Способи ЦМЗ з використанням групової модуляції

Принциповий шлях підвищення пропускної здатності в каналах передачі даних і, отже, щільності запису в системах ЦМЗ вказано Шенноном в його широко відомій формулі для визначення крайньої пропускної здатності каналу передачі даних [біт/с]

Вmax = DF log2(1+Рсш),

де DF – смуга пропускання; Рсш – відношення потужності сигналу до потужності шуму на вході вирішувального пристрою приймача системи передачі даних.

З (2.2.2) видно, що збільшення Рсш дозволяє при незмінній смузі пропускання каналу передачі даних збільшити пропускну здатність (щільність запису) в log2(1+Рсш) раз, де 1+Рсш – кількість розпізнавальних градацій (позицій) сигналу носія, а log2(1+Рсш) – кількість двійкових розрядів, які відповідають кількості розпізнавальних позицій цього сигналу.

Якщо співвідношення Найквіста Вmax = 2DF [біт/с] встановлює крайню пропускну здатність для двійкового каналу передачі даних, тобто каналу в якому використовуються двопозиційні сигнали, то співвідношення (2.2.2) Шеннона встановлює крайню пропускну здатність для каналу, який використовує систему числення з основою log2(1+Рсш), тобто для каналу, в якому використовуються багатопозиційні сигнали.

Таким чином з (2.2.2) безпосередньо випливає, що для збільшення щільності запису (пропускної здатність каналу передачі даних) необхідно при фіксованій смузі пропускання DF збільшувати число використовуваних (розпізнавальних) позицій сигналу носія, тобто використовувати багатопозиційні сигнали чи групову модуляцію. Під груповою модуляцією тут розуміється розбиття двійкової послідовності на групи із n символів і встановлення однозначної відповідності між будь-якою із 2n комбінацій символів двійкового і розрядного коду з 2n позиціями сигналу носія.

Принцип групової модуляції (використання багатопозиційних сигналів) знаходить практичне застосування в техніці зв’язку, так, наприклад, багатопозиційні сигнали в формі багатократної фазової модуляції використовуються в системах передачі даних для збільшення їх пропускної здатності. В ЦМЗ також намагаються використовувати багатопозиційні сигнали для підвищення щільності запису. Як вже відмічалося раніше, відомі випадки використання багатопозиційних ШІМ сигналів, описаний спосіб ЦМЗ з використанням групової модуляції, який згадується під скороченою назвою ПНГ (спосіб повернення в нуль з груповою модуляцією). Цей спосіб має відносно складний алгоритм утворення сигналів струму запису і характеризується тим, що інформаційними ознаками є амплітуда і полярність сигналів відтворення, а також інтервали часу між ними. При цьому в процесі модуляції двійкова послідовність поділяється на групи по два символи (n=2).

Перевагами способу запису з груповою модуляцією є деякі збільшення щільності запису в порівняні зі способом ПН, високий ступінь самосинхронізації сигналів відтворення і збільшене до значення k (в порівняні з Тk для способу ПН) вікно детектування.

В той же час спосіб ПНГ має суттєві недоліки, основним з яких є використання в якості інформаційної ознаки значення амплітуд відтворюваних сигналів, що знижує вірогідність відтворюваних цифрових сигналів і суттєво ускладнює нелінійну обробку сигналів відтворення в каналі відтворення.

Підвищення щільності запису двійкового коду в ЦМЗ можна також досягти при використанні модифікованої групової модуляції (МГМ). На відміну від способів з груповою модуляцією для способів, основаних на використані МГМ, кількість позицій сигналу носія

mМГМ = 2n-1 + 1. (2.2.3)

Це досягається завдяки тому, що для МГМ об’єднання символів коду в групи із n символів утворюється кожен раз, коли приходить на запис чергова “1”, яка не входить у попередню групу. Якщо, наприклад, n=3 можливі тільки чотири комбінації символів: 100, 110, 101, 111, для запису яких необхідно чотири ненульових позиції сигналу носія.

Період проходження сигналів при груповій модуляції Tгм і мінімальний період проходження при модифікованій Tмгмmin збільшуються порівняно з періодом проходження сигналів коду Tk в n раз, тобто

Tгм = Tмгмmin = n Tk.

Підвищення щільності запису завдяки застосуванню МГМ добре проявляється при порівнянні зі способом запису з поверненням у нуль модифікованим (ПНМ), заснованим на застосуванні МГМ і розглянутим раніше способом ПН. Епюри струму запису способу ПНМ та для порівняння способу ПН приведено відповідно на рис.2.2.6, а і б.

image002

Рис. 2.2.6. Сигнали струму запису для способів ПНМ (а) та ПН (б)

При використанні способу ПНМ позитивним імпульсом струму на носій записують групу символів 11 (n=2), а групу символів 10 записують негативним імпульсом струму.

image004

Рис. 2.2.7. Сигнали струму запису для способів МФМ (а) та ВМФМ (б)

Мінімальний інтервал часу Tзmin між сусідніми імпульсами збільшується порівняно зі способом ПН в 2 рази (Tзmin = 2Tk). Це дозволяє приблизно в 2 рази збільшити щільність запису при використанні способу ПНМ порівняно з щільністю способу ПН.

Використання принципу групування символів двійкової послідовності, властивого МГМ, може бути також застосовано в поєднанні з методом модуляції затримкою. В цьому випадку правило утворення струму запису може бути, наприклад, таким: група символів 10 записується на носій на межі тактового інтервалу, а група символів 11 в середині. При надходженні на запис нулів коду сигнали струму запису не формуються. Сигнали струму запису, що відповідають цьому модифікованому способу фазової модуляції (ВМФМ) з вузькою смугою, приведено на рис.2.2.7, а. На рис 2.2.7, б для порівняння приведено сигнали струму запису, які часто називають способом модифікованої фазової модуляції (МФМ код Міллера).

Спосіб ІПМ (ІП) дозволяє збільшити щільність запису порівняно зі способом ЧМ (ФМ) в 1,7…1,9 рази. Якщо порівняти ІПМ (ІП) спосіб зі способом БПНМ (БПН), то збільшення щільності для ІПМ може досягати 20% і більше.

Загальним недоліком способів, основаних на МГМ, є недостатня ступінь самосинхронізації сигналів відтворення. Цей недолік може бути усунено тими ж прийомами, які використовуються для покращення властивостей самосинхронізації способу БПНМ, наприклад, шляхом перекодування, включенням службових сигналів синхронізації в склад інформаційних сигналів та інше.

Як правило, у випадку використання трипозиційних сигналів (ІПМ, ВМФМ, ВНМ) ускладнення, пов’язане з багатопозиційністю, не призводить до помітного збільшення об’єму і складності пристроїв запису-відтворення системи ЦМЗ в цілому.

Васюра А.С. – книга “Електромагнітні елементи цифрової техніки”

Оставьте комментарий к статье