1. Transmisja danych
1.1. Elektryczne odwzorowanie informacji
1.1.1. Sygnay binarne
Pobieranie danych ze róda obywa si pod kontrol bitowej skali czasu, istniejcej wewntrz róda lub dostarczanej mu z zewntrz. Jednostk na tej skali jest tzw. jednostkowy odstp wymiany T, rozumiany jako czas, w którym zamyka si proces pobierania jednego elementu binarnego ze róda danych (rys. 1.1a).
Rys. 1.1. Odwzorowanie elektryczne informacji binarnej przy cechowaniu penym:
a- nadawcza bitowa skala czasu, b- cig elementów (symboli) binarnych pobieranych
ze róda, c - jednokierunkowy sygna danych, d - dwukierunkowy sygna danych
Elementy binarne s pobierane ze róda szeregowo, w równomiernym rytmie czasowym z szybkoci R, zwan przepywnoci binarn
(1.1)
Przepywno wyraa si w bitach na sekund.
W czasie T lub w jego czci wystpuje stan (elektryczny) odwzorowujcy okrelony symbol binarny. Przebieg elektryczny wystpujcy w czasie T nazywamy elementem sygnau, proces za tworzenia kolejnych elementów sygnau nazywamy modulacj ziarnist (dyskretn) lub krótko - modulacj. W ródle danych wskutek modulacji zmianom podlega warto (napicia lub natenia) prdu staego albo jego kierunek (biegunowo).
W najprostszym przypadku tworzenie elementu sygnau binarnego polega na cechowaniu caego odcinka czasu T za pomoc jednego z dwóch stanów znamiennych; jest to tzw. cechowanie pene. Otrzymany w ten sposób sygna danych bywa okrelany odpowiednio jako sygna jednokierunkowy (jednobiegunowy) (rys. 1.1c) lub jako sygna dwukierunkowy (dwubiegunowy) (rys. 1.1d). Chwile, w których nastpuje raptowna zmiana trwajcego stanu znamiennego na inny stan znamienny sygnau nazywa si momentami charakterystycznymi modulacji.
Momenty charakterystyczne mog by wywoane celowo, wtedy s nazywane momentami znamiennymi lub mog powsta przypadkowo (np. wskutek zakóce) i wtedy s nazywane momentami nieznamiennymi.
W przypadku cechowania penego, sygna nie zawiera momentów charakterystycznych na granicach pomidzy ssiednimi elementami przenoszcymi jednakowe (jednego rodzaju) symbole binarne, tak jak na rys. 1.1c i 1.1d w momentach t = 4T i t = 5T.
Jeeli cig danych zawiera wiksz liczb kolejnych symboli binarnych jednego rodzaju, to synchronizacja róda i odlegego ujcia danych moe by utrudniona, poniewa sygna powstajcy przez cechowanie pene przy takim cigu danych nie niesie kryterium okrelajcego bitow skal czasu, stosowan po stronie róda danych. Istniej liczne sposoby przezwycienia tej trudnoci, np. zastosowanie sygnaów dwukierunkowych o cechowaniu niepenym (czstkowym). Sygnay takie s zaliczane do klasy sygnaów samosynchronizujcych si.
Rys. 1.2. Odwzorcowanie elektryczne informacji binarnej przy cechowaniu niepenym (czstkowym): a - cig elementów (symboli) binarnych pobieranych ze róda;
b - sygna danych (dwukierunkowy)
Przykad sygnau tego typu przedstawiono na rys. 1.2. W przypadku cechowania czstkowego cz odstpu jednostkowego charakteryzuje si wystpowaniem stanu nazywanego stanem nieznamiennym; chcc zachowa szybko transmisji bez zmiany musimy zatem przy cechowaniu czstkowym zastosowa wsze impulsy elementarne anieli przy cechowaniu penym. Parametrem charakteryzujcym omawiany proces formowania sygnaów dyskretnych jest szybko modulacji, okrelana jako liczba najkrótszych odstpów czasu midzy momentami znamiennymi wystpujcymi w cigu sekundy. Najkrótszy odstp szerokoci impulsu elementarnego m. nazywamy jednostkowym odstpem modulacji; wprowadzamy pojcie szybkoci modulacji m., okrelone nastpujco
. (1.2)
Szybko modulacji okrela si w bodach. W przypadku sygnaów binarnych z cechowaniem penym odstp jednostkowy modulacji m, jest równy odstpowi jednostkowemu wymiany T, a przepywno binarna R (szybko transmisji), wyraona w bitach na sekund, jest liczbowo równa szybkoci modulacji m, wyraonej w bodach.
W przypadku cechowania czstkowego m < T, wic R < m. Na przykad dla sygnau pokazanego na rysunku 1.2 zachodzi:
wic
1.1.2. Sygnay wielowartociowe
Zwikszenie szybkoci transmisji sygnaów binarnych jest moliwe jedynie przez zmniejszenie szerokoci impulsów, co powoduje zwikszenie niezbdnej szerokoci pasma kanau. Przy ustalonej szerokoci pasma kanau mona zwikszy szybko transmisji stosujc sygnay wielowartociowe, tzn. sygnay o liczbie stanów znamiennych w > 2 (zwykle w = 2l, przy czym l jest liczb cakowit dodatni). Jeli zaoymy, e kada z wartoci sygnau w-wartociowego wystpuje z jednakowym prawdopodobiestwem p = 1/w, to kady element takiego sygnau niesie log2 w bitów informacji. W zwizku z tym przepywno binarna kanau z sygnaami
w-wartociowymi i cechowaniem penym, o szybkoci modulacji
okrelonej wzorem (1.2), wynosi
(1.3)
Przy cechowaniu niepenym przepywno binarn kanau z sygnaami w-wartociowymi okrela zaleno
(1.4)
Z wzorów (1.3) i (1.4) wynika, e zwikszanie przepywnoci przez zwikszanie wartociowoci w sygnau jest mniej efektywne ni przez zwikszenie szybkoci modulacji
, z uwagi na charakter zalenoci R od w (zaleno logarytmiczna) i od
(zaleno liniowa).
Zwikszajc wartociowo sygnau musimy na ogó zawsze zachowa bez zmiany jego warto maksymaln. Z tego wzgldu rónica midzy wartociami ssiednich stanów znamiennych sygnau musi male, gdy wartociowo sygnau ronie. Powoduje to wzrost wraliwoci systemu na wpyw szumu o ustalonym poziomie. Ronie równie (i to najczciej w sposób nieliniowy) stopie zoonoci urzdze nadawczych i odbiorczych. We wspóczesnych systemach transmisji danych stosuje si sygnay o wartociowoci do 256, a nawet wikszej. Dziki sygnaom wielowartociowym i kompresji informacji mona przez tradycyjn telefoniczn par abonencka przesya sygnay wizyjne. Stosuje si w tym przypadku sygnau x-wartociowe..
Na rysunku 1.3 przedstawiono przykadowo odwzorowanie binarnych elementów informacji na elementy sygnau czterowartociowego, a w tabeli 2.1 podano zasad podobnego odwzorowania na elementy sygnau omiowartociowego.
Rys. 1.3. Przykad przyporzdkowania sygnau czterowartociowego sygnaowi binarnemu:
a - cig danych; b - sygna czterowartociowy utworzony wedug kodu naturalnego Tabela 1.1
Zasada tworzenia sygnau omiowartociowego odpowiadajcego sygnaowi binarnemu wedug kodu naturalnego i wedug kodu Graya
Stan znamienny |
Grupy elementów binarnych |
|
|
w kodzie naturalnym |
w kodzie Graya |
0 |
000 |
000 |
1 |
001 |
001 |
2 |
010 |
011 |
3 |
011 |
010 |
4 |
100 |
110 |
5 |
101 |
111 |
6 |
110 |
101 |
7 |
111 |
100 |
Jeli grupa skada si z pary symboli binarnych, to do odwzorowania wszystkich moliwych par wystarczy sygna 4-wartociowy, jeli za grup tworzy trójka symboli binarnych, to do odwzorowania wszystkich moliwych trójek niezbdny jest sygna 8-wartociowy itd.
Sposób wzajemnego powizania midzy okrelonym stanem znamiennym i odpowiedni grup symboli binarnych nazywamy kodem modulacyjnym. W tabeli 1.1 przedstawiono dwa kody modulacyjne: kod naturalny i kod Graya.
W kodzie naturalnym kada grupa symboli (cyfr) binarnych przedstawia okrelon liczb n w systemie dziesitkowym, bdc jednoczenie numerem odpowiedniego stanu znamiennego sygnau wielowartociowego.
Podczas odbioru sygnau w obecnoci szumu biaego bardziej prawdopodobne jest przekamanie pewnego stanu znamiennego na stan ssiedni, anieli na stan bardziej odlegy. Rozsdne jest przeto unikanie duych rónic midzy grupami symboli binarnych reprezentowanymi przez ssiednie stany znamienne. Optymalnym sposobem kodowania jest wic kod Graya, w którym grupy symboli binarnych odwzorowywane przez ssiednie stany znamienne róni si tylko na jednej pozycji.
1.1.3. Odwzorowanie bezporednie i rónicowe
Odwzorowanie informacji binarnej pobieranej ze róda
na cig elementów sygnau binarnego
moe by bezporednie lub rónicowe. Z odwzorowaniem bezporednim mamy do czynienia wówczas, gdy i-ty element sygnau zaley jednoznaczne tylko od i-tego elementu cigu informacyjnego
(1.5)
Jeeli cigi elementów {bi} i {hi} s ze sob powizane przez cig {i}, którego i-ty element
to mamy do czynienia z odwzorowaniem rónicowym. Element i ma przy tym sens rónicy midzy wartociami okrelonego parametru sygnau*)
W sygnale binarnym wystarczy rozrónianie dwóch przypadków:
oraz
Na rysunku 1.4 przedstawiono przykad ilustrujcy oba rodzaje odwzorowa: bezporednie (rys. 1.4b) i rónicowe (rys. 1.4c) tego samego cigu elementów informacji binarnej przedstawionego na rys. 1.4a, przyjmujc
dla odwzorowania cyfry 0 oraz
dla odwzorowania cyfry 1. Inaczej mówic, cyfr binarn 1 odwzorowuje moment charakterystyczny w sygnale danych, cyfr binarna 0 natomiast - brak momentu charakterystycznego. Przy odwzorowaniu rónicowym stan znamienny jednego tylko elementu sygnau nie wystarczy do tego, aby odbiornik móg okreli jaki symbol binarny zosta nadany: 1 czy 0. Identyfikacja elementu bi jest moliwa przez porównanie dwóch ssiednich elementów sygnau i stwierdzenie, czy s one identyczne (i = 0) czy te nie (i " 0).
Jedn z korzyci wynikajcych z odwzorowania rónicowego jest niewraliwo na trwae odwrócenie biegunowoci sygnaów. Jest to szczególnie istotne, gdy w procesie transmisji stosuje si modulacj fazy, w tym przypadku bowiem do atwo moe wystpi trwae przypadkowe odwrócenie biegunowoci sygnau na wyjciu detektora fazy. Inny efekt, korzystny ze wzgldu na synchronizacj nadajnika z odbiornikiem, polega na tym, e w sygnaach powstajcych przy odwzorowaniu rónicowym otrzymujemy momenty charakterystyczne modulacji równie dla jednego z dwóch moliwych cigów jednorodnych elementów binarnych (np. dla cigu zoonego tylko z samych „jedynek”).
Do odwzorowania rónicowego mog by zastosowane równie sygnay wielowartociowe. W tym przypadku nie pojedyncze elementy binarne, lecz kolejne
l-elementowe grupy gi z cigu informacyjnego s odwzorowywane przez rónice i = f(hi,hi-1) midzy ssiednimi elementami sygnau w-wartociowego, co mona zapisa w postaci
(1.6)
Liczba rozmaitych niezbdnych rónic wynosi wtedy w = 2l .
W tabeli 1.2 przedstawiono przykadowo przyporzdkowanie dwuelementowym cigom informacyjnym (duobitom) dwa warianty zmian fazy sygnau zmodulowanego (rónicowa modulacja fazy).
Tabela 1.2
Przyporzdkowanie zmian fazy sygnau zmodulowanego duobitom informacyjnym
Duobit |
Zmiana fazy |
|
|
Wariant A |
Wariant B |
00 |
00 |
450 |
01 |
900 |
1350 |
11 |
1800 |
2250 |
10 |
2700 |
3150 |
Ze wzgldów technicznych prostsze jest odwzorowanie bezporednie ni rónicowe, dlatego te w praktyce najczciej dokonuje si ju na cigu {bi} odpowiednich operacji tak, aby otrzymany w ich wyniku cig {ci} móg by bezporednio przetwarzany na cig elementów sygnau {si}, majcy wszelkie cechy odwzorowania rónicowego. Na rysunku 1.6 przedstawiono podstawowy schemat transmisji sygnaów binarnych z odwzorowaniem rónicowym.
Rys. 1.6. Odwzorowanie rónicowe: podstawowe ukady nadajnika i odbiornika:
T - opónienie sygnau o jeden odstp jednostkowy
Jeli zaoymy, e symbol binarny "1" w cigu danych nadawanych {bi} odpowiada moment charakterystyczny (zmiana stanu) w sygnale danych, to otrzymamy nastpujce zalenoci:
, (1.7)
(1.8)
W wyraeniach tych symbol " oznacza sumowanie „modulo dwa”1). Stosujc reguy tego sumowania, po podstawieniu wyraenia (1.7) do (1.8), otrzymuje si
(1.9)
Przy braku zakóce na drodze pomidzy modulatorem i demodulatorem odtwarzany cig {di} jest zatem identyczny z cigiem {bi}. Jeeli wskutek zakóce nastpi zmiana wartoci elementu ci na wyjciu demodulatora na
, to powstanie bd podwójny: na pozycji i-ej oraz (i+1)-ej.
1.1.4. Transmisja synchroniczna i asynchroniczna
Odwzorowanie rónicowe wymaga stosowania zasady transmisji synchronicznej, która charakteryzuje si tym, e midzy dwoma dowolnie wybranymi momentami znamiennymi sygnau wystpuje cakowita liczba odstpów jednostkowych modulacji. Powstajce przy tym sygnay nazywamy izochronicznymi. Jeeli przesyane wiadomoci binarne mog spowodowa zmian stanu znamiennego sygnau w dowolnej chwili, wówczas konieczne jest zastosowanie transmisji asynchronicznej, która w przypadku najbardziej ogólnym posuguje si sygnaami anizochronicznymi. Cech charakterystyczn sygnaów anizochronicznych jest to, e wystpuje w nich tzw. najkrótszy odstp jednostkowy modulacji, ograniczajcy jedynie najmniejsz odlego midzy dwoma ssiednimi momentami znamiennymi, nie nakada si natomiast adnych innych ogranicze na odlego midzy dwoma dowolnie wybranymi momentami znamiennymi. W praktyce przypadek taki moe wystpi przy odwzorowaniu wielkoci analogowej na sygna dwuwartociowy, poprzez porównanie wartoci chwilowych tej wielkoci, z okrelon wartoci odniesienia. Przykadem sygnau anizochronicznego jest dwuwartociowy sygna fototelegraficzny, wystpujcy np. przy transmisji stron gazetowych za porednictwem tzw. symilografii. We wspóczesnych systemach transmisji danych sygnay takie s prawie zawsze zamieniane na sygnay izochroniczne poprzez kwantyzacj skali czasu. Transmisja synchroniczna wymaga stosunkowo dokadnych róde bitowej (elementowej) skali czasu zarówno po stronie nadawczej, jak i odbiorczej. Zwykle strona odbiorcza dostraja swoj elementow skal czasu, otrzymujc okrelone kryterium od strony nadawczej. Wymaga to niekiedy do skomplikowanych ukadów synchronizacji.
W wielu przypadkach, zwaszcza na odcinku cza midzy urzdzeniami stanowicymi wyposaenie uytkownika systemu teleinformatycznego, a najbliszym urzdzeniem poredniczcym, wystpuje pewna szczególna odmiana transmisji asynchronicznej, zwana arytmiczn lub start-stopow. Jej cech charakterystyczn jest to, e w krótkich odcinkach czasu, np. odpowiadajcych przesaniu jednego znaku alfanumerycznego wystpujcy sygna ma struktur izochroniczn, po czym koczy si on elementem zatrzymujcym (stop), którego dugo moe by w zasadzie dowolna, byleby tylko wynosia nie mniej ni dwa odstpy jednostkowe modulacji. Stan znamienny, odpowiadajcy elementowi zatrzymujcemu, koczy si z chwil wysania sygnau odpowiadajcego nastpnemu znakowi alfanumerycznemu. Kady znak alfanumeryczny jest poprzedzony elementem rozruchowym (start) o dugoci równej odstpowi jednostkowemu modulacji przyjtemu w danym systemie. Oczywicie, stany znamienne odwzorowujce oba elementy pomocnicze: „start” i „stop” musz by przeciwne. Wystpujce midzy elementami pomocniczymi znaki alfanumeryczne zawieraj zawsze tak sam liczb a elementów sygnau. Transmisja arytmiczna pozwala w znacznym stopniu zagodzi tolerancj czstotliwoci róde elementowej podstawy czasu, co prowadzi do pewnych oszczdnoci przy budowie urzdze nadawczych i odbiorczych. Naley jednak pamita, e odbywa si to kosztem gorszego wykorzystania czasu transmisji, bowiem podczas przesyania kadego znaku alfanumerycznego tracimy dodatkowo przynajmniej trzy odstpy jednostkowe modulacji, niezbdne na utworzenie elementów pomocniczych. Pewn dodatkow niedogodnoci jest wraliwo systemu arytmicznego na znieksztacenia, a zwaszcza na przekamania elementu rozruchowego. Zanik elementu rozruchowego daje si odczu przez duszy czas (przy automatycznym nadawaniu moe nastpi bdny odbiór kilku, a nawet kilkudziesiciu kolejnych znaków), jeeli urzdzenie odbiorcze nie zostao wyposaone w odpowiednie ukady analizujce struktur przychodzcego sygnau. Systemy transmisji synchronicznej s bardziej odporne na zakócenia zarówno typu addytywnego, jak i na krótkie przerwy transmisji w odbieranym sygnale danych. Wymagaj jednak doskonalszych róde podstawy czasu ni systemy arytmiczne.
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Transmisja WAP
Sieci media transmisyjne
Media Transmisyjne
energoefekt artykul transmisja danych GPRS NiS[1]
Elektronik Inteligentny dom Transmisja Danych Siecia id 158
tariov,podstawy transmicji?nych,Przetwarzanie sygnaÅĆ³w mowy
tariov,podstawy transmicji?nych,Prezentacja informacji
02 Transmisjaid 3819 Nieznany
ABC Of Sexually Transmitted Infections
grzebyk, transmisja danych, pytania i odpowiedzi
A New Hybrid Transmission designed for FWD Sports Utility Vehicles
Asynchroniczna transmisja szeregowa
Technologia ciekÅokrystaliczna pozwala na transmisjÄ sygnaÅu, materiaÅy liceum i studia, Informatyka
ÅciÄ ga CzwĆ³rnik, Transmitancja, Syg OdksztaÅcone
Przewodowe media transmisyjne czII
Przewodowe media transmisyjne czI
BMW transmissionfluidchard
Mikroprocesory transm szeregowa
wiÄcej podobnych podstron