3.2. Кодування вхідної інформації

Ширина смуги частот модульованого сигналу становить 2f_m (f_m ширина смуги частот модулюючого сигналу). Отже, якщо існують різні варіанти перетворення (кодування інформаційного сигналу) вхідної цифрової інформації, представленої у виді послідовностей нулів та одиниць, в електричні сигнали, то необхідно дослідити спектральні характеристики даних сигналів. Адже отримані електричні сигнали (відеосигнали) в подальшому можуть використовуватись в якості модулюючих сигналів (рис.3. 3) та впливати на впливати на ширину спектру модульованого сигналу.

Рис. 3.3. Вплив сигналів кодування на систему

Для підвищення ефективності систем смугу частот модульованого сигналу необхідно зменшувати, а отже і зменшувати смугу частот модулюючого сигналу.

Відеосигнали виконують дві основні функції: перетворення двійкових цифр в електричні імпульси для їх подальшого передавання через систему зв'язку; формування, при можливості, меншої ширини смуги частот f_m, яка впливає на ширину смуги частот модульованого сигналу. Варто зауважити, що з метою зменшення смуги частот модульованого сигналу часто форма відеосигналів перед їх подачею на модулятор можуть коректуватись в формуючому пристрої (рис.1.1). Відеосигнали найбільш поширені прямокутної форми. Завданням приймача являється прийняття рішення (в кожен момент приймання біту) про те, який біт був переданий. Ймовірність точного визначення наявності даного біту являється функцією енергії прийнятого імпульсу. Отже ширину імпульса вигідно збільшувати до тривалості біта. Замість того, щоб описувати біти 0 та 1 наявністю імпульсів та їх відсутністю (уніполярне представлення) можна описати їх двома ненульовими рівнями (біполярне представлення). В даному випадку, наприклад, сигнал верхнього рівня може представляти двійкову одиницю, а на нижньому рівні – двійковий нуль та навпаки. На рис.3.4 приведено приклад формування відеосигналів для інформаційного повідомлення s

а)

б) в)

г) д)

е) ж)

Рис.3.4. Бінарні цифрові сигнали: (а) - повідомлення; (б) - уніполярний NRZ сигнал; (в) - уніполярний RZ сигнал; (г) - полярний NRZ сигнал; (д) - сигнал «Манчестер»; (е) - прямий дуобінарний сигнал; (ж) - модифікований дуобінарний сигнал

Серед бінарних сигналів прямокутної форми найбільш поширеними являються: полярний NRZ- сигнал (Non Return Zero), уніполярні NRZ-сигнали та RZ- сигнали (Return Zero), сигнали «Манчестер», прямий та модифікований дуобінарні сигнали. Формування приведених сигналів являється очевидним (крім дуобінарного) та не вимагає додаткових пояснень. Дуобінарний сигнал являється спеціальним видом бінарного сигналу, який характеризується взаємною залежністю сусідніх імпульсів. Амплітуда імпульсу на кожному символьному інтервалі рівна сумі (прямий дуобінарний сигнал) або різниці (модифікований дуобінарний сигнал) амплітуд попереднього та наступного імпульсів. Як вже вказувалось, крім цифрових сигналів прямокутної форми також можуть використовуватись інші сигнали. Основною характеристикою цифрового сигналу являється спектральна густина потужності (табл.3.1)

Таблиця 3.1

Спектральна густина потужності модулюючих сигналів прямокутної та косинусоїдальної форм

№ п/п	Вид сигналу	PSD
1	бінарний уніполярнний NRZ
2	бінарний полярнний NRZ
3	бінарний уніполярний RZ
4	«Манчестер»
5	дуобінарний
6	модифікований дуобінарний
7	косинусоїдальної форми

На рис. 3.5 приведено нормовані спектральні характеристики деяких відеосигналів, отримані на основі залежностей (табл.3.1)

Рис.3.5. Спектральна густина потужності бінарних сигналів

З приведених аналітичних та графічних залежностей можна провести порівняння різних видів відображення бінарних цифрових сигналів за наступними критеріями: необхідністю синхронізації, смугою частот, спектральною ефективністю, рівнем спектральної складової в околі нульової частоти та рівнем бокових пелюстків. Наприклад, наявність сигналу тактової частоти в спектрі уніполярного RZ спрощує процес приймання шляхом використання некогерентного приймача.

Відносно ширини смуги частот, то видно, що для одних сигналів (уніполярний та полярний NRZ) перший нуль наступає при fT_b=f/R=1 (або f=R) а для інших – ( уніполярний RZ сигнал, та сигнал «Манчестер» при fT_b=f/R=2 (або f=2R). Отже для передавання сигналу з заданою швидкістю R, для останніх сигналів необхідна в 2 рази більша смуга частот, що зменшує їх спектральну ефективність також в 2 рази. Варто зауважити, що наявність постійної складової в спектрі сигналу являється недоліком та часто приводить до ускладнення схеми приймача. Тому за даним критерієм явна перевага властива сигналу типу «Манчестер».

Розгляд рівня бокових пелюстків заслуговує особливої уваги. Справа в тому, що обмеження спектру сигналу шляхом відкидання бокових пелюстків спектральної густини потужності, обов’язково супроводжується спотворенням часової форми імпульсів, причому величина таких спотворень пропорційна енергії бокових пелюстків. Тому сигнали з непрямокутною формою імпульсів (наприклад, відрізок синусоїди) будуть менше спотворюватись при обмеженні їх спектру порівняно з сигналами прямокутної форми.