1.2. Системы цифровой связи (Лекции 2, 3)
уществует много причин, по которым в системах связи широко используются цифровые технологии. Основным преимуществом такого подхода является легкость восстановления цифровых сигналов по сравнению с аналоговыми. Рассмотрим рисунок 1.1, на котором представлен идеальный двоичный цифровой импульс, распространяющийся по каналу передачи данных. На форму сигнала влияют два основных механизма: поскольку все каналы и линии передачи имеют неидеальную частотную характеристику, идеальный импульс искажается; и нежелательные электрические шумы или другое воздействие со стороны еще больше искажает форму импульса. Чем протяженнее канал, тем существеннее эти механизмы искажают импульс (рис. 1.1). В тот момент, когда переданный импульс все еще может быть достоверно выявлен (прежде чем он ухудшится до неоднозначного состояния), импульс усиливается цифровым усилителем, восстанавливающим его первоначальную идеальную форму. За восстановление сигнала отвечают регенеративные ретрансляторы, расположенные в канале связи на определенном расстоянии друг от друга.
Цифровые каналы менее подвержены искажению и интерференции, чем аналоговые. Поскольку двоичные цифровые каналы дают значимый сигнал только при работе в одном из двух состояний – включенном или выключенном – возмущение должно быть достаточно сильным, чтобы перевести рабочую точку канала из одного состояния в другое. Наличие всего двух состояний облегчает восстановление сигнала и, следовательно, предотвращает накопление в процессе передачи шумов или других возмущений. Аналоговые сигналы не являются сигналами с двумя состояниями и могут принимать бесконечное множество форм. В аналоговых каналах даже небольшое возмущение может неузнаваемо исказить сигнал. После искажения аналогового сигнала возмущение нельзя убрать путем усиления. Поскольку накопление шума неразрывно связано с аналоговыми сигналами, как следствие, они не могут воспроизводиться идеально. При использовании цифровых технологий низкая вероятность возникновения ошибок плюс применение процедур выявления и коррекции ошибок позволяют получать сигнал с высокой точностью. С аналоговыми технологиями подобные процедуры недоступны
Существуют и другие важные преимущества цифровой связи. Цифровые каналы надежнее и дешевле, чем аналоговые. Кроме того, цифровое программное обеспечение допускает более гибкую реализацию, чем аналоговое (например, микропроцессоры, цифровые коммутаторы и большие интегральные схемы (large-scale integrated circuit – LSI)). Использование цифровых сигналов и уплотнения с временным разделением (time-division multiplexing – TDM) проще применения аналоговых сигналов и уплотнения с частотным разделением (frequency-division multiplexing – FDM). При передаче и коммутации различные типы цифровых сигналов (данные, телеграф, телефон, телевидение) являются идентичными (бит – это и есть бит). Кроме того, для удобства коммутации и обработки, цифровые сообщения могут группироваться в автономные единицы – пакеты. В цифровые технологии естественным образом внедряются функции, защищающие от интерференции и подавления сигнала либо обеспечивающие шифрование или секретность. Кроме того, обмен данными в основном производится между двумя компьютерами или между компьютером и цифровыми устройствами или терминалом. Подобные цифровые оконечные устройства лучше обслуживаются цифровыми каналами связи.
Однако, за преимущества систем цифровой связи приходится платить.
Цифровые системы требуют более интенсивной обработки, чем аналоговые. Кроме того, для цифровых систем необходимо выделение значительной части ресурсов для синхронизации на различных уровнях. Аналоговые системы легче синхронизировать. Еще одним недостатком систем цифровой связи является то, что ухудшение качества приема носит пороговый характер. Если отношение сигнал/шум падает ниже некоторого порога, качество обслуживания может скачком измениться от очень хорошего до очень плохого. В аналоговых же системах ухудшение качества происходит более плавно.
Типичная функциональная схема и основные преобразования в системах цифровой связи
Функциональная схема, приведенная на рис. 1.2, иллюстрирует прохождение (распространение) сигнала и этапы его обработки в типичной системе цифровой связи (DCS).
Верхние блоки – форматирование, кодирование источника, шифрование, канальное кодирование, уплотнение, импульсная модуляция, полосовая модуляция, расширение спектра и множественный доступ – отражают преобразования сигнала на пути от источника к передатчику. Нижние блоки диаграммы – преобразования сигнала на пути от приемника к получателю информации, и, по сути, они противоположны верхним блокам.
Устройство, которое выполняет функции модулятора и демодулятора, называется модемом, а устройство, которое осуществляет кодирование сообщений и декодирование сигналов, – кодеком.
Для беспроводных приложений передатчик состоит из схемы повышения частоты в область радиочастот (radio frequency – RF), усилителя мощности и антенны, а приемник – из антенны и малошумящего усилителя (low-noise amplifier – LNA). Обратное понижение частоты производится на выходе приемника и/или демодулятора.
Рис. 1.2 иллюстрирует соответствие блоков верхней (передающей) и нижней (принимающей) частей системы. Этапы обработки сигнала в передатчике, являются преимущественно обратными к этапам обработки сигналов в приемнике.
На рис. 1.2 исходная информация преобразуется в двоичные цифры (биты); после этого биты группируются в цифровые сообщения или символы сообщений. Каждый такой символ , где можно рассматривать как элемент конечного алфавита, содержащего М элементов. Следовательно, при символ сообщения является бинарным (т.е. состоит из одного бита). Несмотря на то, что бинарные символы можно классифицировать как М-арные (с ), обычно название “М-арный” используется для случаев М > 2; значит, такие символы состоят из последовательности двух или большего числа битов. (Сравните подобный конечный алфавит систем DCS с тем, что мы имеем в аналоговых системах, когда сигнал сообщения является элементом бесконечного множества возможных сигналов.).
Для систем, использующих канальное кодирование (коды коррекции ошибок), последовательность символов сообщений преобразуется в последовательность канальных символов (кодовых символов) . Поскольку символы сообщений или канальные символы могут состоять из одного бита или группы битов, последовательность подобных символов называется потоком битов.
Рассмотрим ключевые блоки обработки сигналов на рис. 1.2. Необходимыми для систем DCS являются только этапы форматирования, модуляции, демодуляции/детектирования и синхронизации.
Рис. 1.2. Функциональная схема типичной системы цифровой связи
Форматирование преобразует исходную информацию в биты, обеспечивая совместимость информации и функций обработки сигналов с системой DCS. Начиная с этого блока и до блока импульсной модуляции информация остается в форме потока битов.
Модуляция – это процесс, с помощью которого символы сообщений или канальные символы, если используется канальное кодирование, преобразуются в сигналы, совместимые с требованиями, налагаемыми каналом передачи данных.
Импульсная модуляция – это еще один необходимый этап, поскольку каждый символ, который требуется передать, вначале нужно преобразовать из двоичного представления (уровни напряжений представляются двоичными нулями и единицами) в видеосигнал (модулированный сигнал). Термин “видеосигнал” (baseband signal) определяет сигнал, спектр которого начинается от (или около) постоянной составляющей и заканчивается некоторым конечным значением (обычно, не более нескольких мегагерц). Блок импульсно-кодовой модуляции обычно включает фильтрацию с целью достижения минимальной полосы передачи. При использовании импульсной модуляции для обработки двоичных символов результирующий двоичный сигнал называется РСМ-сигналом (pulse-code modulation – импульсно-кодовая модуляция). Существует несколько типов PCM-кодированных сигналов; в приложениях телефонной связи эти сигналы часто называются кодами канала. При применении импульсной модуляции к небинарным символам результирующий сигнал именуется М-арным импульсно-модулированным. Существует несколько типов подобных сигналов, например, с амплитудно-импульсной модуляцией (pulse-amplitude modulation – РАМ). После импульсной модуляции каждый символ сообщения или канальный символ принимает форму полосового сигнала , где . В любой электронной реализации поток битов, предшествующий импульсной модуляции, представляется уровнями напряжений. Может возникнуть вопрос, почему существует отдельный блок для импульсной модуляции, когда фактически уровни напряжения для двоичных нулей и единиц уже можно рассматривать как идеальные прямоугольные импульсы, длительность каждого из которых равна времени передачи одного бита? Существует два важных отличия между подобными уровнями напряжения и видеосигналами, используемыми для модуляции. Во-первых, блок импульсной модуляции позволяет использовать бинарные и М-арные сигналы. Во-вторых, фильтрация, производимая в блоке импульсной модуляции, формирует импульсы, длительность которых больше времени передачи одного бита. Фильтрация позволяет использовать импульсы большей длительности; таким образом, импульсы расширяются на соседние временные интервалы передачи битов. Этот процесс иногда называется формированием импульсов; он используется для поддержания полосы передачи в пределах некоторой желаемой области спектра.
Для систем передачи сигналов радиочастотного диапазона следующим важным этапом является полосовая модуляция (bandpass modulation); она необходима всегда, когда среда передачи не поддерживает распространение сигналов, имеющих форму импульсов. В таких случаях среда требует полосового сигнала , где . Термин “полосовой” (bandpass) используется для отражения того, что видеосигнал сдвинут несущей волной на частоту, которая гораздо больше частоты спектральных составляющих. Далее сигнал проходит через канал, причем связь между входным и выходным сигналами канала полностью определяется импульсной характеристикой канала . Кроме того, в различных точках вдоль маршрута передачи случайные шумы искажают сигнал, так что он на входе приемника отличается от переданного сигнала :
где знак «*» означает операцию свертки, – случайный процесс.
При обработке полученного сигнала входной каскад приемника и/или демодулятор обеспечивают понижение частоты каждого полосового сигнала . В качестве подготовки к детектированию демодулятор восстанавливает в виде оптимальной огибающей видеосигнала . Обычно с приемником и демодулятором связано несколько фильтров. Фильтрация выполняется для удаления нежелательных высокочастотных составляющих (в процессе преобразования полосового сигнала в видеосигнал) и формирования импульса.
Выравнивание можно представить как разновидность фильтрации, используемой в демодуляторе (или после демодулятора) для удаления всех эффектов ухудшения качества сигнала, причиной которых мог быть канал. Выравнивание (equalization) необходимо в том случае, если импульсная характеристика канала настолько плоха, что принимаемый сигнал сильно искажен. Эквалайзер (устройство выравнивания) реализуется для компенсации (т. е. для удаления или ослабления) всех искажений сигнала, вызванных неидеальной характеристикой . И последнее, на этапе дискретизации сформированный импульс преобразуется в выборку для восстановления символа канала или символа сообщения (если не используется канальное кодирование). Часто термины “демодуляция” и “детектирование” используют как синонимы. Точнее под демодуляцией подразумевать восстановление сигнала (полосового импульса), а под детектированием – принятие решения относительно цифрового значения этого сигнала.
Остальные этапы обработки сигнала в модеме являются необязательными и направлены на обеспечение специфических системных нужд.
Кодирование источника (source coding) – это преобразование аналогового сигнала в цифровой (для аналоговых источников) и удаление избыточной (ненужной) информации. Отметим, что типичная система DCS может использовать либо кодирование источника (для оцифровки и сжатия исходной информации), либо более простое форматирование (только для оцифровки). Система не может одновременно применять и кодирование источника, и форматирование, поскольку первое уже включает необходимый этап оцифровки информации. Шифрование, которое используется для обеспечения секретности связи, предотвращает несанкционированное понимание сообщения пользователем и введение в систему ложных сообщений.
Канальное кодирование (channel coding) при заданной скорости передачи данных может снизить вероятность ошибки или уменьшить отношение сигнал/шум, необходимое для получения желаемой вероятности за счет увеличения полосы передачи или усложнения декодера.
Процедуры уплотнения (multiplexing) и множественного доступа (multiple access) объединяют сигналы, которые могут иметь различные характеристики или могут поступать от разных источников, с тем, чтобы они могли совместно использовать часть ресурсов связи (например, спектр, время).
Расширение частоты (frequency spreading) может давать сигнал, относительно неуязвимый для интерференции (как естественной, так и умышленной), и может использоваться для повышения конфиденциальности сеанса связи. Также оно является ценной технологией, используемой для множественно доступа.
Блоки обработки сигналов, показанные на рис. 1.2, представляют типичную функциональную схему системы цифровой связи; иногда эти блоки реализуются в несколько ином порядке. Например, уплотнение может происходить до канального кодирования или модуляции либо – при двухэтапном процессе модуляции (поднесущая и несущая) – оно может выполняться между двумя этапами модуляции. Подобным образом блок расширения частоты может находиться в различных местах верхнего ряда рис. 1.2; точное его местонахождение зависит от используемой конкретной технологии.
Синхронизация и ее ключевой элемент, синхронизирующий сигнал, задействованы во всех этапах обработки сигнала в системе DCS. Для простоты блок синхронизации на рис. 1.2 показан безотносительно к чему-либо, хотя фактически он участвует в регулировании операций практически в каждом блоке, приведенном на рисунке.
На рис. 1.3 показаны основные функции обработки сигналов (которые можно рассматривать как преобразования сигнала), разбитые на следующие девять групп.
Цифровая связь
Цифровая связь — область техники, связанная с передачей цифровых данных на расстояние.
В настоящее время цифровая связь повсеместно используется также и для передачи аналоговых (непрерывных по уровню и времени, например речь, изображение) сигналов, которые для этой цели оцифровываются (дискретизируются). Такое преобразование всегда связано с потерями, т.е. аналоговый сигнал представляется в цифровом виде с некоторой неточностью.
Современные системы цифровой связи используют кабельные (в том числе волоконно-оптические), спутниковые, радиорелейные и другие линии и каналы связи, в том числе и аналоговые.
Содержание
Линия связи «точка-точка»
Оборудование, осуществляющее формирование данных из пользовательской информации, а также представление данных в виде, понятном пользователю, называется терминальным оборудованием (ООД, оконечное оборудование данных). Оборудование, преобразующее данные в форму пригодную для передачи по линии связи и осуществляющее обратное преобразование, называется оконечным оборудованием линии связи (АКД, аппаратура канала данных). Терминальным оборудованием может служить компьютер, оконечным оборудованием обычно служит модем.
Передача сигнала осуществляется символами. Каждый символ представляет собой определённое состояние сигнала в линии, множество таких состояний конечно. Таким образом, символ передаёт некоторое количество информации, обычно один или несколько бит.
Число передаваемых символов в единицу времени называется скоростью манипуляции или символьной скоростью (baud rate). Она измеряется в бодах (1 бод = 1 символ в секунду). Количество информации, передаваемое в единицу времени, называется скоростью передачи информации и измеряется в битах в секунду. Существует распространённое заблуждение, что бит в секунду и бод — это одно и то же, но это верно, только если каждый символ передаёт только один бит, что бывает не очень часто.
Преобразование данных в форму пригодную для передачи по линии/каналу связи называется модуляцией.
Технологии цифровой связи
Следующие технологии находят применение в цифровой связи:
Кодирование источника информации
Сжатие данных
Шифрование данных
Помехоустойчивое кодирование
Любая система связи подвержена воздействию шумов и особенностей линий и каналов связи (и как следствие возникновению искажений), которые могут привести к неправильному приёму сигнала. Для борьбы с возникающими при этом ошибками в сигнал вводится специальным образом сконструированная избыточность, что позволяет принимающей стороне обнаружить, а в некоторых случаях и исправить определённое число ошибок. Существует большое количество помехоустойчивых (ПУ) кодов, различающихся избыточностью, обнаруживающей и исправляющей способностью.
Все о цифровых видах связи
Персональный компьютер – один из важнейших компонентов современной любительской радиостанции. Более того, компьютеры являются базовыми устройствами радиостанций, на которых применяются SDR-трансиверы или работа в эфире ведется только цифровыми видами радиосвязи. Давно канули в лету шумные механические телетайпные аппараты и монохромные электронно-лучевые трубки, применявшиеся соответственно для проведения RTTY-радиосвязей и передачи статичных изображений (SSTV).
В настоящее время для работы цифровыми видами радиосвязи используется персональный компьютер со звуковой картой. Для того чтобы окунуться в мир «цифровой радиосвязи», достаточно настроить трансивер в определенный участок любительского диапазона, подать НЧ сигнал с линейного выхода трансивера на линейный вход звуковой карты и запустить на компьютере программу для цифровых видов (например, MMVARI или Fldigi). Довольно коротким оказался период использования терминальных приставок (Terminal Node Controller, TNC), подключаемых к персональным компьютерам через последовательные порты.
Начинающий «цифровик», окунувшись вэтот мир, неровен час, может и «утонуть», запутавшись в разнообразии звучащих сигналов. И действительно, обилие разработанных видов цифровой любительской радиосвязи просто поражает. Разработчики регулярно «выдают на гора» очередные «революционные» виды связи. Впрочем, «народ неглуп», и, наигравшись с новинками, как правило, более или менее регулярно использует режимы, имеющие наиболее востребованные для любительской радиосвязи характеристики. Таких режимов, кстати, не так уж и много: RTTY45,5 бод, BPSK31 или BPSK63, SSTV.
В последнее время на KB некоторые радиолюбители довольно активно работают в режимах WSPR и JT65-HF, базовые протоколы которых изначально разрабатывались для проведения радиосвязей с отражением сигналов от Луны.
Время рано или поздно расставляет все режимы «по своим местам» — еще совсем недавно пакетная радиосвязь по протоколу АХ.25 (PACKET) была очень популярна, а сейчас на KB остались единичные радиостанции, обеспечивающие форвардинг информации.
AMTOR, PACTOR, CLOVER, G-TOR, МТ63 — названия этих цифровых режимов уже ничего не говорят новой генерации «любителей цифры».
В настоящее время режим RTTY нечасто применяется для проведения повседневных радиосвязей (исключение составляют радиоэкспедиции), а вот для работы в соревнованиях он подходит как нельзя лучше благодаря достаточно высокой помехоустойчивости частотно-манипулированного сигнала по сравнению с сигналом с фазовой манипуляцией.
Наиболее популярный режим для проведения повседневных радиосвязей — BPSK31. Его фазоманипулированный сигнал занимает очень узкую полосу (около 50 Гц), довольно помехоустойчив, а широкий набор символов позволяет общаться не только с использованием букв латинского алфавита, но и букв национальных алфавитов.
Бездумное желание увеличить скорость обмена в режиме BPSK31 привело к разработке режимов BPSK63 и BPSK125, которые для уверенного радиообмена требуют значительно большего соотношения сигнал/шум и имеют более широкую полосу частот, что приводит к ухудшению общей помехоустойчивости канала связи. К сожалению, многие радиолюбители, активно работающие цифровыми видами радиосвязи, не знают основпротоколов передачи данных используемых режимов и, соответственно, в погоне за скоростью обмена (а она в режиме BPSK125 значительно превышает скорость печати самого квалифицированного наборщика текста) выбирают далеко не оптимальные режимы.
Режим MFSK — один из самых совершенных и идеально подходит для работы и экспериментов с малой мощностью (QRP). Главное условие уверенного приёма в MFSK — очень точная настройка на сигнал корреспондента. Дальность радиосвязи не ограничена и мало зависит от фазовых искажений, федингов, QRM и многолучевого распространения радиоволн.
Цифровой режим Olivia, который разработал Pawel Jalocha, SP9VRC, потенциально очень перспективен, т.к. он пригоден для широкого спектра применений. Однако пока его используют очень ограниченно. Режим задуман для работы на KB в условиях плохого прохождения и для проведения сверхдальних радиосвязей. Автор учел некоторые недостатки режима MFSK, и протокол режима Olivia позволяет менять количество тонов от 2 до 256 и регулировать ширину полосы сигнала от 125 до 2000 Гц. В зависимости от количества тонов и ширины полосы меняется скорость передачи информации и помехоустойчивость канала связи. Одна из главных проблем при использовании этого режима — зачастую слабый сигнал не виден на индикаторе настройки, хотя уверенно декодируется. Поэтому в режиме Olivia рекомендуется работать на фиксированных частотах, что не всегда удобно на любительских KB диапазонах.
Режим Contestia отличается от Oliyia укороченным блоком данных — 32 бит (в Olivia — 64) и более компактной кодировкой символов (все латинские буквы, цифры и знаки препинания).
В режиме RTTYM кодировка символов точно соответствует старому протоколу RTTY (только латинские буквы, цифры и знаки препинания). Блок сданными имеет длину всего 16 бит, поэтому оперативность работы в RTTYM такая же, как в RTTY, но устойчивость радиосвязи и помехозащищенность режимов RTTYM 8/250 и RTTYM 4/125 значительно превосходит классический телетайп со скоростью 45,45 Бод и разносом частот 170 Гц, особенно на НЧ диапазонах. RTTYM можно считать вполне удачной заменой классического RTTY во время соревнований, да и в повседневной работе.
Режим ROS также предназначен для обмена текстовой информацией в реальном времени и базируется на последовательной односигнальной частотной манипуляции и непрерывной фазовой манипуляции. Этот режим неплохо зарекомендовал себя при проведении радиосвязей на очень большие расстояния, когда наблюдается периодическое затухание сигналов, а также в условиях сильных помех.
В режиме THROB информация передается 9-ю тонами с разносом почастоте и времени. Это достаточно эффективный метод цифрового радиообмена, позволяющий принимать сигнал в шумах. Теоретически чувствительность к слабым сигналам в режиме THROB должна быть такой же, как у MFSK, но в MFSK применяется коррекция ошибок, поэтому этот режим более эффективен.
Режим Feld HELL был разработан около 60 лет назад для военной связи в немецкой армии. Режим выгодно отличается от других тем, что использует передатчик в экономичном режиме — во время паузы несущая не излучается. Еще один большой плюс этого режима — не требуется точной настройки на сигнал корреспондента.
В режиме WSPR передатчик излучает сигнал с частотной манипуляцией (FSK), имеющий небольшую девиацию и очень низкую скорость манипуляции. Сигнал занимает полосу частот шириной всего 6 Гц, поэтому в режиме WSPR очень много радиостанций могут работать в пределах 200-герцового участка, не создавая при этом помех друг другу. Каждая передача длится менее 2 минут, а начинается в начале каждой четной минуты. Очень важно, чтобы включение передатчиков и приемников корреспондентов происходило синхронно, поэтому одно из основных слагаемых успешной работы в этом режиме — синхронизация времени персонального компьютера, например, через серверы точного времени в Интернете. Во время каждого включения на передачу передается позывной радиостанции, QTH-локатор и излучаемая мощность (в дБм).
Данные, полученные при помощи сети WSPR, могут быть использованы для определения возможных трасс прохождения сигнала по всему спектру частот, используемых радиолюбителями, позволяют прогнозировать открытие прохождения на высокочастотных диапазонах, вплоть до предсказания появления Е-спорадического прохождения.
Режим JT65-HF, разработанный на базе режима JT65 из программного пакета WSJT, также позволяет проводить на KB дальние и сверхдальние радиосвязи в режиме малой мощности. Однако приемники и передатчики корреспондентов должны работать строго синхронно в отведенное время, поэтому, как и
для многих других цифровых режимов, для реализации заложенных в них возможностей требуются синхронизация времени персонального компьютера и высокостабильный
синтезатор частот радиостанции.
Процесс проведения типовой радиосвязи в режиме JT65-HF, включающий обмен позывными и RST, может занимать до 10 мин.
Многие современные режимы цифровой любительской радиосвязи позволяют принимать сигналы, уровень которых находится ниже уровня шума. Поэтому для проведения
радиосвязей в таких режимах достаточно мощности передатчика не более 10—20 Вт. Работа с более высокой мощностью сводит на нет все усилия разработчиков этих режимов, значительно ухудшает помеховую обстановку на частотах, где проводят радиосвязи «цифрой». Основа успешной работы цифровыми видами радиосвязи — знание и умелое использование особенностей используемых режимов, а также качественная и тщательно настроенная приемо-передающая аппаратура.
Аналоговые и цифровые каналы связи
Аналоговые каналы связи являются наиболее распространенными по причине длительной истории их развития и простоты реализации. Типичным примером аналогового канала является канал тональной частоты (телефония).
Необходимость в модуляции аналоговой информации возникает, когда нужно передавать низкочастотный аналоговый сигнал через канал, находящийся в высокочастотной области спектра.
Примерами такой ситуации является передача голоса по радио и телевидению. Голос имеет спектр шириной примерно в 10кГц, а радиодиапазоны включают гораздо более высокие частоты, от 30кГц до 300МГц. Еще более высокие частоты используются в телевидении. Очевидно, что непосредственно голос через такую среду передать нельзя.
Модуляцией называется преобразование сигнала, заключающееся в изменении какого-либо его информационного параметра в соответствии с передаваемым сообщением.
Передаваемая информация заложена в управляющем (модулирующем) сигнале, а роль переносчика информации выполняет высокочастотное колебание, называемое несущим. Модуляция, таким образом, представляет собой процесс «посадки» информационного колебания на заведомо известную несущую.
Аналоговая модуляция является таким способом физического кодирования, при котором информация кодируется изменением амплитуды, частоты или фазы синусоидального сигнала несущей частоты. 
Амплитудная модуляция (AM) — модуляция при которой амплитуда несущего колебания управляется информационным (модулирующим) сигналом.
Частотная модуляция (FM) — модуляция при которой частота несущего колебания управляется информационным (модулирующим) сигналом.
Фазовая модуляция (PM) — модуляция при которой фаза несущего колебания управляется информационным (модулирующим) сигналом.
Цифровые каналы связи
К цифровым каналам связи относятся каналы ISDN, T1/E1.
При передаче дискретных данных по каналам связи применяются два основных типа физического кодирования — на основе синусоидального несущего сигнала и на основе последовательности прямоугольных импульсов. Первый способ часто называется аналоговой модуляцией или манипуляцией, подчеркивая тот факт, что кодирование осуществляется за счет изменения параметров аналогового сигнала. Второй способ обычно называют цифровым кодированием. Эти способы отличаются шириной спектра результирующего сигнала и сложностью аппаратуры, необходимой для их реализации.
Аналоговая модуляция дискретных данных
Необходимость применения аналоговой модуляции к передаче дискретных данных возникает, при необходимости передачи компьютерных данных по телефонным каналам.
Устройство, которое выполняет функции модуляции несущей синусоиды на передающей стороне и демодуляции на приемной стороне, носит название модем (модулятор — демодулятор). 
Основные способы аналоговой модуляции дискретных данных: 
При амплитудной модуляции AM для логической единицы выбирается один уровень амплитуды синусоиды несущей частоты, а для логического нуля — другой. Этот способ редко используется в чистом виде на практике из-за низкой помехоустойчивости, но часто применяется в сочетании с другим видом модуляции — фазовой модуляцией.
При частотной модуляции FM значения 0 и 1 исходных данных передаются синусоидами с различной частотой . Этот способ модуляции не требует сложных схем в модемах и обычно применяется в низкоскоростных модемах, работающих на скоростях 300 или 1200 бит/с.
При фазовой модуляции PM значениям данных 0 и 1 соответствуют сигналы одинаковой частоты, но с различной фазой, например 0 и 180 градусов или 0,90,180 и 270 градусов.
В скоростных модемах часто используются комбинированные методы модуляции, как правило, амплитудная, в сочетании с фазовой.
Цифровое кодирование каналов связи
При цифровом кодировании дискретной информации применяют потенциальные и импульсные коды.
В потенциальных кодах для представления логических единиц и нулей используется только значение потенциала сигнала, а его перепады, формирующие законченные импульсы, во внимание не принимаются. Импульсные коды позволяют представить двоичные данные либо импульсами определенной полярности, либо частью импульса — перепадом потенциала определенного направления.
Требования к методам цифрового кодирования:
- имел при одной и той же битовой скорости наименьшую ширину спектра результирующего сигнала;
- обеспечивал синхронизацию между передатчиком и приемником;
- обладал способностью распознавать ошибки;
- обладал низкой стоимостью реализации.
Более узкий спектр цифровых сигналов позволяет на одной и той же линии (с одной и той же полосой пропускания) добиваться более высокой скорости передачи данных. Кроме того, часто к спектру сигнала предъявляется требование отсутствия постоянной составляющей, то есть наличия постоянного тока между передатчиком и приемником. В частности, применение различных трансформаторных схем гальванической развязки препятствует прохождению постоянного тока.
Синхронизация передатчика и приемника нужна для того, чтобы приемник точно знал, в какой момент времени необходимо считывать новую информацию с линии связи. Эта проблема в сетях решается сложнее, чем при обмене данными между близко расположенными устройствами. На небольших расстояниях хорошо работает схема, основанная на отдельной тактирующей линии связи. 
В сетях использование этой схемы вызывает трудности из-за:
- Неоднородности характеристик проводников в кабелях. На больших расстояниях неравномерность скорости распространения сигнала может привести к тому, что тактовый импульс придет настолько позже или раньше соответствующего сигнала данных, что бит данных будет пропущен или считан повторно.
- Экономия проводников в дорогостоящих кабелях.
Поэтому в сетях применяются так называемые самосинхронизирующиеся коды. Любой резкий перепад сигнала — так называемый фронт — может служить хорошим указанием для синхронизации приемника с передатчиком.