемого сигнала

идеальной линии

связи

должен быть нулевой уровень элек-

трического

сигнала.

Однако

на

практике в

линии имеют

место случайные

всплес-

ки даже тогда, когда никакой сигнал не передается. Эти всплески называют

уровнем

шумов в

линии,

и в

пределе

по

мере затухания передаваемого сигнала

его уровень становится сравнимым с уровнем шума. Важным параметром,

связанным со средой передачи является отношение мощности полученного

сигнала

к мощности уровня шумов

Р^:

SNP =

Р^/Р^.

Отношение S/N называ-

ют отношением сигнал-шум и обьино выражают

децибелах:

S/N

10 Ig (SNPy (2.22)

Совершенно очевидно, что высокое значение отношения свидетельствует о

высокой

мощности сигнала

по

отношению

имеющемуся уровню

шумов и

по-

этому характеризует сигнал хорошего качества. Наоборот, низкое значение

отношения S/N свидетельствует о сигнале низкого качества.

Помехоустойчивость

линии определяет ее способность уменьшать уро-

вень помех, создаваемых внешней

средой,

на внутренних проводниках. Поме-

хоустойчивость линии зависит

от

типа используемой физической

среды,

так-

же от экранирующих и подавляющих помехи средств самой

линии.

Наименее

помехоустойчивыми являются

радиолинии,

хорошей устойчивостью обладают

2.1.

Понятие системы

передачи

данных

кабельные линии и отличной - волоконно-оптические линии, малочувствитель-

ные ко внешнему электромагнитному излучению. Обычно для уменьшения

помех, появляющихся из-за внешних электромагнитных полей, проводники эк-

ранируют

и/или

скручивают.

Перекрестные наводки NEXT (Near End Cross Talk) определяют помехоус-

тойчивость кабеля к внутренним источникам помех, когда электромагнитное

поле сигнала, передаваемого выходом передатчика по одной паре проводни-

ков,

наводит на другую пару проводников сигнал помехи. Если ко второй паре

будет подключен приемник, то он может принять наведенную внутреннюю

помеху за полезный сигнал. Показатель NEXT, вьфаженный в децибелах, равен

NEXT=101gP IP ,

*-' вых нав'

где

Р^^^^

- мощность выходного сигнала,

Р^^^

- мощность наведенного сигнала.

Показатель NEXT обычно используют применительно к кабелю, состояще-

му из нескольких витых пар, так как в этом случае взаимные наводки одной

пары на другую могут достигать значительных величин.

Пропускная способность (throughput) линии характеризует максималь-

но возможную скорость передачи данных по линии связи. Пропускная способ-

ность измеряется в битах в секунду - бит/с, а также в производных единицах:

кбит/с, Мбит/с и т. д.

Пропускная способность линии связи зависит не только от ее характерис-

тик, таких как амплитудно-частотная характеристика, но и от того, какие сиг-

налы передаются-аналоговые или цифровые. Если значимые гармоники сиг-

нала (т. е. те гармоники, амплитуды которых вносят основной вклад в

результирующий сигнал) попадают в полосу пропускания линии, то такой сиг-

нал будет хорошо передаваться данной линией связи и приемник сможет пра-

вильно распознать информацию, отправленную по линии передатчиком. Если

же значимые гармоники выходят за границы полосы пропускания линии связи,

то сигнал будет значительно искажаться, приемник будет ошибаться при рас-

познавании информации, а значит, информация не сможет передаваться с за-

данной пропускной способностью.

Выбор способа представления дискретной информации в виде сигналов,

подаваемых на линию связи, называется физическим или линейным кодирова-

нием. От выбранного способа кодирования зависит спектр сигналов и, соот-

ветственно, пропускная способность линии. Таким

образом,

для одного способа

кодирования линия может характеризоваться одной пропускной способностью,

а для другого - другой.

Теория информации говорит, что любое различимое и непредсказуемое из-

менение принимаемого сигнала несет в себе информацию. В соответствии с

этим прием синусоиды, у которой амплитуда, фаза и частота остаются неиз-

меьшыми, информации не несет, так как изменение сигнала хотя и происходит,

но является хорошо предсказуемым. Большинство способов кодирования ис-

пользуют изменерше какого-либо параметра периодического сигнала: частоты,

Основы

телекоммуникации

амплитуды и фазы синусоиды или же знак потенциала последовательности

импульсов. Периодический сигнал, параметры которого изменяются, называ-

ют несущим сигналом, сигналом-переносчиком или несущей частотой, если в

качестве такого сигнала используется синусоида.

Если сигнал изменяется так, что равновероятно можно различить только

два состояния его информативного параметра, то в соответствии с оценкой

Р.

Хартли любое изменение сигнала, как отмечалось выше, будет соответ-

ствовать наименьшей единице информации -

биту.

Если же сигнал может иметь

более двух различимых состояний, то любое его изменение будет нести не-

сколько бит информации.

Количество изменений информативного параметра несущего периодичес-

кого сигнала в секунду измеряется в бодах (baud). Период времени между

соседними изменениями информативного параметра сигнала называется так-

том работы передатчика или бодовым интервалом.

Пропускная способность линии в бит/с в общем случае не совпадает с чис-

лом бод. Она может быть как выше, так и ниже числа бод, что зависит от

способа кодирования.

Если сигнал имеет более двух различимых состояний, то пропускная спо-

собность в бит/с будет выше, чем число бод. Например, если информативны-

ми параметрами являются фаза и амплитуда синусоиды, причем различаются

4 состояния фазы в О, 90, 180 и 270° и два значения амплитуды сигнала, то

информационный сигнал может иметь

различимых состояний. В этом случае

модем, работающий со скоростью 2400 бод (с тактовой частотой 2400 Гц)

передает информацию со скоростью 7200 6РГГ/С, так как при одном изменении

сигнала передается 3 бита информации.

При использовании сигналов с двумя различимыми состояниями может на-

блюдаться обратная картина. Это часто происходит потому, что для надежно-

го распознавания приемником пользовательской информации каждый бит

пос-

ледовательности кодируется

помощью нескольких изменений информативного

параметра несущего сигнала. Например, при кодировании единичного значения

бита импульсом положительной полярности, а нулевого значения бита - им-

пульсом отрицательной полярности, физР1ческий сигнал дважды изменяет свое

состояние при передаче каждого бита. При таком кодировании пропускная спо-

собность линии в два раза ниже, чем число бод, передаваемое по линии.

На пропускную способность линии оказывает влияние не только физичес-

кое,

но и логическое кодирование. Логическое кодирование выполняется до

физического кодирования и подразумевает замену бит исходной информации

новой последовательностью бит, несущей ту же информацию, но обладающей,

кроме этого, дополрштельными свойствами, например возможностью для при-

емной стороны обнаруживать ошибки

принятых

данных.

Сопровождение каж-

дого байта исходной информации одним битом четности - это пример очень

часто применяемого способа логического кодирования при передаче данных с

помощью модемов. Другим примером логического кодирования может слу-

2.1.

Понятие системы

передачи данных

ЖИТЬ

шифрация

данных,

обеспечивающая

их

конфидешщальность

при

переда-

че через

общественные каналы

связи.

При

логическом кодировании

чаще

всего

исходная последовательность бит заменяется более длинной последователь-

ностью,

поэтому пропускная способность канала

по

отношению

полезной

ин-

формации при этом уменьшается.

Достоверность передачи данных характеризует вероятность искажения для

каждого передаваемого бита данных. Иногда этот же показатель называют

интенсивностью битовых ошибок (BER - Bit Error Rate). Значение BER для

каналов связи без дополнительных средств защиты от ошибок (например, са-

мокорректирующихся кодов или протоколов с повторной передачей искажен-

ных кадров)

составляет,

как

правило,

\Q~^-

10"^

оптоволоконных линиях связи

- 10"^. Значеьше достоверности передачи данных, например,

-Ю""*

говорит о

том, что в среднем из 10000 бит искажается значение одного бита.

Искажения бит происходят как из-за наличия помех на

линии,

так

и по

при-

чине

искажений

формы

сигнала ограниченной полосой пропускания

линии.

По-

этому для повышения достоверности передаваемых данных нужно повьппать

степень

помехозащищенности

линии,

снижать уровень

перекрестных

наводок в

кабеле, а также использовать более широкополосные линии связи.

Пропускная способность среды передачи

Чем выше частота несущего периодического сигнала, тем больше инфор-

мации в

единицу времени передается

по

линии

и тем выше

пропускная способ-

ность линии при фиксированном способе физического кодирования. Однако, с

другой стороны, с увеличением частоты периодического несущего сигнала

увеличивается и ширина спектра этого сигнала, т. е. разность между макси-

мальной и минимальной частотами того набора синусоид, которые в сумме

дадут выбранную для физического кодирования последовательность сигналов.

Линия связи передает этот спектр синусоид с теми искажениями, которые оп-

ределяются ее полосой пропускания. Чем больше несоответствие между по-

лосой

пропускания

линии и

шириной спектра передаваемых информационных

сигналов, тем больше сигналы искажаются и тем вероятнее ошибки в распоз-

навании информации принимающей

стороной,

значит,

скорость передачи ин-

формации на самом деле оказывается меньше, чем можно бьшо предполо-

жить.

Связь

между полосой пропускания

линии и ее

максимально возможной

про-

пускной способностью, вне зависимости от принятого способа физического

кодирования, установили Шеннон и

Хартли.

Эта формула называется законом

Шеннона-Хартли:

C = B\og^{\+SNP), (2.23)

где С - максимальная пропускная способность

линии,

бит/с;

В - ширина поло-

сы пропускания линии, Гц; SNP - отношение мощностей сигнала и шума.

Основы

телекоммуникации

Из формулы (2.23) видно, что хотя теоретического предела пропускной спо-

собности линии

фиксированной полосой пропускания не существует, на прак-

тике такой предел имеется. Действительно, повысить пропускную способность

линии можно за счет увеличения мощности передатчика или же уменьшения

мощности шума (помех) на линии связи. Обе эти составляющие поддаются

изменению с большим трудом. Повышение мощности передатчика ведет к

значительному увеличению его габаритов и стоимости. Снижение уровня шума

требует применения специальных кабелей с хорошими защитными экранами,

что весьма дорого, а также снижения шума в передатчике и промежуточной

аппаратуре, чего достичь весьма не просто. К тому же влияние мощностей

полезного сигнала и шума на пропускную способность ограничено логарифми-

ческой зависимостью, которая растет далеко не так быстро, как прямо-про-

порциональная. Так, при достаточно типичном исходном отношеьши мощности

сигнала к мощности шума в 100 раз, повышение мощности передатчика в 2

раза даст только 15 % увеличения пропускной способности линии.

Найквист вывел формулу, определяющую зависимость максимальной ско-

рости передачи информации (данных) С [бит/с] от ширины полосы пропускания

В без учета шума в канале:

2Blog^M,

(2.24)

где М- число различимых состояний информативного параметра сигнала.

Если сигнал имеет

состояния, то пропускная способность равна удвоенно-

му значению ширины полосы пропускания линии связи.

Если же передатчик использует более чем 2 устойчивых состояния сигнала

для кодирования данных, то пропускная способность линии повышается, так

как за один такт работы передатчик передает несколько бит исходных данных.

Пример. Модем в телефонной сети общего пользования применяет метод квадратурной

амплитудной модуляции с 8-ю уровнями (4 значения фазы х 2 значения амплитуды для каждой

фазы) на каждый сигнальный

элемент.

Если полоса пропускания телефонной сети равна 3100 Гц,

то согласно формуле Найквиста максимальная скорость передачи данных будет равна:

С =2В

\og^M==

•

3100

•

log^S = 18600 биг/с.

Хотя формула Найквиста явно не учитывает наличие шума, косвенно его

влияние отражается в выборе числа состояний информативного параметра сиг-

нала. Для повышения пропускной способности канала хотелось бы увеличить

это число до значительной величины, но на практике этого сделать нельзя из-за

шума на линии. Поэтому число возможных состояний сигнала фактически ог-

раничивается соотношением мощности сигнала и шума, а формула Найквиста

определяет предельную скорость передачи данных в том случае, когда количе-

ство состояний уже выбрано с учетом возможностей устойчивого распознава-

ния приемником.

Передача данных на физическом уровне

Под данными понимают информацию, закодированную в цифровой форме.

При передаче данных по каналам связи применяют два основных типа физи-

2.1.

Понятие системы

передачи данных

ческого кодирования -

на основе

синусоидального несущего сигнала

и на

осно-

ве последовательности прямоугольных импульсов. Первый способ часто на-

зывают также модуляцией или аналоговой модуляцией, подчеркивая тот факт,

что кодирование осуществляется за счет изменения параметров аналогового

сигнала. Второй способ обычно назьгоают цифровым кодированием. Эти спо-

собы отличаются шириной спектра результирующего сигнала и сложностью

аппаратуры, необходимой для

их

реализации.

При

использовании прямоугольных

импульсов спектр

результирующего сиг-

нала получается весьма широким. Это не удивительно, если вспомнить, что

спектр

идеального импульса имеет бесконечную

ширину.

Применение синусо-

иды

приводит

спектру

гораздо

меньшей

ширины

при

той же

скорости переда-

чи

информации.

Однако для

реализации синусоидальной модуляции необходи-

ма более сложная и дорогая аппаратура, чем для реализации прямоугольных

импульсов.

В настоящее время все чаще данные, изначально имеющие аналоговую

форму

речь,

телевизионное

изображение,

- передают

по

каналам

связи в

дис-

кретном виде,

т.

е. в виде последовательности единиц и нулей. Процесс пред-

ставления аналоговой информации в дискретной форме называется

дискрет-

ной

модуляцией.

При передаче данных по непрерьгоному (аналоговому) каналу связи ис-

пользуют определенный физический процесс, называемый сигналом-пере-

носчиком. Математической моделью его может служить функция времени s(t,

v4,

5,...)

, зависящая также от параметров А, В, ... Некоторые параметры сиг-

налов

фиксированы при данньпс условиях

передачи,

тогда они

вьшолняют роль

идентифшщрующих

параметров.

Другие подвергаются воздействию

со

сторо-

ны

передатчика,

и в

этом случае выполняют роль информативных параметров.

Модуляция

- отображение на передающей стороне множества возможных

значений входного сигнала

на

множество возможных значений информативно-

го параметра сигнала-переносчика. На приемной стороне возникает обратная

задача - восстановить исходный сигнал, т. е. осуществить демодуляцию.

Как

правило,

аналоговую модуляцию применяют

для

передачи дискретных

данных по каналам с узкой полосой частот, типичным представителем кото-

рых является канал тональной частоты (ТЧ), предоставляемый в распоряже-

ние пользователям общественных телефонньпс сетей. Этот канал передает

частоты

диапазоне от

300 до 3400

Гц,

таким

образом,

его

полоса пропускания

равна

3100

Гц.

Строгое ограничение полосы пропускания канала

ТЧ

связано

использованием аппаратуры уплотнения и коммутации каналов в телефонных

сетях. Устройство, осуществляющее модуляцию несущей синусоиды на пере-

дающей стороне и демодуляцию на приемной стороне, носит название модем

(модулятор-демодулятор).

Амплитуцная модуляция. В системах с амплитудной модуляцией (AM)

модулирующая функция

X(t)

изменяет амплитуду высокочастотной гармони-

ческой

функции

5(/)

сигнала-переносчика:

Основы телекоммуникации

Л s{i)= Аш1{Ш 4- ф). (2.25)

Амплигуцно-модулированный сигнал име-

ет вид:

s{t) =А[\ + /wX(0]sin(Qr + Ф), (2.26)

О (П-со.) П (QfcoO со где т-коэффшщенг модуляции.

Пусть модулирующая фушщия X(t) =

Рис.

2.7. Спектр амплшудно- = sin

coi/,

тогда, подставив ее в выражение для

модулированного сигнала

s(t)

и осуществив преобразования, получим:

5(0=^{8т(О/ + Ф)+ —со8[(0-со,)^ + Ф]-—cos[(Q +со^)/ +

Ф]}.

(2.27)

Амплитудно-модулированный сигнал имеет дискретный (линейчатый)

спектр, состоящий из трех линий (рис. 2.7): несущей частоты -Q и двух боко-

вых частот (Q -

cOj)

и (Q +

cOj)

- одна ниже, другая выше несущей частоты. Их

называют верхней и нижней боковыми частотами. Нижняя боковая - это зер-

кальное отображение верхней боковой по отношению к частоте несущей Q. Из

формулы (2.27) видно, что вся информащм о модулирующей функции полнос-

тью содержится в любой из боковых частот.

Система с AM, которая передает обе боковых и несущую частоту, извест-

на, как двухполосная система (DSB - double sidebaud). Несущая не несет ника-

кой полезной информации и может быть удалена, но с несущей или

без,

полоса

сигнала DSB вдвое больше полосы изначального сигнала. Для сужения рабо-

чей полосы частот канала связи возможно вытеснение не только несущей, но и

одной из боковых, так как они несут одну информацию. Этот вид AM известен,

как однополосная модуляция с подавленной несущей SSB-SC (Single Sideband

Suppressed Carrier). Этот вид модуляции создает новый сигнал, идентичный

оригиналу, но сдвинутый вверх по частоте. Частоту несущей выбирают в соот-

ветствии с условиями среды передачи. Демодуляция сигнала AM достигается

п>тем смешивания модулированного сигнала с несущей той же самой часто-

ты,

что и на модуляторе. Изначальный сигнал затем получают как отдельную

частоту (или полосу частот) и его можно отфильтровать от других сигналов.

При использовании SSB-SC несущая для демодуляции генерируется на месте,

и она может не совпадать с частотой несущей на модуляторе. Небольшая раз-

ница между двумя несущими частотами является причиной несовпадения вос-

станавливаемых частот, что присуще телефонным цепям.

Амплитудная модуляция с использованием цифровых сигналов. Осо-

бым случаем амплитудной модуляции является случай, когда нижний из двух

уровней амплитуд доведен до нуля; тогда процесс модуляции состоит во вклю-

чении и выключении несущей. Однако скачки в передаваемой энергии делают

этот вид модуляции, не подходящим для передачи данных по сетям связи. Пря-

моугольная волна содержит высокочастотные компоненты, и на практике в

2,1.

Понятие системы передачи данных

системах АМ-сигнал данных пропускают через фильтр 1шжних частот до мо-

дулятора. Это скругляет прямоугольную волну, но не влияет на информащпо,

содержащуюся в сигнале данных. Поскольку бинарный сигнал данных имеет

составляющие вплоть до нулевой частоты, верхняя и нижняя боковые частоты

фактически встретились на частоте Q. Это обстоятельство делает затрудни-

тельным подавление несущей или одной боковой и несущей, без влияния на

оставшуюся

полосу.

Для уменьшения полосы модулированного сигнала можно

реально убрать большую часть одной полосы, оставив только небольшой ее

конец рядом с несущей. Потери информации

нет,

так как нижняя полоса просто

дублирует информацию верхней полосы. Описанный подход назьюается VSB

(VSB - vestigial sideband) - модуляция с частично подавленной боковой. При

разумном построении фильтра в системах VSB можно подавить несущую. Это

приведет к подавлению и части верхней полосы, но остаток нижней полосы,

который будет сохранен, восполнит недостающие частоты. Правильная одно-

полосная амплитудная модуляция с цифровым модулирующем сигналом мо-

жет быть достигнута только путем скрэмблирования (scrambeing - перемеши-

вание) изначальных данных (т. е. внося беспорядочность в поток бит) с целью

удаления низкочастотных компонентов, которые образуются от ряда последо-

вательньпс единиц или нулей. Это влечет рассоединение боковых частот от

несущей частоты, что позволяет отфильтровать одну боковую и несущую.

Импульсная амплитудная модуляция (РАМ - pulse amplitude modulation).

Она использует модулирующий цифровой сигнал и реализует кодирование бо-

лее чем одного бита на бод путем кодирования бинарного сигнала данных в

сигнал с более чем двумя уровнями. Для примера, биты бинарного сигнала

данных могут быть разбиты на пары. Возможны четыре комбинации пары бит

и каждая пара может быть представлена одним из четьфех уровней амплиту-

ды.

Закодированный четырехуровневый сигнал имеет половину скорости в бо-

дах изначального сигнала данных и может быть использован для амплитудной

модуляции несущей обычным образом.

Частотная модуляция. В системах частотной модуляции (ЧМ) частота

несущей изменяется в соответствии с формой модулирующего сигнала. В этом

случае частота Q несущей (сигнала-переносчика s(t) = ^sin Q

модулируется

функцией

cos cOj/:

со = П[1 + mX(t)] = Q[l + (ACO/Q;

COS

СО/], (2.28)

где

Aco

/Q - коэффициент модуляции (относительное изменение частоты);

Асо

- девиация частоты.

Тогда сигнал-переносчик

s(t)=A(sm](odt=A(smQtcos(p sincOj/) + cosn/sin(p sinco/). (2.29)

Здесь Р =Асо/со. - индекс модуляции.

Основы

телекоммуникации

При

« 1

s{t)

«v4(sinQ/

Р sin

cOj/

cos Q/) = (2.30)

e. спектр частот ЧМ-сигнала практически не отличается от спектра АМ-сиг-

нала.

Системы,

которых модулирующим сигналом является бинарный сигнал и,

следовательно, несущая переключается сигналами

с одной

частоты на другую

при

неизменной

амплитуде,

называют системами FSK (Frequency SMft Keying)

Частотная модуляция помехоустойчива, поскольку искажению

при

помехах

подвергается в основном амплитуда сигнала, а не частота. Необходимая для

этого вида модуляции ширина спектра сигнала может быгь значительно уже

всей полосы пропускания канала. Частотная модуляция превосходит ампли-

тудную в устойчивости к некоторым воздействиям, присутствующим в теле-

фонной сети и ее следует использовать на более низких скоростях, где не тре-

буется большая

полоса частот. FSK является асинхронной техникой модуляции,

для нее не требуется синхроимпульсов в модеме.

Фазовая модуляция. При фазовой модуляции (ФМ) информативным па-

раметром сигнала-переносчика служит фаза Ф несущей частоты Q:

s{t) =А sin{Q/ + Ф +

АфЦО}-

(2.31)

Пусть модулирующей функцией является синусоида

X(t)

= sin ш/, тогда фа-

зомодулированный сигнал будет описываться вьфажением :

s(t) = ^[sin(Q t

Ф)cos(Aф

sin

ю/)

cos(Q /

Ф)sin(Aф

sin

©/)].

(2.32)

Отсюда

видно,

что

ЧМ

ФМ-сигналы

похожи по

форме.

Различие заключа-

ется лишь в

том,

что

коэффициент модуляции

для

ФМ-сигнала

Аф

постоянен,

индекс модуляции

для

ЧМ-сигнала р зависит

от

частоты модулирующего сиг-

нала

cOj.

При использовании ФМ для передачи данных каждому информационному

элементу - биту - ставится в соответствие определенное значение фазы (на-

пример,

для

передачи

нуля,

180 -

для

передачи единицы).

При

фазоразиостиой модуляции

(DPSK - Differential Phase Shift Keying)

каждому информационному элементу ставится в соответствие не абсолютное

значение фазы, а ее изменение относительно предьщущего значения. Если ин-

формационный элемент есть

дибит,

то в зависимости от его значения (00, 01,

или 11) фаза сигнала может измениться на 90, 180,270 или не измениться

вовсе. Из теории информации известно, что фазовая модуляция наиболее ин-

формативна, однако увеличение числа кодируемых бит вьппе трех (8 позиций

поворота

фазы)

приводит к резкому снижению помехоустойчивости. Поэтому

высокоскоростных модемах применяются комбинированные амплитудно-фа-

зовые методы модуляции.

2.1.

Понятие системы

передачи данных

Квадратурно-амплитудная модуляция. Многопозиционную амплитуд-

но-фазовую модуляцию называют еще квадратурной амплитудной моду-

ляцией (QAM - Quadrature Amplitude Modulation). В данном виде модуляции

для повышения пропускной способности используют одновременную манипу-

ляцию двух параметров несущего колебания - амплитуды и фазы. Каждое воз-

можное состояние модулированного сигнала (вектор сигнала или точка сиг-

нального пространства) характеризуется определенным значением амплитуды

и фазы, которые входят в так называемое созвездие,

В настоящее время используют модуляции, в которых количество кодируе-

мых на одном бодовом интервале информационных бит может доходить до 8,

а, cooTBCTCTBcifflo, созвездие иметь число состояний сигнала в сигнальном про-

странстве - до 256.

Однако с ростом модуляционной скорости и числа состояний сигнала устой-

чивость к помехам многопозиционной QAM-модуляции быстро снижается, что

связано с уменьшением энергии элемента сигнала и различий между соседни-

ми допустимыми состояниями сигналов. Значительное повышение реальной

помехоустойчивости на скоростях передачи 9600 бит/с и более было достигнуто,

благодаря применению комбинации модуляции с решетчатым кодрфованием.

Модуляция с решетчатым кодированием. В современных высокоско-

ростных протоколах используют так называемую модуляцию

решетчатым

кодированием или треллис-кодированием (ТСМ - Trellis Coded Modulation),

которая позволяет повысить помехозащищенность передачи информации и сни-

зить требования к отношению сигнал/шум в канале от 3 до 6 дБ, Суть этого

кодирования заключается во введении избыточности в пространство сигналов

за счет чего создаются корреляционные связи между передаваемыми симво-

лами. Пространство сигналов расширяется вдвое путем добавления к инфор-

мационным битам еще одного, который образуется посредством сверточного

кодирова1шя над частью информационных бит и введения элементов запазды-

вания. Расширенная таким образом группа подвергается все той же многопо-

зиционной амплитудно-фазовой

модуляции.

В процессе демодуляции принятого

сигнала проводится его декодирование по весьма изощренному алгоритму Ви-

терби, позволяющему за счет введенной избыточности и знания предыстории

выбрать по критерию максимального правдоподобия из сигнального простран-

ства наиболее достоверную точку и, тем самым, определить значения инфор-

мационных бит.

Если все принято без ошибок, то треллис-бит просто удаляется. А вот если

ошибки бьши, то с очень большой вероятностью последовательность, содер-

жащая сбойные биты, окажется запрещенной. При помощи специального ите-

ративного алгоритма осуществляется поиск по решетке (отсюда и название).

Декодер Витерби находит «наиболее подходящую» разрешенную последова-

тельность и заменяет ею сбойную. Причем, с весьма большой вероятностью

эта замена действительно окажется верной. Треллис-коды построены таким

образом, что они защищены от перепутывания именно соседних состояний в