Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Статья'
Внести в Закон Российской Федерации от 14 июля 1992 года N 3297-1 "О закрытом административно-территориальном образовании" (Ведомости Съезд...полностью>>
'Учебное пособие'
Рассматриваются теоретические и практические основы оценки рыночной стоимости недвижимости как специфического объекта оценки. Подробно анализируются ...полностью>>
'Руководство'
«Панель греющая электрическая» модель ПГЭ/ГКЛ «Теплофон» (далее по тексту – изделие) содержит требования к установке и монтажу, а также дополнительны...полностью>>
'Доклад'
В Юго-Западном банке сложилась эффективная практика проведения научно-практических конференций с участием молодых сотрудников банка, студентов, аспира...полностью>>

Передача сообщений по радиоканалу осуществляется путем изменения параметров несущего колебания под воздействием информационного сообщения

Главная > Документ
Сохрани ссылку в одной из сетей:

Развитие методов модуляции и кодирования

Передача сообщений по радиоканалу осуществляется путем изменения параметров несущего колебания под воздействием информационного сообщения. При передаче аналоговых сигналов эти параметры изменяются непрерывно и пропорционально их уровню; при передаче цифровых сигналов в зависимости от значений одного или нескольких информационных символов осуществляется манипуляция параметров несущего колебания, то есть они принимают определенные фиксированные значения.

В первой половине XX века разрабатываются и внедряются аналоговые системы радиосвязи и вещания, по которым передаются сигналы телефонии (в том числе многоканальной) и телевидения. В этих системах применяются аналоговые методы модуляции, основанные на изменении параметров гармонической несущей (амплитуды, частоты и фазы) пропорционально величине модулирующего информационного сигнала. Многоканальные системы создаются с использованием частотного разделения каналов. В середине 30-х годов, в связи с развитием импульсной техники, выдвигаются новые идеи создания аналоговых многоканальных систем с импульсными видами модуляции и временным разделением каналов. Аппаратура выделения отдельных каналов в таких системах оказывается более простой по сравнению с системами, в которых используется частотное разделение каналов.

Создаются также системы связи (в основном в диапазоне ВЧ) для передачи сигналов телеграфии. В таких системах осуществляется манипуляция указанных выше параметров гармонического колебания.

В последние двадцать пять лет XX столетия на смену аналоговым методам передачи сообщений приходят и начинают широко внедряться цифровые методы. Цифровые системы связи в начале XXI века полностью заменят аналоговые. Эта революция в области передачи сигналов была подготовлена в 40-х годах, когда были изобретены два исключительно важных для последующего развития техники связи вида преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму - импульсно-кодовая и дельта-модуляция.

На совершенствование цифровых методов передачи сигналов значительное влияние оказали положения теории информации, на основе которых во второй половине XX века были созданы помехоустойчивые коды и сложные многопозиционные сигналы. Это позволило обеспечить высокую помехоустойчивость приема сигналов, а также весьма эффективно использовать пропускную способность канала связи.

В середине XX века в связи с проблемами военной радиосвязи рождаются идеи использования в качестве несущего колебания широкополосных сигналов, а не гармонических. Широкое использование таких сигналов в системах фиксированной и подвижной связи начинается в последней четверти XX века.

Рассмотрим более подробно развитие методов передачи аналоговых и цифровых сигналов по радиоканалам.

Аналоговые методы модуляции

В XX веке для передачи сигналов амплитудная (AM) и частотная (ЧМ) модуляции получили значительное распространение в системах радиосвязи и вещания. Учеными и инженерами всего мира было сделано огромное число исследований и изобретений, направленных на их совершенствование.

Изобретение ЧМ относится к первым годам XX века. Однако в течение почти тридцати лет, до работ знаменитого американского инженера Э. Х. Армстронга, оно не находило практического применения. Начиная с 40-х годов этот вид модуляции получил широчайшее применение в огромном числе систем связи самого различного назначения: подвижной, радиорелейной, спутниковой связи, в ОВЧ-ЧМ вещании. Сотни научных и экспериментальных работ были направлены на исследование искажений ЧМ сигналов, возникающих в линейных цепях связных устройств, и помехоустойчивости приема таких сигналов.

Передачу речи с помощью AM первым, по-видимому, осуществил один из пионеров радиотехники, американский инженер Фессенден. Модуляция осуществлялась путем включения микрофона, изменяющего затухание в цепи, связывающей передающую антенну и машинный генератор высокой частоты. Этот вид модуляции с 1920 года стал основным в звуковом радиовещании в диапазонах низких, средних и высоких частот (НЧ, СЧ и ВЧ) и сети аналогового AM вещания, которые уже восемьдесят лет развиваются во всех странах мира. До 40-х годов этот вид модуляции использовался не только в вещании, но также и во всех других видах радиосвязи.

Большое значение для электросвязи имело изобретение американским ученым Карсоном амплитудной модуляции с одной боковой полосой (ОБП), сделанное в 1915 году. Этот метод модуляции позволяет весьма эффективно использовать полосу частот канала связи. Системы с ОБП широко применяются до сих пор в системах многоканальной связи и в телевизионном (ТВ) вещании.

В середине XX века из-за чрезвычайно острой проблемы "тесноты в эфире", сохраняющейся и в настоящее время, были предприняты исследования возможности сокращения полосы канала, необходимой для передачи вещательных сигналов. Модернизация сетей AM вещания путем их перевода на ОБП была в середине XX века практически невозможна из-за того, что это требовало замены огромного парка вещательных приемников. Поэтому значительные усилия инженеров были направлены на создание "совместимой ОБП" - нового вида модуляции, с помощью которого можно было бы, с одной стороны, в два раза уменьшить полосу частот, занимаемую каждой станцией, а с другой - сохранить неизменным существующий парк приемников. Такой вид модуляции был предложен в 50-х годах учеными СССР и США. Сокращение занимаемой полосы частот в данном виде модуляции достигалось за счет дополнительной фазовой модуляции AM сигнала. Несмотря на успешные эксперименты, данный вид модуляции практического применения не нашел. В 80-х годах вновь встал вопрос о сокращении в два раза полосы частот вещательных станций в диапазонах НЧ, СЧ и ВЧ. Этот вопрос исследовался в МСЭ, и его предполагалось решить путем поэтапного внедрения до 2015 года ОБП. Однако к концу XX века стало ясно, что эпоха применения аналоговых методов передачи сигналов по каналам связи завершается, и для этих диапазонов частот были разработаны новые цифровые системы звукового вещания.

В СССР в 1939 году был изобретен еще один метод аналоговой модуляции, названный полярной модуляцией (ПМ). Суть этого метода состоит в том, что положительная полуволна несущей частоты модулируется по амплитуде одним сообщением, а отрицательная - другим. В СССР этот метод был выбран для создания системы стереофонического ОВЧ-ЧМ вещания. Передача стереосигналов осуществлялась путем модуляции методом ПМ поднесущей частоты 31. 25 кГц от двух разнесенных в пространстве микрофонов.

Хронология

1902 год

Изобретение системы передачи сигналов методом частотной модуляции (ЧМ) (США - Корнелиус Д. Эрет).

1906 год

Первый опыт передачи речи и музыки по радио методом AM с помощью машин высокой частоты (США - Р. Фессенден).

1915 год

Изобретение метода амплитудной модуляции с одной боковой полосой (ОБП) (США - Дж. Р. Карсон).

1935 год

Начало широкого применения ЧМ в радиовещании (США - Э. Х. Армстронг).

1939 год

Изобретение полярной модуляции (СССР - А. И. Косцов).

1939 год

Изобретение совместимой ОБП (СССР - С. И. Тетельбаум; США - Л. Кан (1961 г.)).

1964 год

Изобретение однополосной частотной модуляции (США - К. А. Вон Урфф и Ф. И. Зонис).

Импульсные методы модуляции

Еще в начале XX века инженеры предпринимали поиски импульсных методов передачи непрерывных сигналов (телефонии, телевидения и т. п.). В 30-50-х годах были изобретены методы передачи сигналов с помощью амплитудно-импульсной (АИМ), широтно-импульсной (ШИМ), фазово-импульсной (ФИМ) и других разновидностей импульсной модуляции. Исследования помехоустойчивости приема сигналов с разными видами импульсной модуляции были выполнены в 40-х и 50-х годах. На базе ФИМ и других видов импульсной модуляции в середине XX века создавались многоканальные радиорелейные линии (РРЛ) связи.

Хронология

1919 год

Изобретение метода преобразования непрерывных сообщений в импульсные с помощью катодно-лучевой трубки (СССР - И. Г. Фреймам).

1932 год

Изобретение системы радиотелефонной связи с ШИМ (СССР - А. Л. Минц).

1935 год

Изобретение многоканальной системы связи с АИМ (СССР - С. Н. Кокурин).

1944 год

Создание в диапазоне 5 ГГц восьмиканальной РРЛ с ФИМ (США - фирма "Вестерн-Электрик").

1949 год

Исследования помехоустойчивости системы передачи сообщений с помощью ФИМ (СССР - С. В. Бородич).

1952 год

Исследования помехоустойчивости системы передачи сообщений с ФИМ (СССР - Г. В. Длугач).

1954 год

Разработка многоканальной системы с ФИМ-ЧМ (США - С. Метзгер).

1958 год

Исследования помехоустойчивости системы передачи сообщений с ФИМ-ЧМ (СССР - Г. А. Малолепший).

Преобразование аналоговых сигналов в цифровые

Необходимо отметить два основных метода преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму - импульсно-кодовую (ИКМ) и дельта-модуляцию (ДМ), которые традиционно относят к видам модуляции, хотя таковыми они, по сути, не являются, поскольку не связаны, как это характерно для всех остальных видов модуляции, с изменениями параметров несущей частоты. Оба вида модуляции были изобретены в 40-х годах и приобрели исключительно большое значение в конце XX века, когда началась глобальная цифровизация систем связи и вещания.

Изобретателем ИКМ является французский инженер Ривс. При ИКМ преобразования аналогового сигнала в цифровую форму осуществляют в два этапа. На первом этапе этот сигнал модулирует по амплитуде последовательность импульсов, следующих с частотой, определяемой теоремой Котельникова и равной 2FB, где FB - верхняя частота спектра сигнала. На втором этапе диапазон возможных уровней сигнала разбивается на 2n интервалов и определяется, в каком из интервалов находится уровень каждого из модулированных импульсов. В результате каждый импульс преобразуется в n-значную бинарную кодовую комбинацию, соответствующую данному интервалу. Для увеличения динамического диапазона сигналов, преобразуемых в цифровую форму, применяются компандеры, а при обратном преобразовании - экспандеры. Метод ИКМ нашел широкое применение в современных системах связи при передаче звуковых сигналов и сигналов телевидения.

Дельта-модуляция (ДМ) была изобретена независимо несколькими учеными в конце 40-х - начале 50-х годов во Франции (Е. Делорейн, С. ван Миеро и Б. Дерьявич), СССР (Л. А. Коробков) и США (К. К. Катлер, Ф. де Яджер). При ДМ формируется разность между текущим значением аналогового сигнала и его предсказанным значением на основе предшествующих отсчетов. Эта разность преобразуется в цифровую форму. В изобретениях, сделанных во Франции и СССР, для квантования разностного сигнала использовался бинарный код, символы которого принимают значения (1 или 0) или (±1). Для получения высокой точности преобразования аналогового сигнала в цифровую форму методом ДМ требуется более высокая (в 10-15 раз), чем в ИКМ, частота дискретизации. В 1952 году был предложен метод дельта-ИКМ (ДИКМ), в котором указанная выше разность преобразуется в k-значную кодовую комбинацию с помощью ИКМ. Применение ДИКМ позволяет при заданной точности преобразования аналогового сигнала в цифровую форму уменьшить частоту дискретизации и общую скорость полученного в результате преобразования цифрового потока. В 60-е годы были предложены многочисленные разновидности ДМ, в том числе ДМ с двойным интегрированием, ДМ с компандированием сигналов (адаптивная ДМ) и др.

Начало исследований искажений, которыми сопровождается преобразование аналоговых сигналов в цифровую форму с помощью ИКМ и ДМ, было положено работами американских ученых Беннетта и Ван де Вега. В этих исследованиях устанавливались зависимости мощности и спектра продукта искажений от параметров метода преобразования (частоты дискретизации, динамического диапазона аналогового сигнала, числа уровней квантования и т. д.). Особенно интенсивные исследования точности преобразования сигналов с помощью ИКМ, ДМ и ДИКМ были выполнены в США и СССР в 60-70-х годах. Были исследованы точность разных алгоритмов преобразования, осуществлен синтез оптимальных алгоритмов преобразования с учетом статистических свойств аналогового сигнала.

Важные результаты, относящиеся к помехоустойчивости приема сообщений при использовании ИКМ, были получены в конце 40-х годов в США и СССР К. Шенноном и профессором С. В. Бородичем.

Хронология

1938 год

Изобретение ИКМ (США - А. Ривс).

1944 год

Первое исследование точности преобразования аналоговых сигналов методом ИКМ (США - В. Р. Беннетт).

1946 год

Изобретение ДМ (Франция - Е. Делорейн, С. ван Миеро и Б. Дерьявич (1946 г.); СССР - Л. А. Коробков (1948 г.); США. - Ф. де Яджер).

1948 год

Исследования помехоустойчивости системы передачи сообщений с помощью ИКМ (США - Б. Оливер, Дж. Пирс, К. Шеннон; СССР - С. В. Бородич (1949 г.).

1952 год

Изобретение ДИКМ (США - К. К. Катлер).

1952 год

Первое исследование точности преобразования аналоговых сигналов методом ДИКМ (США - Г. Ван де Вег).

1960-1975 годы

Теоретические и экспериментальные исследования и оптимизация различных алгоритмов ИКМ, ДМ и ДИКМ (СССР - А. И. Величкин, М. Д. Венедиктов; США - Дж. Макс, Дж. Е. Эбейт, Дж. Б. О'Нейл).

Цифровые методы модуляции

На первом этапе развития радиосвязи долгое время использовались искровые передатчики и применялись, по существу, импульсные методы передачи сигналов с амплитудной манипуляцией (АМн). С созданием генераторов непрерывных электрических колебаний (вначале дуговых, затем машинных и позднее ламповых) начали изобретаться новые методы модуляции, основанные либо на непрерывном изменении амплитуды (AM), частоты (ЧМ) и фазы (ФМ) излучаемых колебаний при передаче непрерывных сообщений, либо дискретной манипуляцией этими параметрами (соответственно АМн, ЧМн и ФМн) при передаче дискретных (телеграфных) сигналов. Фазовая манипуляция, изобретенная знаменитым американским ученым Г. Найквистом в 1928 году, долгое время не находила применения из-за явления "обратной работы", возникающего вследствие невозможности восстановления на приеме опорного колебания, строго синфазного с несущей частотой принимаемого сигнала. С 30-х годов в течение почти сорока лет велись интенсивные научные исследования по разработке методов синхронного приема сигналов с ФМн, в которых принимали активное участие ученые и инженеры Франции, СССР, США и других стран.

В 1954 году советским ученым Н. Т. Петровичем было сделано важное изобретение относительно-фазовой манипуляции (ОФМ) - метода передачи, когда фаза последующей посылки изменяется при изменении полярности передаваемого знака относительно предыдущего. Этот метод устранил проблему "обратной работы" при приеме сигналов с фазовой манипуляцией и в течение многих десятилетий широко применялся в системах цифровой связи.

Важные изобретения, которые в последующем нашли широкое применение в системах связи, были сделаны советскими академиками А. Н. Щукиным и А. А. Пистоль-корсом. Они впервые предложили для передачи телеграфии применять многопозиционные сигналы. Первый из названных ученых изобрел систему двойного частотного телеграфирования (ДЧТ), а второй - многократную ФМн.

Проблемы повышения эффективности использования спектра привели к разработке в конце XX века манипуляции минимального частотного сдвига (ММС), в которой за время передачи одного знака фаза сигнала линейно изменяется в зависимости от его полярности на ±я/2. Сигналы ММС обладают весьма компактным спектром с весьма низким уровнем внеполосного излучения. В 1960 году были изобретены N=2n-позиционные сигналы с квадратурной амплитудной манипуляцией (KAM-N), в которой амплитуда квадратурных составляющих излучаемого колебания могла принимать от 8 до 128 значений (КАМ-16 и КАМ-256). Новые методы манипуляции сегодня широко применяются в радиорелейных, спутниковых и подвижных системах связи.

В середине века была изобретена синхронная система "Кинеплекс", называемая иногда иначе - OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). В этой системе для передачи многоканальной телеграфии каждое из М колебаний, частотный разнос между которыми был обратно пропорционален длительности передаваемого знака, модулировалось с помощью ОФМ. В системе "Кинеплекс" полоса частот канала связи используется весьма эффективно.

В конце XX века эта система, названная COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing), была существенно усовершенствована специалистами ряда стран: для манипуляции отдельных колебаний применялась КАМ, использовались помехоустойчивые коды. На базе COFDM создавались системы ВЧ связи, подвижной связи и т. п. Этот вид модуляции будет весьма широко использоваться в XXI веке в цифровых системах звукового (DAB) и телевизионного (DVB) вещания.

Хронология

1915 год

Первое применение ЧМн (США - В. Паульсен), Э. Х. Армстронг в 1927 году предложил применять ЧМн.

1928 год

Изобретение фазовой манипуляции (ФМн) (США - Г. Найквист).

1932-1942 годы

Разработка методов приема сигналов с ФМн (Франция - Г. Бельсиз; СССР - А. А. Пистолькорс, В. И. Сифоров, Е. Г. Момот).

1933 год

Изобретение системы двойного частотного телеграфирования (ДЧТ) (СССР - А. Н. Щукин).

1935 год

Изобретение многократной ФМн (СССР - А. А. Пистолькорс).

1954 год

Изобретение относительно-фазовой манипуляции - ОФМ (СССР - Н. Т. Петрович).

1956 год

Изобретение метода синхронного приема сигналов с ФМн (США - Д. Костас).

1957 год

Изобретение системы передачи "Кинеплекс" (США - М. Л. Доелс, Е. Т. Хелад, Д. Л. Мартин).

1960 год

Изобретение квадратурно-амплитудной модуляции - КАМ (США - К. Кан).

1979 год

Изобретение манипуляции с минимальным частотным сдвигом (ММС) (США - С. Пасьюпаси).

1981-1991 годы

Создание различных систем, использующих COFDM: для ВЧ связи, подвижной связи, цифрового звукового и телевизионного вещания (Франция, Германия, Япония).



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Информационная услуга (63)

    Бюллетень
    Индекс производства электрооборудования, электронного и оптического оборудования в ноябре 2009г. по сравнению с соответствующим периодом предыдущего года составил 84,6%, в январе-ноябре 2009г.
  2. По состоянию на 26

    Реферат
    Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила разработки – постановлением Правительства Российской Федерации от 19 ноября 2008 г.
  3. Учебно-методический комплекс по дисциплине «Основы Теории и практики радиосвязи» Специальность 080502 Экономика и управление на предприятии

    Учебно-методический комплекс
    Название дисциплины: учеб.-метод. комплекс по дисциплине Основы теории и практики радиосвязи для студентов специальности Экономика и управление на предприятии / сост.
  4. Федеральное агентство по печати и массовым коммуникациям. Федеральное государственное унитарное предприятие

    Документ
    Место государственного радиовещания в идеологическом и воспитательном процессе становления в стране гражданского общества, моральной и информационной поддержке инициатив граждан в развитии экономики в собственных регионах, пропаганды
  5. Планирование защитных мероприятий по видам дестабилизирующего воздействия Составление плана тзи на объекте

    Анализ
    Именно информация является одним из важнейших средств решения проблем и задач, как на государственном уровне, так и на уровне коммерческих организаций и отдельных лиц.

Другие похожие документы..