Techniki transmisji i zwielokrotniania
FALA NOŚNA, MODULACJA, MODEM
Sygnały informacji 1-0 nie mogą być bezpośrednio za pomocą kabla przenoszone na dużą odległość, gdyż słabną szybko wraz z odległością. Połączenie za pomocą RS-232 działa poprawnie w ramach jednego pokoju – dwóch, ale już próba połączenia z miastem kończy się fiaskiem.
Naukowcy stwierdzili, że ciągły sygnał sinusoidalny dociera znacznie dalej, niż binarne sygnały prądowe – bezprądowe. Nadajnik modyfikuje nieznacznie falę sinusoidalną w takt danych binarnych, co nosi nazwę modulacji. Najpowszechniejszą formą modulacji jest Phase Shift Keying, PSK – przesuwanie fazy (modulacja, manipulacja fazy), rys.1.
Rys.1. Modulacja fazy: sygnał 0 nadaje fali nośnej Acoswt fazę 0, a sygnał 1 – fazę p
Układ elektroniczny, który moduluje-demoduluje falę nośną (plus wykonuje jeszcze inne czynności) nazywa się modemem. Zwykle stosuje się dwustronny system komunikacji zwany dupleksem, rys.2
Rys.2. Trakt komunikacyjny dupleksowy z modemami
ŁACZA DZIERŻAWIONE I MODEMY
Do prowadzenia kabli na duże odległości upoważnione są przedsiębiorstwa telekomunikacyjne. Przedsiębiorstwa te obsługują i dzierżawią pary dupleksowe firmom. Na obu końcach linii, zależnie od jej typu konieczne jest umieszczenie odpowiednich modemów: telefonicznych, optycznych lub radiowych. Model telefoniczny oprócz modulacji-demodulacji fali nośnej koryguje zniekształcenia fazowe i amplitudowe toru przesyłowego. Inne modemy, np. optyczne transformują fale świetlne o określonej długości na bity danych 1-0.
TECHNIKI ZWIELOKROTNIANIA (MULTIPLEKSACJI)
Najstarszą formą zwielokrotniania łączy była technika podziału pasma częstotliwości – frequency division, FM lub FDM. Metoda ta stosowana jest do dziś, ale tylko do grubego podziału. Kanały abonenckie wydzielane są powszechnie technikami czasowymi, time division multiplexing, TDM, rys.3
Rys.3. Idea multipleksacji czasowej
TWIERDZENIA SHANNONA I NYQUISTA
Twierdzenie Nyquista mówi, że dla binarnego systemu transmisji o paśmie B [Hz} maksymalna szybkość przesyłania danych w bitach na sekundę przy pomijalnym szumie wynosi
C=2B
Jeśli stosujemy K-bitowy system kodowania, to
C=2Blog2K
Dla 2-bitowego C=2B, np. 1MHz –2Mb/s
Twierdzenie Shannona jest bardziej precyzyjne i stanowi, że przy optymalnym kodowaniu szybkość transmisji w obecności szumu białego wynosi
C=Blog2(1+S/N)
gdzie S/N – stosunek mocy sygnału do szumów
Przykładowo dla transmisji głosu via PCM S/N=30dB=1000 (210), a pasmo B=4000Hz. Stąd bezbłędna transmisja jest zapewniona dla szybkości C=40 kb/s, w praktyce 64kb/s
Zadania – pytania
1. Jaki podstawowy warunek musi spełnić łącze zbiorcze przy multipleksacji? Odp. Pasmo N razy szersze, dlaczego?
2. Ile wynosi maksymalna przepustowość łącza z modemem telefonicznym 4kHz?
3. Jaki musi być wtedy, zgodnie z twierdzeniem Shannona, stosunek sygnał/szum?
4. Jaką przepustowość należy zapewnić dla cyfrowego kanału telefonicznego?
5. Napisz program multipleksacji danych 8-bitowych od trzech nadawców.
Meles_Meles