Аналоговые и цифровые сигналы
В зависимости от формы электрического напряжения (которую можно увидеть на экране осциллографа), сигналы делятся на аналоговые и цифровые Скорее всего, вы Уже знакомы с этими терминами, так как они довольно часто встречаются в документации различного электронного оборудования, например магнитофонов, телевизоров, телефонов и т.д. В некотором смысле аналоговое оборудование представляет уходящую эпоху электронной техники, а цифровое — новейшую, приходящую ей на смену. Однако следует помнить, что один тип сигналов не может быть лучше другого. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки, а также свои области применения. Хотя цифровые сигналы используются все более широко, они никогда не вытеснят аналоговых.
Параметры аналоговых сигналов
- Амплитуда. Максимальное или минимальное значение сигнала, т.е. высота волны.
- Частота. Количество циклических изменений сигнала в секунду. Частота измеряется в герцах (Гц); 1 Гц — это один цикл в секунду.
- Фаза. Положение волны относительно другой волны или относительно некоторого момента времени, служащего началом отсчета. Фазу принято измерять в градусах, причем считается, что полный цикл равен 360 градусам.
Параметры цифровых сигналов
Другое название цифровых сигналов — дискретные Довольно часто встречается термин дискретные состояния Цифровые сигналы изменяются от одного дискретного состояния к другому почти мгновенно, не останавливаясь в промежуточных состояниях (рис. 4.2). Примером цифрового сигнала могут служить показания новейшего цифрового спидометра в автомобиле (сравните с примером аналогового спидометра в предыдущем разделе). Когда скорость автомобиля увеличивается, цифры, показывающие значение скорости в километрах в час, переключаются скачками, причем величина сигнала принципиально дискретна: например, между дискретными состояниями «125 км/ч» и «126 км/ч» нет промежуточных значений. Другой пример цифровой информации — новейший радиоприемник, в котором для настройки на определенную станцию пользователь вводит точное число, равное частоте радиостанции.
12.2. Сигналы и виды модуляции, используемые в современных модемах
Сигналы, вырабатываемые телеграфным аппаратом или ЭВМ, -цифровые. Их спектр лежит в диапазоне 0 — Fmax (где Fmax — максимальная частота спектра, определяемая длительностью единичного элемента). В то же время полоса пропускания канала находится в диапазоне 
как правило, больше нуля, отсюда вытекает задача номер один — задача преобразования исходного спектра таким образом, чтобы сигнал «прошел» через канал (задача переноса исходного спектра в диапазон
). Кроме этого надо сформировать сигнал, посылаемый в канал связи так, чтобы обеспечить достаточно высокую скорость передачи информации (бит/с) в канале связи и при этом получить достаточно высокую помехо-устойчивость. Поставленные требования противоречивы, что интуи-тивно понятно.
Различают низкоскоростные устройства преобразования сигна-лов — скорость передачи информации до 300 бит/с; среднескоростные обеспечивают работу со скоростью выше 300 бит/с (это скорости 600, 1200, 2400, 4800, 7200, 9600.. 28800 бит/с) по стандартному теле-фонному каналу; высокоскоростные — это модемы для работы по ка-налам первичной, вторичной и т.д. широкополосных групп.
ёВ низко- и среднескоростных до 1200 бит/с используется частотная модуляция. Для работы со скоростью 2400 бит/с и выше уже приме-няются фазовая (относительная фазовая) и амплитудно-фазовая модуляция.
Частотная модуляция. При передаче двоичных сигналов (0 или 1) в канал посылается частота f1 (для 1) и f2 (для 0), при этом согласно международным рекомендациям f2 > f1 (рис. 12.3). Задачу формирования сигнала на передаче выполняет модулятор, а опознавание принятой последовательности сигналов (превращение частотно-модулированных сигналов в 0 и 1) – демодулятор.
Существует несколько рекомендаций МСЭ-Т, в соответствии с которыми создаются модемы (модем — сокращение модулятор-демодулятор) с ЧМ. Это прежде всего рекомендация V.21. Соглас-но V.21 стандартный телефонный канал 0,3. 3.4 кГц делится на две равные полосы. В нижнем диапазоне частот (его обычно ис-пользует для передачи вызывающий модем) 1 передается часто-той 980 Гц, а 0 — 1180 Гц. В верхнем диапазоне (передает отве-чающий) 1 передается частотой 1650 Гц, а 0 — 1850 Гц. Модуляци-онная и информационная скорости равны 300 Бод и 300 бит/с со-ответственно. Несмотря на невысокую скорость, протокол V.21 находит в настоящее время применение в качестве «аварийного», при невозможности вследствие высокого уровня помех использовать другие протоколы физического уров-ня. Кроме того, ввиду своей «неприхотливости» и высокой помехо-устойчивости он используется как вспомогательный в специальных приложениях, требующих высокой надежности. Например, при уста-новлении соединения между моде-мами, работающими с существенно большей скоростью, чем 300 бит/с, или для передачи управляющих команд при факсимильной связи [1].
В качестве другого примера использования ЧМ можно привести рекомен-дацию МСЭ V.23. Модем должен обес-печивать работу со скоростью 600 или 1200 Бод. Скорости модуляции и ско-рости передачи информации здесь, как и в случае V.21, совпадают. При пере-даче со скоростью 1200 бит/с средняя частота 1700Гц, а девиация частоты ±400 Гц. При передаче со скоростью 600 бит/с используется средняя часто-та 1500 Гц и девиация частоты ±200 Гц. Наряду с каналом передачи данных предусмотрен вспомогательный (об-ратный) канал для передачи сигналов подтверждения о качестве приема со скоростью 75 бит/с.
Модемы, работающие со скоростью 300 и 600/1200 Бод, самые дешевые. Однако сегодня такая скорость передачи уже никого не уст-раивает. При малой скорости передачи долго придется передавать большие файлы, а, следовательно, экономия на покупке модема обернется большими затратами на оплату времени занятия канала. Поэтому модемы на скорость 300 Бод (или даже 600/1200 Бод) сейчас уже никто не покупает.
Фазовая модуляция. Если при частотной модуляции информация о виде передаваемого сигнала (0 или 1) заложена в значении частоты несущей, то при фазовой модуляции информационным параметром является фаза передаваемого сигнала (рис. 12.4 и табл. 12.3).
Упрощенная схема дискретного канала с ФМ приведена на рис. 12.5. Процесс модуляции осуществляется в фазовом модуляторе ФМ.
Полосовой фильтр ПФпер ограничивает спектр сигнала, выдаваемого в канал связи (непрерывный канал). Ограничение спектра передаваемых частот с помощью ПФпер уменьшает взаимное влияние каналов в многоканальной аппаратуре с частотным разделением каналов.
Полосовой фильтр приема ПФпр выделяет полосу частот, в которой должен располагаться полезный сигнал, что позволяет избавиться от помех, находящихся вне полосы пропускания ПФпр. Далее сигнал усиливается усилителем. Последний компенсирует потерю энергии сигнала за счет его затухания при прохождении через канал.
Таблица 12.3. Правило формирования ФМ-сигнала