Общие принципы построения сетей. Физический уровень передачи данных. Технологии локальных сетей. Стек протоколов TCP/IP, страница 18

Устройство, с целью передачи выполняющее преобразование аналоговых данных в цифровую форму с последующим восстановлением исходных данных называется кодеком (кодер-декодером).

К основным методам используемым в кодеках относят импульсно-кодовую модуляцию и дельта-модуляцию.

При импульсно-кодовой модуляции из непрерывного во времени сигнала с непрерывной амплитудой создается цифровой сигнал. Процесс получения цифрового сигнала состоит в измерении амплитуды непрерывного сигнала через равные, заранее определенные, промежутки времени. Цифровой сигнал состоит из n-битовых блоков (обычно блок состоит из 7 или 8 бит), причем каждый n-й бит содержит значение амплитуды приближенно равное (т.е. являющееся аппроксимацией) к реальному значению амплитуды аналогового сигнала. Естественно, что вследствие оцифровывания исходный сигнал не может быть восстановлен точно, в связи с погрешностью представления амплитуды двоичными значениями.

Улучшить импульсно-кодовую модуляцию можно за счет метода нелинейного кодирования. В отличие от равномерного расположения уровней квантования (измерения) амплитуды сигнала, в данном методе используется более прогрессивная методика, основанная на том, что снижение искажения сигнала можно достичь при задании большего числа уровней для сигналов с меньшими амплитудами и меньшего числа уровней для сигналов с большими амплитудами.

Альтернативой импульсно-кодовой модуляции служит дельта-модуляция. При использовании дельта модуляции поступающий сигнал аппроксимируют ступенчатой функцией, значение которой в каждом временном интервале увеличивается или уменьшается на один или несколько уровней квантования. К основным недостаткам возникающим при использовании данного метода относят появление шума перегрузки по крутизне, обусловленном невозможностью ступенчатой функции, при резком изменении аналогового сигнала, принять значения соответствующие его амплитуде и шум квантования, появляющийся при слишком медленном изменении аналогового сигнала, и обусловленном чередованием знаков для значений функции, на соседних временных интервалах.

5.5. Аналоговые данные, аналоговый сигнал.

Преобразование аналоговых данных в аналоговый сигнал, иначе называемое аналоговой модуляцией, позволяет передавать данные на более высоких частотах и использовать частотное уплотнение (способ при котором по одной линии связи передаются несколько потоков данных, на различных частотах).

Различают три основные технологии модуляции с использованием аналоговых данных: амплитудную модуляцию, частотную модуляцию и фазовую модуляцию.

Аналоговая модуляция выражается как , где  - несущий, а – модулируемый сигнал. Параметр  называется коэффициентом модуляции и представляет собой отношение амплитуд входного сигнала и несущего.

Спектр модулируемого сигнала состоит из спектра исходного несущего сигнала и спектра входного сигнала сдвинутого на значение несущей частоты. Часть спектра с частотами, меньшими частоте несущего сигнала, называется нижней боковой полосой, а часть спектра, с частотами превосходящими частоту несущего сигнала, называется верхней боковой полосой. И нижняя и верхняя боковые полосы в точности копируют спектр исходного (входного) сигнала.

Фазовая и частотная модуляции являются частными случаями угловой модуляции. Модулированный сигнал выражается как . При фазовой модуляции фаза пропорциональна модулирующему сигналу. При частотной модуляции модулирующему сигналу пропорциональна производная фазы. Как и амплитудная модуляция, фазовая и частотная модуляции порождают сигнал с полосой центрированной на частоте f_c. Для угловой модуляции модулированный сигнал содержит гармоники ,  и т.д., поэтому частотная и фазовая модуляция требуют большей ширины полосы чем амплитудная модуляция.

Для повышения скорости передаваемых данных используют комбинированные методы модуляции. Наиболее распространенными являются методы квадратурной амплитудной модуляции. Эти методы основаны на сочетании фазовой и амплитудной модуляции с 8 значениями сдвига фазы и амплитудной модуляции с 4 уровнями амплитуды. Однако из возможных 32 уровней комбинации сигнала на практике используются далеко не все, что позволяет распознавать искажения при появлении недопустимых комбинаций.