Кодирование данных при их цифровой и аналоговой передаче

В основе передачи аналоговых сигналов лежит передача не­прерывного сигнала постоянной частоты, называемого несущим сигналом. Дискретные данные при передаче по аналоговым лини­ям связи модулируются изменением одной из трех характеристик несущего сигнала: амплитуды, частоты или фазы (или некоторой комбинацией из них). Три основные формы модуляции несущего аналогового сигнала при передаче дискретных данных представ­лены на рис. 16.3.

Наиболее общим примером использования дискретных сигна­лов для передачи непрерывных данных является оцифровывание речи. На рис. 16.4 показан базирующийся на одной из основных теорем терии информации пример оцифровывания фрагмента непрерывного сигнала путем разбиения его на части со скоростью, превышающей более чем вдвое частоту оригинала.

Основными достоинствами современной цифровой передачи данных по сравнению с традиционной аналоговой являются, во-пер­вых, относительная дешевизна использования дискретных сигналов, во-вторых, их меньшая подверженность воздействию шумов, а сле­довательно, и большая сопротивляемость к возможному искажению передаваемой информации. Основным же недостатком цифровой пе­редачи по сравнению с аналоговой является более быстрое затухание сигнала при его движении в передающей среде. Затухание дискрет­ного сигнала усиливается как при увеличении расстояния, так и при увеличении частоты смены двоичных импульсов напряжения.

Для устранения негативных последствий затухания сигналов в дис­кретных системах передачи данных через определенное расстояние ис­пользуются устройства-повторители, которые, получая затухающий сигнал, полностью восстанавливают содержащиеся в нем данные (со­стоящие из 0 и 1) и передают далее восстановленный и усиленный сиг­нал. Данные устройства выгодно отличаются от используемых для борь­бы с затуханием сигналов в традиционных аналоговых системах пере­дачи данных устройств-усилителей, которые через определенное расстояние усиливают передаваемый сигнал. Простое усиление энергии принятого сигнала увеличивает также и наложенные на него компонен­ты шума. В этом случае, проходя значительное расстояние через каскад усилителей, смысловое содержание сигнала все более и более теряется. Поэтому современная технология передачи дискретных данных, с помощью непрерывных сигналов также использует аналоги устройств-повторителей, которые извлекают из аналогового сигнала дискретные данные, восстанавливая их, а затем генерируют и передают далее новый, «чистый» аналоговый сигнал.

Рис. 16.3. Базовые модуляции несущего аналогового

сигнала для дискретных данных

Величина сигнала

Рис. 16.4. Оцифровывание аналогового сигнала

Мультиплексирование

Как в локальных, так и в крупномасштабных сетях имеются случаи, когда пропускная способность передающей среды превы­шает требуемую для передачи единичного сигнала. Экономичное использование высокоскоростного магистрального канала связи для одновременной передачи по нему нескольких сигналов изве­стно как мультиплексирование. Два базовых варианта мультиплек­сирования — с разделением частот и временным разделением пред­ставлены на рис. 16.5.

Использование мультиплексирования с разделением частот (FDM) основывается на том, что общая полоса полезных частот одного высокоскоростного канала связи разделяется на несколько непере­секающихся подполос, называемых каналами. В рамках каждого из каналов осуществляется независимая передача только одного сигна­ла со своей несущей, а общее число одновременно передаваемых сигналов определяется количеством каналов.

Мультиплексирование с временным разделением (ТОМ) основыва­ется на том, что скорость передачи двоичных данных по магистраль­ному каналу значительно превосходит требуемую скорость для пере­дачи единичного дискретного сигнала. В этом случае порции не скольких дискретных сигналов могут поочередно передаваться по общей среде, тем самым совместно используя ее. Последовательность временных интервалов использования общей передающей среды определенным сигналом, по аналогии с FDM, называется каналом.

Следует отметить, что существуют случаи совместного примене­ния FDM и ТОМ. Общая полоса частот передающей среды может быть разбита на несколько частотных каналов, каждый из которых далее подразделяется на подканалы с помощью временного разделения.