МЕТОДИ MOДУЛЯЦІЇ (маніпуляції) ДАНИХ. Практична робота (завдання) з Теорія інформації та кодування. Робота № 528672

Перехід до торгівельного партнера Binance

МЕТОДИ MOДУЛЯЦІЇ (маніпуляції) ДАНИХ

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Вінницькій національний технічний університет

Інститут:

Факультет:

Комп'ютерна інженерія

Кафедра:

КН

Інформація про роботу

Рік:

2015

Тип роботи:

Практична робота (завдання)

Предмет:

Теорія інформації та кодування

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

Міністерство освіти і науки України Вінницький національний технічний університет Інститут інформаційних технологій та комп’ютерної інженерії Факультет ІТКІ Кафедра: КН Практична робота №4 МЕТОДИ MOДУЛЯЦІЇ (маніпуляції) ДАНИХ Вінниця 2015 Теоретичні відомості Одним з етапів перетворення повідомлення в сигнал для його передачі в канал зв'язку є модуляція. Модуляція - зміна будь-якого параметра переносника сигналу у відповідності з функцією відображає повідомлення. Несучим сигналом може бути: постійний струм - провідна телеграфія; змінний струм низької або високої частоти - телефонія, тональна телеграфія, телефакс, телемеханіка; високочастотні імпульси - радіорелейний зв'язок. Модульовані параметри називаються інформативними, і в якості них можуть використовуватися: амплітуда; фаза; частота та ін Використовуються такі типи модуляції: гармонійна; імпульсна; дискретна і їх різновиди. Демодуляція - відділення корисного (модулює) сигналу від несучої. Модуляція та демодуляція здійснюється за допомогою пристроїв, званих модулятором і демодулятором. Модем - пристрій, що перетворює код в сигнал (модулятор) і сигнал в код (демодулятор), що використовується для передачі даних по каналах зв'язку. Маніпуляція - модуляція, при якій модульований параметр може приймати фіксоване число - m дискретних значень. Аналогова модуляція Ампліту́дна модуля́ція (АМ) — вид модуляції, при якій змінюваним параметром сигналу-носія є амплітуда його коливань. Нехай /— інформаційний сигнал, /, /— несуче коливання. Тоді амплітудно-модульований сигнал /може бути записаний таким чином: / Тут /— деяка константа, що називається коефіцієнтом модуляції. Формула (1) описує носійний сигнал /, промодульований за амплітудою сигналом /з коефіцієнтом модуляції /. Передбачається також, що виконані умови: / Виконання умов (2) необхідне для того, щоб вираз в квадратних дужках в (1) завжди був позитивним. Якщо цей вираз стає від'ємним - він може приймати від'ємні значення в деякий мометн часу - то має місце так звана перемодуляція. Прості демодулятори (типу квадратичного детектора) демодулюють такий сигнал з сильними спотвореннями. Часто́тна модуля́ція (ЧМ, FM, англ. Frequency modulation) — тип аналогової модуляції, при якому частота вихідного сигналу змінюється у часі залежно від миттєвого значення інформаційного сигналу, тобто інформаційний сигнал керує частотою опорного сигналу. У порівнянні з амплітудною модуляцією, амплітуда сигналу залишається постійною. Частотна модуляція використовує миттєву частоту модулюючого сигналу (голос, музика, дані тощо) для безпосередньої зміни частоти несучого сигналу. Індекс модуляції /дорівнює відношенню максимальної девіації несучої частоти до максимальної девіації частоти модулюючого сигналу[2]. / Фазова модуляція — один з видів модуляції, при якій фаза несучого коливання керується інформаційним сигналом. Фазомодульований сигнал /має наступний вигляд: /, де /— обвідна сигналу, /є модулюючим сигналом, /— частота несного сигналу, /— час. Фазова модуляція, не пов'язана з початковою фазою несного сигналу, називається відносною фазовою модуляцією (ВФМ). У випадку, коли інформаційний сигнал є дискретним, то говорять про фазову маніпуляцію. Хоча, строго кажучи, в реальних виробах маніпуляції не буває, так як для скорочення займаної смуги частот маніпуляція проводиться не прямокутним імпульсом, а дзвоноподібним (піднесеним косинусом та ін.) Незважаючи на це, при модуляції дискретним сигналом говорять тільки про маніпуляцію. За характеристиками фазова модуляція близька до частотної модуляції. У випадку синусоїдального модулюючого (інформаційного) сигналу, результати частотної та фазової модуляції збігаються. Цифрова модуляція Фазова маніпуляція (ФМн) (англ. PSK - Phase Shift Keying) — це схема перетворення (модуляція) при якому під керуванням вхідного сигналу змінюється фаза несного сигналу (зазвичай синусоїдального). Фазова маніпуляція — це зміна фази несучого коливання в залежності від амплітуди повідомлення (сигналу повідомлення). Одним із варіантів ФМн є квадратурно-фазова маніпуляція (КФМ). Фа́зова маніпуля́ція (ФМн, англ. Phase-shift keying (PSK)) — один з видів фазової модуляції, при якій фаза несучого коливання змінюється стрибкоподібно в залежності від інформаційного повідомлення. У цифрових системах передачі інформації часто використовується різновид фазової маніпуляції — відносно-фазова маніпуляція. При відносно-фазовій маніпуляції фаза гармонічного сигналу встановлюється в момент коли завершується інтервал часу представлення попереднього символу й починається інтервал часу представлення наступного символу. При цьому фаза гармонічного сигналу встановлюється відносно попереднього значення за таким правилом: фаза змінюється на π, якщо наступним символом є «1». Якщо ж наступним йде символ «0», то фаза не міняється. При цьому до початку передачі інформаційного сигналу (в даному випадку кодової комбінації) має бути переданим відрізок гармонічного сигналу, який називатимемо опорним Ампліту́дна маніпуля́ція (АМн; англ. Amplitude shift keying (ASK)) — зміна сигналу, за якої стрибкоподібно змінюється амплітуда несучого коливання. Амплітуда високочастотного сигналу на виході радіопередавача приймає тільки два значення: максимальне і нульове. Відповідно, включення або виключення виконується оператором за допомогою телеграфного ключа або за допомогою автоматичного формувача телеграфних посилок (датчика коду Морзе, комп'ютера). Огинаюча радіоімпульсу (елементарної посилки — крапки і тире) на практиці, природно, не прямокутна, а має плавні передній і задній фронти. Інакше частотний спектр сигналу може стати неприпустимо широким, а при прийомі сигналу на слух відчуваються неприємні клацання. При частотній маніпуляції (ЧМн, англ. Frequency Shift Keying (FSK)) значенням «0» і «1» інформаційної послідовності відповідають певні частоти синусоїдального сигналу при незмінній амплітуді. Частотна маніпуляція вельми завадостійка, оскільки перешкоди телефонного каналу спотворюють в основному амплітуду, а не частоту сигналу. Однак при частотній маніпуляції неекономно витрачається ресурс смуги частот телефонного каналу. Тому цей вид модуляції застосовується в нешвидких протоколах, що дозволяють здійснювати зв'язок по каналах з низьким відношенням сигнал/шум. Частотна маніпуляція з мінімальним зсувом (англ. Minimal Shift Keying (MSK)) являє собою спосіб модуляції, при якому не відбувається стрибків фази і зміна частоти відбувається в моменти перетину несною нульового рівня. MSK унікальна тому що значення частот відповідних логічним «0» і «1» відрізняються на величину рівну половині швидкості передачі даних. Іншими словами, індекс модуляції дорівнює 0,5: / де /, /- тривалість біта. Наприклад, при швидкості передачі 1200 біт/с MSK-сигнал буде сформований з коливань з частотами 1200 Гц і 1800 Гц відповідних логічним «0» і «1». У телеграфуванні частотна маніпуляція — процес зміни частоти генератора відповідно до передавальних посилок. Імпульсна модуляція Часто як переносника використовують періодичну послідовність порівняно вузьких імпульсів. Послідовність прямокутних імпульсів одного знакаv0(t) характеризується параметрами: амплітудою імпульсів; тривалістю (шириною) імпульсів; частотою прямування (чи тактовою частотою)fT =>1/T, де Т – період прямування імпульсів; становищем (фазою) імпульсів щодо тактових (>отсчетних) точок. Ставлення періоду прямування імпульсів до тривалості імпульсів називаєтьсяскважностью імпульсу. За законом переданого первинного сигналу можна змінювати (модулювати) кожній із параметрів імпульсної послідовності. У цьому модуляція називається імпульсної. Повідомлення при використанні імпульсної модуляції може бути представлено у вигляді двійкового коду. Переносник - послідовність імпульсів певної амплітуди, тривалості, частоти проходження і фази (A, t і, T і, ...). Амплітудно-імпульсна модуляція (АІМ) - залежно від посилки "0" або "1" змінюється амплітуда переданих імпульсів. Широтно-імпульсна модуляція (ШІМ, ДІМ) - залежно від посилки "0" або "1" міняється тривалість переданих імпульсів. Фазоімпульсная модуляція (ФІМ) - залежно від посилки "0" або "1" змінюється фаза переданих імпульсів. Частотно імпульсна модуляція (ЧІМ) - залежно від посилки "0" або "1" міняється період проходження імпульсів. Спектр результуючого модульованого сигналу Спектр результуючого модульованого сигналу залежить від типу модуляції і швидкості модуляції, тобто бажаної швидкості передачі бітів вихідної інформації. Розглянемо спочатку спектр сигналу при потенційному кодуванні. Нехай логічна одиниця кодується позитивним потенціалом, а логічний нуль – негативним потенціалом такої ж величини. Для спрощення обчислень припустимо, що передається інформація, яка складається з нескінченної послідовності одиниць і нулів, що чергуються, як це і показано на рис. 3.10, а. Зауважимо, що в даному випадку величини бодів і бітів у секунду збігаються. Для потенційного кодування спектр безпосередньо виходить з формул Фур'є для періодичної функції. Якщо дискретні дані передаються з бітовою швидкістю / біт/с, то спектр складається з постійної складової нульової частоти і нескінченного ряду гармонік з частотами /, /, /, /, ... , де /Амплітуди цих гармонік зменшуються досить повільно – з коефіцієнтами 1/3, 1/5,1/7, ... від амплітуди гармоніки /(рис. 3.2.4, а). В результаті спектр потенційного коду потребує для якісної передачі широку смугу пропущення. Крім того, потрібно врахувати, що реально спектр сигналу постійно змінюється в залежності від того, які дані передаються по лінії зв'язку. Наприклад, передача довгої послідовності нулів чи одиниць зміщує спектр убік низьких частот, а в крайньому випадку, коли передані дані складаються тільки з одиниць (чи тільки з нулів), спектр складається з гармоніки нульової частоти. При передачі одиниць, що чергуються, і нулів постійна складова відсутня. Тому спектр результуючого сигналу потенційного коду при передачі довільних даних займає смугу від деякої величини, близької до 0 Гц, до приблизно /(гармоніками з частотами вище /можна знехтувати через їх малий внесок у результуючий сигнал). / Рисунок 3.10 – Амплітуда модуляції неперервного процесу Для каналу тональної частоти верхня границя при потенційному кодуванні досягається для швидкості передачі даних у 971 біт/с, а нижня неприйнятна для будь-яких швидкостей, тому що смуга пропускання каналу починається з 300 Гц. У результаті потенційні коди на каналах тональної частоти ніколи не використовуються. При амплітудній модуляції спектр складається із синусоїди несучої частоти /і двох бічних гармонік: /і /, де /– частота зміни інформаційного параметра синусоїди, що збігається зі швидкістю передачі даних при використанні двох рівнів амплітуди (рис. 3.2.4, б). Частота /визначає пропускну здатність лінії при даному способі кодування. При невеликій частоті модуляції ширина спектра сигналу буде також невеликою (рівною /), тому сигнали не будуть спотворюватися лінією, якщо її смуга пропускання буде більша чи дорівнюватиме /. Для каналу тональної частоти такий спосіб модуляції прийнятний при швидкості передачі даних не більше 3100/2=1550 біт/с. Якщо ж для подання даних використовуються 4 рівні амплітуди, то пропускна здатність каналу підвищується до 3100 біт/с. При фазовій і частотній модуляції спектр сигналу виходить більш складним, чим при амплітудній модуляції, тому що бічних гармонік тут утвориться більш двох, але вони також симетрично розташовані щодо основної несучої частоти, а їх амплітуди швидко зменшуються. Тому ці види модуляції також добре підходять для передачі даних по каналу тональної частоти.

Практична робота (завдання) Теорія інформації та кодування

katirina

27.10.2016 19:10-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись