Модуляция и демодуляция сигнала

Модуляция - изменение информативных параметров некоторых первичных физических процессов (сигналов), рассматриваемых как носители информации, в соответствии с передаваемой (включаемой и сигнал) информацией.

Виды модуляции связаны с типом сигнала-носителя:

1. Сигнал-носитель – фиксированный уровень, например, значение напряжения

В этом случае возможна только прямая модуляция, при которой изменение уровня напряжения означает передачу того или иного сигнала.

Сигнал-носитель – фиксированный уровень

(t – время, U_н - нормальный уровень напряжения)

Пример. Выполнить прямую модуляцию дискретного сигнала 0110₂.

Зададимся следующими модификациями напряжения U_н для передачи двоичной цифры: при уменьшении нормального уровня напряжения на U_м передается двоичный 0, при увеличении нормального уровня на ту же величину передается двоичная 1. Для кодирования повторений цифр зададимся дискретой времени t, в течение которой передается одна цифра.

2. Сигнал-носитель – колебания

Этот вид сигнала характеризуется тремя информационными параметрами – амплитудой (имеет величину U_н), частотой (1/(2t)) и фазой, поэтому возможны три вида модуляции:

Амплитудная.

Изменение амплитуды означает передачу того или иного сигнала.

Пример. Выполнить амплитудную модуляцию для дискретного сигнала 0110₂, если сигналом-носителем является предыдущий сигнал.

Зададимся модификациями амплитуды базового сигнала-носителя: пусть уменьшение амплитуды на величину U_м означает передачу двоичного 0, а увеличение на ту же величину – передачу двоичной 1.

Частотная.

Изменение частоты колебаний передает дискретный сигнал. 

Пример. Выполнить частотную модуляцию для дискретного сигнала 0110₂. Пусть увеличение колебаний в период времени T = 2t в 2 раза означает передачу двоичного 0, а увеличение в 3 раза – двоичной 1.

Фазовая.

Смена фазы передает дискретный сигнал.

Пример. Выполнить фазовую модуляцию для дискретного сигнала 0110₂. Пусть сдвиг по фазе на 90 означает передачу двоичной 1, отсутствие сдвига – двоичного 0.

3. Сигнал-носитель – импульсы

Аналогично колебаниям этот вид сигнала позволяет выполнять три вида модуляции:

Амплитудно-импульсная.

Передача дискретного сигнала связана с изменением амплитуды импульсов.

 Пример . Выполнить амплитудно-импульсную модуляцию для дискретного сигнала 0110₂.

Зададимся модификациями амплитуды базового сигнала-носителя: пусть уменьшение амплитуды импульса на величину U_м означает передачу двоичного 0, а увеличение на ту же величину – передачу двоичной 1.

Частотно-импульсная.

Передача дискретного сигнала связана с изменением частоты импульсов.

Пример. Выполнить частотно-импульсную модуляцию для сигнала 0110₂.

Пусть увеличение частоты импульсов в период времени T в 2 раза означает передачу двоичного 0, а увеличение в 3 раза – двоичной 1.

Время-импульсная.

Передача дискретного сигнала связана с изменением продолжительности импульса .

Пример. Выполнить время-импульсную модуляцию для сигнала 0110₂.

Пусть увеличение продолжительности импульса на время  означает передачу двоичной 1, а уменьшение на ту же величину – передачу двоичного 0.

Демодуляция – восстановление величин, вызвавших изменение параметров носителей при модуляции. Выполняется на принимающей стороне при известных условиях модуляции на передающей стороне.

Структура информационного процесса

Уплотнение сигнала и выделение уплот. сигнала

Современные средства передачи информации часто бывают многоканальными, т.е. предназначенными для передачи нескольких сигналов.

• структурный, когда сигналы разделяются пространственно, т.е. каждый сигнал передается по своей линии связи;

• виртуальный, когда все сигналы передаются по общей линии связи путем уплотнения, или мультиплексирования, сигналов на передающей стороне и их последующего разделения на принимающей стороне.

Более привлекательным является второй подход, обеспечивающий использование одного ресурса (линии связи) несколькими задачами.

Частотный.

Для уплотнения различным сигналам назначаются непересекающиеся участки частотной шкалы. Например, для передачи двух сигналов используются сигналы-носители с разными частотами.

Тогда в простейшем случае возможны амплитудный и фазовый методы модуляции для собственно передачи дискретного сигнала. Для выделения нужного сигнала на приемной стороне полученный уплотненный сигнал разделяется частотными фильтрами, что позволяет «направить» разночастотные сигналы-носители разным получателям;

Временной.

Для уплотнения разные сигналы передаются только в определенные отрезки времени, например, для одного получателя сигнал передается от 6 часов утра до полудня, для другого – с полудня до 18 часов

Для синхронизации сигналов на передающей и принимающей стороне устанавливаются распределители, отсчитывающие время, отведенное под каждый сигнал, – это и есть выделение сигнала при данном методе;

Кодовый.

Для уплотнения каждому сигналу присваивается адрес получателя, указываемый специальным кодом. При выделении сигнала на принимающей стороне декодирующее устройство направляет сигналы согласно их адресам. Например, дискретный сигнал 0110₂ из предыдущих примеров при таком методе уплотнения и двух возможных получателях с адресами 0 и 1 при пересылке его первому адресату будет иметь вид 00110₂, а при пересылке второму – 10110₂, где старший разряд – код адреса получателя сигнала.

Процедуры организации сети

Связаны с использованием компьютерных сетей в качестве средств обмена данными.

Компьютерные сети

Если источником и получателем сообщения являются компьютеры, то такая система передачи информации формирует компьютерную сеть.

В общем случае, для создания компьютерных сетей необходимо специальное аппаратное обеспечение - сетевое оборудование и специальное программное обеспечение - сетевые программные средства.

Компьютеры сети, на которых пользователями сети реализуются прикладные задачи, называются рабочими станциями.

Серверы сети - это аппаратно-программные системы, выполняющие функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа.

КС обладают следующими возможностями:

1. обеспечивают параллельную обработку данных несколькими ЭВМ;

2. поддерживают распределенные базы информации, разгружая ресурсы отдельных компьютеров и приближаясь к тем точкам сети, где они наиболее актуальны;

3. обеспечивают возможность специализации отдельных ЭВМ для решения определенных задач;

4. автоматизируют обмен информацией и программами между компьютерами сети;

5. вычислительные мощности и средства передачи информации резервируются на случай выхода из строя отдельных из них;

6. обеспечивают перераспределение вычислительных мощностей между пользователями сети в зависимости от изменения их потребностей и сложности решаемых задач;

7. повышают уровень загрузки отдельных компьютеров и дорогостоящего оборудования.