Linkové kódování a modulace – informatika

 

   Otázka: Linkové kódování a modulace

   Předmět: Informatika

   Přidal(a): Ladislav Havelka

 

Jednotlivé druhy modulací-přehled

• Pro analogový signál:
  • Frekvenční
  • Amplitudová
  • Fázová
• Pro digitální signál:
• Pulzní Amplitudová
• Pulzní polohová
• Pulzní šířková

 

• Obecné schéma modulace
  • u_M  – modulační signál
  • u_N  – nosné napětí
  • u – modulovaný signál

 

Klady a zápory jednotlivých modulací

• Frekvenční modulace
  

-Při této modulaci dochází k ovlivňování frekvence u nosné (dochází ke změně „hustoty“ nosné vlny)
-rychlost změn závisí na modulačním kmitočtu (např.: bude-li modulač. sig. sinusovka, f=1kHz, pak frekvence nosné se bude pravidelně zvyšovat nebo zmenšovat 1000x/s, při vyšším modulač. kmitočtu bude změna f nosné rychlejší, při nižší pomalejší)

 

Výhody oproti AM:

-větší frekvenční rozsah

-velká dynamika frekvenčního přenosu (poměr mezi nejm. a nejvyšším signálem)

-menší rušení příjmů

 

Nevýhody oproti AM:        

– přijímací strana má komplikovanější technic. řešení (do vysílacího pásma se vleze méně stanic FM)

– frekvenč. spektrum FM modulace je podobné jako u AM, každá složka vytváří po modulaci nekoneč. množství postranních pásem

 

Amplitudová modulace

–amplituda ss. signálu je závislá na čase U_t=U_N+U_M*sin(ωt+ϕ)

u=( U_N+U_M*sin(ωt+ϕ))*sinΩt
u=U_N*sinΩt +  *cos((Ω-ω)*t-ϕ) –  * cos ((Ω+ω)*t +ϕ)

Je tedy zřejmé, že modulovaný signál obsahuje tyto složky:

• U_N* sinΩt   ->  nosná složka
• *cos((Ω-ω)*t-ϕ)  ->  rozdílová složka
• *cos((Ω+ω)*t+ϕ)  -> součtová složka

 

Aaaa – postranní pásma

 -obě postranní pásma tvoří souvislé spektrum modulačních frekvencí
-Šířka přenosového pásma se vypočítá:

Pozn.:

Pro střední vlny je nejvyšší modulač. frekvence 4,5kHz, tj. šířka pásma je 9kHz. U televiz. vysílání je frekvence 6,5MHz, tj šířka pásma B=13MHz (pásma VHF a UHF pro   pozemní  vysílání by byly nehospodárné, proto se vysílání realizuje s částečně potlačeným dolním postranním pásmem).

U AM modulace používáme pojem hloubka modulace : m=U_M/U_N ∙100 [%]
V praxi U_M <U_N

_{u=U_N [sin⁡Ωt+m/2∙cos⁡〖((Ω-ω)∙t-φ)-m/2∙cos⁡〖((〗 〗 Ω+ω)∙t+φ]}

_{u=U_N∙[sin⁡〖(Ωt+m/2∙cos⁡〖(Ω-ω)∙t-m/2〗∙cos〗 (Ω+ω)∙t]}

ϕ=0      

             Ze vztahu vidíme, že amplitudy složené z postranních pásem mohou dosahovat nejvýše poloviny amplitudy nosné frekvence (kdyby hloubka modulace m=100%).

Rozložení amplitud ve frekvenč. spektru odpovídá i rozložení el. výkonu mezi signál a nosnou        frekvencí a signály postranních pásem (protože el. výkon je přímo úměrný druhé mocnině el.            napětí èpostranní pásma mají 1/4 energie než signál k rovné nosné frekvenci).

 

Rozlišujeme 6 druhů přenosu:

1. AM –DSB signál, který obsahuje obě postranní pásma i signál nosné
2. AM-DSB-SC signál,který obsahuje obě postranní pásma, nemá nosnou
3. AM-DSB-RC signál,obsahuje nosnou i postranní pásma, ale nosný signál je                                   zmenšený
4. AM-SSB Obsahuje jedno postranní pásmo a nosnou
5. AM-SSB-SC Obsahuje jedno postranní pásmo, signál nosné je potlačený
6. AM-SSB-RC Obsahuje jedno postranní pásmo, signál nosné je zmenšený

 

Čím více modulovaný signál obsahuje, tím je odolnější proti rušení při přenosu, ale zabírá širší přenosové pásmo.

 

Digitální modulace

Musí být splněna podmínka vzorkování !      (f_vz=2f_max)

 

• 3 typy modulace:

1. Pulzní amplitudová (PAM)
2. Pulzní polohová
3. Pulzní Šířková

 

• Pulzní amplitudová modulace

Výhody: jednoduchost
Nevýhody: -přenos signálu je tvořen tvarem amplitudy

 

• Pulzní polohová modulace

Výhody: nerušení
Nevýhody: informace nesena polohou impulsu

 

• Pulzní šířková modulace

Nevýhody: informace se šíří šířkou impulsu

 

Modulátory a demodulátory

• Kruhový modulátor

Středy nosných vinutí jsou buzeny vf nosným signálem. V kladné půlperiodě má nosný signál v bodě (1) kladné napětí, takže diody D₁ a D₂ jsou pro tuto periodu zapojeny v propust. směru a diody D₃ a D₄ v závěrném směru. V opačné půlperiodě naopak. Diody pracují v závislosti na frekvenci nosného signálu jako spínače, takže vstupní modulační signál se přivádí na vstupní vinutí vf transformátoru T_r1 v původní polaritě a opačné polaritě v závislosti na vf nosném signálu. Výhodou tohoto typu modulátoru je oproti předcházejícímu to, že potlačuje průchod původního nosného (nemodulovaného) signálu. Spektrum výstupního signálu je stejné jako u předcházejícího typu. Tento typ modulátoru lze použít i jako demodulátor, v tom případě se na jeho vstup přivádí modulovaný signál a obnovená nosná vlna. (prohodí se vstup a výstup).

 

Linkové kódy

Vyjádření vygenerovaného digitálního signálu v nějaké formě, která je vhodná pro přenos v telekomunikačním kanále.

 

1. Přenos v základním kmitočtovém pásmu

Je založen na překódování do vhodného linkového kódu

 

2. Přenos v přeloženém kmitočtovém pásmu

Je založen na použití vhodného typu modulace

 

Bod 1. dělíme dále na dvě části:

• Přenos se stejnosměrnou složkou

Vyžaduje se galvanické spojení s koncovým zařízením

• Přenos bez stejnosměrné složky

Galvanicky odděleno è zachování symetrie páru vedení proti zemi

 

Dělení linkových kódů

• Podle počtu úrovní
  

2-úrovňové (MANCHESTER,RZ,NRZ)

3-úrovňové (AMI, CMI, HDB3,4B3T)

Více úrovňové (2B1Q)

 

• Podle polohy signálových prvků
  

Unipolární – prvky pouze jedné polarity

Polární

 

Popis jednotlivých kódů

• NRZ

kódujeme logickou 1, 0 se nekóduje (je na ose).

• RZ

Obdobné jako u NRZ, ale 1 se kóduje pouze na vzestupnou hranu (tedy do poloviny doby trvání log 1).
Narušuje slet 1

• MANCHESTER 1

1 kódujeme na vzestupnou hranu, 0 na sestupnou hranu
použití: ethernet

• MANCHESTER 2

Kódujeme stejným způsobem jako u MANCHESTER 1, ale naopak
(1 na sestupnou, 0 na vzestupnou).

Rozbíjí shluky 1 a 0, dvojnásobná časová frekvence

• AMI

Kódujeme 1 střídavě (nahoru dolu), 0 se nekóduje.
Rozbíjí shluky 1

• AMI RZ

Kódujeme stejně jako AMI, ale 1 se kóduje na vzestupnou hranu

• CMI

Vzniká překódováním AMI (0 se kóduje na vzestupnou hranu, 1 jako u AMI)

Použití: PCM-4

• HDB3

Vychází z kódu AMI s návratem k nule, pokud se vyskytne více 0, zakóduje vždy až 4 a pak dodatečně první. Nuly se kódují v závislosti na předchozí 1 (pokud byla nahoře, 0 se kóduje taky nahoře), pokud je slet více 0 (8 a více), první skupina se zakóduje na jednu stranu, další skupina na opačnou.

• 2B1Q

Musíme si vytvořit tabulku, podle níž kódujeme (viz. graf)
Poloviční šířka pásma

• 4B3T

4-bitový kód se přeměňuje na 3-bitový (nepoužívá se u nás)