Общее представление о цифровых средствах связи и передаче данных

Основной компонент любой цифровой системы связи - это канал связи. Это физическое средство транспортировки сигнала, несущего информацию из источника информации к приёмнику. В радиосистеме канал связи представляет собой распространение радиоволн в свободном пространстве (см. рис. 4.1). Радиволны в свободном пространстве подвержены замиранию. Практически во всех системах связи требуется некоторое оборудование для преобразования несущего информацию сигнала в форму, пригодную для передачи по каналу связи, а затем опять в форму, доступную для конечного пользователя. Это оборудование - передатчик и приёмник. Приёмник не только выполняет обратное преобразование, ему также приходится исправлять искажения и помехи, которые случаются при передаче сигнала по каналу связи. Таким образом, гораздо труднее разработать приёмник, чем передатчик. Кодирование речевого сигнала, кодирование c прямой коррекцией ошибок (FEC), чередование бит, диверсификация, выравнивание и модуляция играют важную роль в системах связи, в особенности в радиосистемах.

Рис. 4.1 Общее представление о системах связи.

Передатчик для радиосистемы состоит из антенны, сектора радиочастоты, кодировщика и модулятора. Антенна преобразует электрический сигнал в радиоволну, распространяющуюся в свободном пространстве. Сектор радиочастоты передатчика производит сигнал достаточной мощности на требуемой частоте. Обычно он состоит из усилителя мощности, гетеродина и повышающего преобразователя. Однако, в основном сектор радиочастоты только усиливает и преобразует частоту сигнала (см. рис. 4.2).

Рис 4.2 Структура передатчика радиосистемы.

На входе передатчика пользовательский интерфейс взаимодействует с информацией и преобразует её в форму, подходящую для передачи данных. Исходная информация может быть аналоговой (таким, как речь), или дискретной (таким, как данные). Аналоговая информация преобразуется в цифровую информацию посредством дискретизации и квантования. Техники дискретизации, квантования и кодирования называются форматированием и кодированием источника.

Кодировщик и модулятор источника представляют собой мост между цифровыми данными и электрическим сигналом, требуемым для перехода на радиочастоту. Кодировщик преобразует поток данных в форму, которая наиболее устойчива к помехам, возникающим при передаче по каналу связи. Модулятор помещает гармоническую волну на требуемую несущую частоту и корректирует характеристики сигнала. Мы можем рассматривать кодировщик/модулятор как единую подсистему, которая приводит данные, переданные ей с помощью пользовательского интерфейса на модулируемую несущую радиочастоту для последующей обработки, усиления и передачи по радиочастоте. Демодулятор/декодер принимает переданный радиосигнал и осуществляет обратный процесс для последующей передачи потока данных.

Кодировщик/модулятор определяет ширину полосы пропускания, занимаемой передаваемым сигналом. Демодулятор/декодер определяет качество получающеся в результате услуги, берётся в расчёт частота появления ошибочных битов (BER), доступность и запаздывание. Эти подсистемы определяют надёжность системы связи и ухудшения канала из-за подсистем радиочастоты (таких, как фазовый шум и нелинейность) и канала радиочастоты (таких, как рассеивание при многолучевом распространении и нелинейность). Поэтому правильный выбор схемы кодирования/модуляции крайне важен для эффективной работы всей системы. В дополнение к кодированию и модуляции, другие средства улучшения качества сигнала в беспроводных системах включают кодирование речевого сигнала, чередование бит, выравнивание и диверсификация.