План-конспект урока по теме Аналоговая и цифровая передача данных. Пропускная способность канала

Этапы урока

Содержание этапов урока

1. Организационный момент.

Цели для преподавателя:

- создать условия для возникновения у обучающихся внутренней потребности включения в учебную деятельность;

- способствовать повышению мотивации учения.

Цели для обучающихся:

- включиться в учебную деятельность;

- подготовиться к восприятию нового учебного материала.

Цели этапа занятия достигаются посредством:

-объявления темы занятия и постановки общих целей;

- разъяснения роли изучаемого содержания в процессе формирования конкретных общих и профессиональных компетенций;

- раскрытия значения изучаемого содержания для будущей профессиональной деятельности;

1. Вводный инструктаж

1.1. Проверка наличия обучающихся. Повторение техники безопасности в кабинете информатики.

Начинаем занятие. Отметим отсутствующих на занятие и проверим вашу готовность к занятию на наличие тетрадей.

1.2. Целевая установка на урок.

Сегодня у нас новая тема «Аналоговая и цифровая передача данных», запишите тему занятия в тетрадях.

Обучающиеся записывают тему занятия.

Эта тема имеет большое профессиональное значение. Она направлена на формирование такой компетенции как «организовывать собственную деятельность выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество».

2. Опрос обучающихся по теме.

Цели для преподавателя:

- установить уровень усвоения знаний;

-обобщить и закрепить знания, актуальные на занятие;

-определить ошибки и пробелы в знаниях, пути их устранения;

- стимулировать активность и инициативу обучающихся при опросе.

Цели для обучающихся:

-актуализировать знания, необходимые для восприятия нового учебного материла;

-владеть различными видами устного изложения учебного материала в соответствии с заданием;

Цели этапа занятия до

стигаются посредством:

- формулировки критериев оценки уровня знаний обучающихся;

- проведения оценки выявленного уровня знаний;

-проведения оценки активности обучающихся в проведенном опросе.

2. Актуализация опорных знаний и способов действий.

Кто мне может ответить:

Вопрос: «Назовите типы кабелей»?

Расскажите о каждом виде.

Обучающие осмысливают заданный вопрос, вспоминают, отвечают:

Основная цель выявить уровень знаний учащихся, познакомить с понятием «этап», информационное обществом.

3. Изучение нового учебного материала (способов действий).

Цели для преподавателя:

- обеспечить понимание планируемого результата деятельности, основных путей его достижения;

-способствовать развитию познавательных способностей обучающихся, посредством организации самостоятельной работы.

Цели для обучающихся:

- рассмотреть теоретические основы передачи данных (ограничения на пропускную способность передачи сигналов, взаимосвязь пропускной способности канала и ширины его полосы пропускания).

- познакомиться с передачей цифровых данных цифровыми сигналами.

- пропускная способность канала

Цели этапа занятия достигаются посредством:

- обеспечения понимания планируемого результата деятельности, основных путей его достижения;

- определения критериев, позволяющих обучающимся самостоятельно определять степень достижения запланированного результата;

- организации активной самостоятельной деятельности обучающихся по написанию лекции во время занятия.

3. Теоретическая часть.

Рассмотрим передачу данных в цифровой форме с помощью аналоговых сигналов. Широко известным примером такой передачи является использование телефонных сетей для передачи цифровых данных. Телефонные сети были созданы для передачи и коммутации аналоговых сигналов в голосовом диапазоне частот от 300 до 3400 Гц. Этот диапазон не совсем подходит для передачи цифровых данных. Поэтому подключить источник таких данных напрямую в телефонную сеть нельзя. Для этого используют специальное устройство - модем (МОдулятор–ДЕМодулятор). Этот прибор преобразует как цифровой сигнал в аналоговый в надлежащем диапазоне частот, так и наоборот: из аналоговой формы в цифровую.
Аналоговая модуляция заключается в управляемом изменении одного или нескольких основных параметров несущего сигнала: амплитуды, частоты и фазы. Есть три основных метода модуляции для преобразования цифровых данных в аналоговую:

• амплитудная модуляция

• частотная модуляция

• фазовая модуляция

Во всех этих случаях спектр гармоник получаемого сигнала сконцентрирован в области частоты несущего сигнала.
В случае амплитудной модуляции двоичные 0 и 1 представлены аналоговым сигналом на частоте несущей, но разной амплитуды. Обычно 0 соответствует сигнал с нулевой амплитудой. Таким образом, при амплитудной модуляции сигнал S(t) имеет вид:



S(t) =

где - несущий сигнал с амплитудой A. Метод амплитудной модуляции не очень эффективен по сравнению с другими методами, т.к. он очень чувствителен к шумам. Чаще всего он используется в сочетании с другими видами модуляции. В чистом виде он применяется на телефонной линии на скоростях до 1200 бит/сек., а также для передачи сигналов по оптоволоконным каналам.
При частотной модуляции двоичные 0 и 1 представляют сигналами разной частоты, сдвинутой, как правило, по отношению к частоте несущей на одинаковую величину, но в противоположном направлении:


S(t) =

где f_c= f₁ - Δ= f₂+Δ, где Δ - сдвиг по частоте.
Рассмотрим пример использования частотной модуляции для полнодуплексной связи по телефонной линии. Напомним, что полнодуплексной называется связь, когда данные можно передавать по каналу одновременно в оба направления. Телефонная линия имеет полосу от 300 Гц до 3400 Гц. Для обеспечения полного дуплекса эта полоса делится на две. По одной полосе с центром в 1170 Гц идет, например, передача, при которой 0 и 1 представлены частотами, сдвинутыми на 100 Гц, а по другой в этом случае идет прием, где 0 и 1 представлены частотами 2025 Гц и 2225 Гц. Обратите внимание, что эти две полосы немного перекрываются, поэтому возможна интерференция сигналов.
Частотная модуляция менее чувствительна к шумам, чем амплитудная. Чаще всего ее применяют в радиомодемах на частотах от 3 МГц до 30 МГц, а также в высокочастотных кабелях локальных сетей.
Фазовая модуляция состоит в представлении цифровых данных сдвигом фазы несущего сигнала. Рассмотрим пример дифференциальной фазовой модуляции. В этом примере 0 представлен единичным сигналом той же фазы, что и предыдущий; 1 представлена единичным сигналом, сдвинутым по фазе на 180°. Для дифференциальной фазовой модуляции получаем:



S(t) =

Эффективность использования полосы пропускания можно существенно повысить, если единичный сигнал будет кодировать несколько бит.
Различие битовой скорости R бит/сек. и скорости модуляции D бит:



где D – скорость модуляции (сигнальная скорость)
R – битовая скорость (скорость передачи данных)
L – число разных уровней единичных сигналов
b – число бит на единичный сигнал
Аналоговая модуляция цифровых данных возникает там, где нет цифровых каналов. Цифровое кодирование аналоговых данных возникает тогда, когда есть цифровые каналы. Где возникает потребность передавать аналоговые данные с помощью аналоговых сигналов?
Прежде всего, такая потребность возникает при использовании радиоканалов. Если передавать аудиоинформацию в голосовом диапазоне (300 – 3000 Гц), то потребуется антенна диаметром в несколько километров. Модуляция, т.е. объединение исходного сигнала m(t) и несущей частоты ƒ_c, позволяет нужным образом изменять параметры исходного сигнала и тем самым упростить решение ряда технических проблем. Кроме этого, модуляция позволяет использовать методы мультиплексирования или уплотнения.
Три способа модуляции для передачи аналоговых данных в аналоговой форме: амплитудная модуляция, частотная и фазовая.
При амплитудной модуляции форма результирующего сигнала определяется формулой:

,
где ƒ_c - частота несущей, n_a– индекс модуляции, который определяют как отношение амплитуды исходного сигнала к амплитуде несущего сигнала.
Форма результирующего сигнала при частотной модуляции определяется следующим выражением:
,
где  n_f - индекс частотной модуляции, m(t)=1+n_a x(t).
Сигнал, получаемый фазовой модуляцией, определяет соотношение:
,
где n_p – индекс фазовой модуляции.
Все эти три вида модуляции порождают сигнал S(t), спектр которого симметричен относительно ƒ_c.
Широко распространенным случаем аналоговой модуляции является метод квадратичной амплитудной модуляции - QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Именно этот метод используется в асимметричных цифровых линиях – ADSL. Метод QAM – это комбинация амплитудной и фазовой модуляций. Идея этого метода состоит в том, что можно по одной и той же линии послать одновременно два разных сигнала с одинаковой несущей частотой, но сдвинутых по фазе друг относительно друга на 90°. Каждый сигнал генерируется методом амплитудной модуляции.

4. Задание на дом.

Цели для преподавателя:

- провести анализ и оценку успешности достижения цели урока, перспектив последующей работы;

- мобилизовать обучающихся на рефлексию результатов учебной деятельности;

- поставить цели самостоятельной работы для обучающихся (что должны сделать обучающиеся в ходе выполнения домашнего задания).

Цели для обучающихся:

- уяснить цели и содержание домашнего задания.

Цели этапа урока достигаются посредством:

- достижения открытости обучающихся в осмыслении своих действий и самооценки;

- определения для обучающихся содержания и объема домашнего задания.

4.Заключительная часть. Подведение итогов, выставление отметок.

Сегодня мы с вами: рассмотрели теоретические основы передачи данных (ограничения на пропускную способность передачи сигналов, взаимосвязь пропускной способности канала и ширины его полосы пропускания), познакомиться с передачей цифровых данных цифровыми сигналами, пропускная способность канала

4.1. Определение задания на дом.

Задание. К следующему занятию выучите лекцию.