ктн, доцент Василенко В. С., Кузняк А. В., Козюберда О.В.

Національний авіаційний університет (НАУ), Україна

Підвищення доступності інформаційних об'єктів в інформаційних мережах при використанні багаторівневої амплітудної модуляції

На сьогоднішній день у зв’язку із великим технічним проривом людству необхідні гарантії цілісності, доступності та якісності інформаційних об’єктів, які передаються, зберігаються чи використовуються в інформаційних мережах. Для забезпечення передавання інформації у відповідному середовищі слід узгоджувати характеристики сигналів, які застосовані для такого передавання із характеристиками цього середовища.Ця задача вирішується за рахунок того чи іншого методу кодування чи модуляції первинних сигналів на фізичному рівні. В статті зроблена спроба показати, що в деяких випадках модуляція підвищує завадостійкість каналу і сприяє збільшенню швидкості передавання сигналу.Останнє, в свою чергу, зумовлює підвищення доступності інформаційного об’єкта в інформаційній мережі. Для того, щоб краще зрозуміти вплив модуляції на ці процеси, варто розглянути, що вона собою являє, які її види бувають та яких змін і перетворень зазнає сигнал при модуляції.

Отже, модуляція - це змінювання в часі за заданим законом параметрів (характеристик) якогось з фізичних процесів, що виконує функції перенесення інформації. Залежно від того, яку із характеристик сигналу планують змінювати розрізняють різні види модуляцій. Якщо в якості переносника використовувати гармонійне коливання (або несущий сигнал), то для нього можна виділити три типи модуляції. Для наочного пояснення задамо рівняння гармонійного коливання:

,

де U- амплітуда поданого коливання, яка змінюється за законом інформаційного сигналу,- його частота,

- фаза коливання. Зрозуміло, що за законом інформаційного сигналу можна змінювати і амплітуду, і частоту, і фазу сигналу – переносника.

В залежності від того, який з параметрів зазнаватиме змін, модуляція набуватиме різних видів:

1) Амплітудна модуляція (АМ);

2) Частотна модуляція(ЧМ);

3) Фазова модуляція(ФМ).

Зробимо акцент на амплітудній модуляції та оцінимо зміни, до яких вона приводить.

Амплітудна модуляція має місце в тому випадку, коли частота та фаза сигналу є сталими величинами, а змінюється лише амплітуда.

Спектр АМ- сигналу утворюється несучим коливанням та двома симетричними групами бічних коливань.

АМ – сигнал – мультиплікативна суміш обгинаючоїU(t) та гармонійного заповнення cos(2πf₀t+₀).

Зв’язок міжобгинаючоюта модулюючим корисним сигналом визначається наступним чином:

U(t)= U_m[1+s(t)].

У цьому виразі корисний сигнал:

s(t)=M∙cos(Ωt+ψ₀).

Якщоs(t)єпростою гармонійною функцією, то модуляція називається однотональною, якщоs(t)=∑M_i∙cos(_Ωit+ψ_i) – багатотональна модуляція (якs(t)може бути складна функція).

Тоді:

U(t)= U_m[1+ M∙cos(Ωt+ψ₀)].

В останньому виразі: U_m–постійний коефіцієнт, що дорівнює амплітуді несучого коливання за умов відсутності модуляції;М – коефіцієнт амплітудної модуляції, або глибина модуляції,щохарактеризує глибину АМ. Коефіцієнт модуляції визначається зміною амплітуди А низькочастотного сигналу (рис.1а).

.

Коефіцієнт модуляції М пропорційний інтенсивності переданого сигналу. При амплітуда АМ коливання не приймає від’ємних значень. Така модуляція називається неспотвореною (рис.1а). При М>1 значення U(t) на деяких інтервалах часу стають від’ємними (рис.1б), що призводить до перемодуляції, пов'язаною із спотворенням обгинаючогоколивання. Щоб уникнути цього, коефіцієнт модуляції вибирають не більшим за одиницю. Для АМ - сигналу є характерна симетрія відносно вісі часу.

Тому модульований сигнал можна записати:

U_ам(t)= U_m[1+M∙cos(Ωt+ψ₀))]cos(2πf₀t+φ₀),

де, M, Ω, ψ₀ – параметри корисного повідомлення,

U_m, f₀, φ₀ – параметри несучого сигналу.

При багатотональній амплітудній модуляції, що є характерним при передаванні інформації в обчислювальних мережах, кожна гармонічна складова дає пару бокових гармонік ( рис.2б ).

В результаті виходить спектр, що складається з двох смуг частот, розташованих симетрично щодо несучої частоти ω_н. Ці смуги частот, розташовані по обидві сторони від тієї несущої називаються бічними: верхньою і нижньою бічною частотою.

В обчислювальних мережах передача чи зберігання інформації найчастіше відбувається в дискретній формі. Сигнали такої форми можуть бути бінарними або ж багаторівневими (багатопозиційними):

Передача багаторівневих сигналів – це передача дискретних сигналів з різними амплітудами.

Швидкість передачі дискретних символів у вигляді радіоімпульсів визначається через період цих символів як:

В=1/Т

Або ж при :

При швидкість буде максимальною.

При передачі багаторівневих сигналів кількість рівнів амплітудної модуляції m>2, тому кількість розрядів, для представлення такого сигналу дорівнює: .

Отже, якщо врахувати, що при передачі одного символу передається

розрядів, то швидкість V можна обрахувати як:

Таким чином, проаналізувавши розглянуте, можна прийти до висновку, що такий вид модуляції може вирішувати задачі із підвищення швидкості передачі інформаційних об’єктів в інформаційній мережі, та, тим самим,підвищувати їх доступність.

Тому, поставлене у статті завдання оцінки можливостей АМ щодо підвищення доступності інформаційних об’єктів, може бути виконаним, аусунення декількох відомих недоліків АМ, передається іншим процесам, що протікають в каналі передачі даних.

1. Василенко В.С.Теорія інформації та кодування./ В.С. Василенко, Курс лекцій з дисципліни «Теорія інформації та кодування»/ К.: НАУ. − 2011

2. Юдін О.К.Основи теорії електричних кіл, сигнали та процеси в електроніці./Курс лекцій з дисципліни «Основи теорії електричних кіл, сигнали та процеси в електроніці»/ К.: НАУ. − 2010

3. Web-ресурс http://ru.wikipedia.org/wiki/Амплитудная_модуляция