Байланыс жүйесіндегі цифрлық сигнал және оны өткізу жолағы шектеулі арна арқылы тарату

Аналогты сигнал:

1. Формасы күрделі

2. Бұрмаланған аналогты сигналды түзету қиын, көп жағдайда мүмкін емес

3. Байланыс жолында әлсіреген аналогты сигналдар алғашқы қалпына келтірмей тек күшейтуге      болады.

4. Байланыс арнасын тығыздау мен топтау жиілікпен анықталады.

5. Көпшілікке көрсететін қызметі шектеулі.

6. Жылдамдығы Гц-пен есептеледі.

7. Элементтік базалары күрделі.

       Цифрлық сигнал:

1. Көбінесе 2-3 деңгейлі.

2. Қатесін табуға және оны түзетуге болады.

3. Байланыс жолында әлсіреген  цифрлық сигналдарды алғашқы қалпына келтіріп,сонан кейін күшейтуге болады.

4. Байланыс арнасын тығыздау мен топтау уақытпен орындалады.

5. Көрсететін қызметі әртүрлі.

6. Жылдамдығы есептеледі.

7. Интегралды микросхемаларды пайдалану мүкіншілі жоғары.Байланыс жолында әлсіреген  цифрлық  сигналдарды алғашқы қалпына келтіріп,сонан кейін күшейтуге болады.

4. Байланыс арнасын тығыздау мен топтау уақытпен орындалады.

5. Көрсететін қызметі әртүрлі.

6. Жылдамдығы есептеледі.

7. Интегралды микросхемаларды пайдалану мүмкіншлігі жоғары.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Құрылымдық байланыс жүйенің сұлбасы және элементтердің тағайындалуы.

 

 

Жіберу каналы деп  электр сигналдардың таралуы шектелген  қуаттылықпен және шектелген жолақ  жиілігі бойынша қамтамасыз етілген  техникалық құралдардың жиынтығы және тарату арналары, жалпы мағынада электрлік сигнал мағынасы уақыт бойынша және кеңістікте ауысатын электромагниттік өріс параметрі. Модуляцияның түп негізінде бір сигналдың параметрінің осы және басқа да ауысу процесінің қандай да болмасын параметрлеріндегі әсері сипатталады. Егер де таратылу сигналы өзгеретін синусойдалық кернеу және тоқпен қолданылса, онда оның параметрі деп өзінде жиілік пен бастапқы фазасы бар амплитуда мен толық фазаны айтуға болады.

 

3.1 – сурет Сигналдардың уақытша диаграммасы

а – уақыт және жағдай бойынша толассыз сигнал;

б – жағдай және уақыт  бойынша дискретті сигнал;

в – жағдай бойынша  толассыз және уақыт бойынша дискретті  сигнал;

г – жағдай бойынша  және уақыт бойынша дискретті  сигнал.

 

Аналитикалық түрде сигналдар уақыт бойынша дискретті, толассыз және аналогтық функциялар деп бөлінеді. Егер сигнал u(t) функциясы сияқты белгілі бір дискреттік мәндерді қабылдаса (мысалы, 0 және 1), онда ол жағдай бойынша дискретті деп аталады. Егер де кейбір интервалдасигнал әр түрлі мәндерді қабылдаса, ол жағдай бойынша толассыз немесе аналогты деп аталады. Уақыт бойынша сигнал дискреттілігімен берілген барлық уақыттардың мағыналарының облыстары емес, тек қана t моментінің нақты сигналын түсіну қажет. 1 – сурет осы айырмашылықтарды түсіндіреді. Мұнда а – уақыт және жағдай бойынша толассыз сигнал, б – жағдай және уақыт бойынша дискретті сигнал, в – жағдай бойынша толассыз және уақыт бойынша дискретті сигнал, г – жағдай бойынша және уақыт бойынша дискретті сигнал.

Тс сигнал ұзақтығы – уақыт бойынша  шектердің қайсысында болса да, оны Dc динамикалық диапазонмен – үлкен шапшаң қуатты сигнал қатынасы, сол ең кіші қуат қатынасында берілген сапа таратылуын нөлден ажырату керек. Fc сигнал спектрінің енінің артынан оның энергиясы шектердің қайсысында негізі шоғырланған болса соны қабылдаймыз. Байланыс техникасында спектр сигналы саналы түрде жиі қысқартылады, өйткені аппаратура мен байланыс сызығы өту жиілігі шектелген арнаға иән болады.

Хабарлама – белгілердің (символдврдың) осы және де басқа ақпараттардың алыстағы мәліметтер алмасуына тән жиынтық.

Электржелінің байланысы және оның негізгі элементтері мына 2 –  суреттегі құрылымдық сұлбада көрсетілген.

 

3.2 – сурет Электржелінің  байланыс құрылымдық сұлбасы.

 

3.2 – суретте хабарламалардың  үздіксіз тарату жүйесінің импульсті  - кодтық модуляция (ИКМ) әдісі  бойынша келтірілген құрылымдық  сұлбасы. Бұл сұлба дискретті  канал байланысы (ДКБ) арқылы  хабарламалардың үздіксіз таратылу  мәселесін шешіп береді. Берілген  құрылғы: хабарламаның көзінен (ХК), аналогты – цифрлық түрлендіргіштен (АЦТ), фазалық модулятордан, екілік дискретті канал байланысынан (ДКБ), фазалық детектордан (когерентті емес қабылдау), цифрлы – аналогты түрлендіргіштен (ЦАТ) және хабарлама алушыдан (ХА) тұрады.

Хабарламаның көзі (ХК) – қажетті небір хабарламаны a(t) сигналы түрінде жіберу объекті.

Дискретизатор (Д) – Котельник  теоремасы бойынша a(t) сигналының уақыт бойынша дискреттелуін қамтамасыз ететін құрылғы.

Кодер (Код) – сигналдың  уақыт бойынша кодтаутың дискреттелген  түрлендіргіш.

Модулятор (Мод) – кодтау импульсіндегі сигналдың түрленуін  сигнал түрінде байланыс каналға  тиісті жіберу.

Байланыс каналы сигналдың физикалық ауысуын қашықтықта байланыс желісі арқылы қамтамасыз ететін және де оған шулар мен бұрмаланулар енгізу.

Демодулятор (Дем) – сигналдың  кері түрлендіруін уақыт және сигнал жағдайындағы дискрет бойынша жіберілуін қамтамасыз ететін құрылғы.

Декодер (Дек) – сигнал жағдайының түрленуін кодтық сигналдан  дискреттіге өтуі.

Қалыпқа келтіруші - фильтр (ҚФ) – таратылған ХК–ң дискреттілген  түрден Котельник сигналынан қалыпқа  келтірілген, төменгі жиілікті фильтр (ТЖФ).

Байланыс желісі дегеніміз хабарлағыштан қабылдағышта қолданылатын сигналдың таратылуы. Таратылуы кезінде сигналға n(t) шулары мен бұрмаланулар әсер етеді.

Үздіксіз канал желілеріне мыналар тән: біріншіден, сызықтық –  шығыс сигналы таратылу сигналы  мен шуларға суперпозиция болып  келеді; екіншіден, шығыс каналындағы шулардың кіріс сигналына түспеу әсері, үшіншіден, сигнал канал желісі бойынша таратылғанда, уақыт бойынша кешігуді және деңгей бойынша өшуді төзеді. Шынайы каналдар әрқашан сигналдың бұрмалануына каналдардың уақыт бойынша өзгеру параметрлеріне ие болады.

Әр түрлі жиілік диапазонында ішкі шу аппараттары орын алады.

Шулар аддитивті және мультипликативті болып екіге бөлінеді. Аддитивті шулардың ішінде флуктациондық  бөгет ерекше орын алады.

Хабарламалардың көзі -  бұл бір объект және жүйе (бұл астарда ол адам немесе ЭЕМ, автоматтық құрылғы және т.б.), ақпараттың жағдайы және тәртібі белгілі бір арақашықтықта таратылуы. ХК-нен ақпарат таратылуының қабылдап алушыға қарастырылмаған күйде болады.

Хабарлама – ақпаратты  таныстыру формасы.

ТЖФ-де (төменгі жиілікті фильтрде) хабарлама (сигнал) басында  спектрдің кейбір жоғарғы жиіліктері фильтрланады. Осындай түрде алынған сигнал алдағы уақытта дискретизатор шығысының мына есепте , k=0,1,2…,қолданамыз. Алдағы АЦТ деңгейі бойынша хабарламалар квантталады. Кванттау деңгейі АЦТ разрядталуына тиісті. АЦТ разряды көп болған сайын үлкен сеніммен кіріс АЦТ-ке әсер етуші бастапқы аналогты сигнал түрленеді.

Бөгет дегенеміз сигналға әрбір оқыс жағдайдың әсер етуі кезінде таратылу хабарламаларының өнліріп шығуының нашар болуы. Құрылғы каналдарының желісі негізінде бөгеттер импульсті бөгеттер және желіні тоқтау бөгеті болады. Импульстік шулардың пайда болуы негізінен автоматтық коммутациямен және қиылысатын сілтеулерге тиесілі. Байланыстың үзілуі бұл сигнал тез өшіп, жоғалады жіне каналдарда пайда болады.

ТҚ шығысындағы сигнал байланыс желісіне барып түседі, нәтижесінде  бөгеті қойылады және ҚҚ (қабылдап алушы құрылғысы) жіберілген сигнал және бөгет ға әсер етеді. Бұндағы қабылдап алынған сигнал фильтрленіп, детекторге жіберіледі.

Демодуляция нәтижесінде, қабылданған  сигналдан ақпарат параметрінің өзгеру заңдылығы анықталады, біздің жағдайымызда бұл ИКМ сигналына пропорционал. Тіркелу үшін таратылатын екілік символдардың фазалық демодуляторының шығысына шешуші құрылғы (ШҚ) қосылған. Іс-әрекет шуларының шартында ШҚ мәнді өз алдында екі мүмкін болатын қатеге алып келеді (екілік сигналдың таратылуы немесе 1) :

1 Нақтылы күйдегі - алғашқы уақыттағы мәні ШҚ болмай-ақ, сигнал болмаса да, шудың алдыңғы қойылған мәні шектен шыға алады және сигналдың бар болуы туралы қате шешім істей бастайды. Осылай бөгет болған жағдайда шулар оң полярлықта болып, сигналмен қосылады. Бұл бірінші текті қателік деп аталады.

2 Нақтылы күйдегі - алғашқы уақыттағы мәні, ШҚ қарамастан, сигнал болады, бірақ, қойылған алғашқы мән шектен шықпайды және сигналдың болмауы қабылданады. Осылай бөгет болған жағдайда шулар теріс полярлықта болады, яғни, сигналдан азайтылатын шулар болып есептеледі. Бұл қателіктің екінші түрі.

Мына қателіктің барлығы  қабылданған және таратылған кодтық комбинацияларды сәйкестендірмейді.

Таратылған үздіксіз хабарламалардағы қабылданған кодтық комбинациялар декодтауға, интерполяцияға және төменгі жиілікті фильтрацияға тап болады. Сонымен қатар, декодердегі екілік кодтаудағы комбинациялар дік деңгейлер , , қалпына келеді.

 

 

3.1.Хабарламаның көзі

 

a(t) хабарлама көзі үздіксіз тұрақты процессті ұсынады. Лездік - - ге дейінгі интервалда бірдей ықтималдықпен, ал негізгі бөліктегі қуат 0-ден - ға дейінгі жиіліктер жолағында орналасқан.

Табу керек:

1. Аналитикалық мәндерін жазып және ықтималдық тығыздығының бір өлшемді тарату заңының а(t) кездейсоқ процесінің лездік мәніндегі графигін құрастыру.
2. математикалық күтімді және а(t) процесіндегі D дисперсияны табу керек.
1. Бір өлшемді ықтималдықтың a(t) кездейсоқ процесінің лездік мәндерінің тығыздығын табу үшін оның барлық қалған интервалындағы лездік мәндері ықтималдықпен бірдей екенін ескереміз. Ықтималдықтың бұл интервалда және бұдан тыс интервалда нөлге тең тұрақты.

Тығыздықтың ішкі интервалындағы - - ге дейінгі тығыздықтағы мөлшерді мына теңдіктен анықтаймыз:

 

; ; ;

.

Осыдан кейін, кездейсоқ а(t) процесіндегі ықтималдықты таратудағы тығыздық үшін аналитикалық өрнек:

 

Бір өлшемді ықтималдықтың а(t) процесіндегі лездік мәндерінің графигін құрастырайық:

 

 

 

 

 

 

 

3.1.1 – сурет Бір өлшемді ықтималдықтың а(t) прцесіндегі лездік мәндер графигі

 

 

3.2 Аналогтық-цифрлық және цифрлық-аналогтық түрлендіргіштер

 

Мәселен, белгілі бір сигналдың (температура, ән әуені, т.б) белгілі бір уақыт аралығындағы үздіксіз өзгерісі берілсін делік. Осы сигналды цифрлық түрге түрлендіру үшін оның деңгейін белгілі бі уақыт аралықтарында (квант) белгілей отырып, соған сәйкес v(t)-ге ең жақын деген цифрлық жұбын тауып, соны өлшем ретінде пайдалануымыз керек. Мысалы, t₁ уақыт мезетіндегі v(t)=2(010) болса, t₂ кезеңінде v(t)=3(011) т.с.с.

Әрине, көріп отырғанымыздай, цифрға көшкенде айнымалы мәндерінің біз аздап болса да жоғалтып отымыз. Бірақ оның есесіне цифрлық схемалардың артықшылықтарына (мысалы, сыртқы ортадан тәуелсіздігіне, аумағының аздығына, т.б) ие боламыз.

 

3.2.1-сурет Аналогтық-цифрлық түрлендіргіштың схемасы

 

Үздіксіз аналогтық сигналдарды  күнделікті жағдайларда цифрлық  түрге ауыстырудың неше түрлі жолдары бар. Олардың ең қарапайымдарының бірі 3.2.1-суретте көрсетілген. Қарап отырған АЦТ импульстік генератордан (ИТ) (мысалы мультивибратор) реверстік санауыштан (РС), ЦАТ-тен және компаратор К-дан тұрады. Компаратордың екінші кіріс жолына кіріс кернеуі (аналогтық сигнал) vk беріледі де, ол екінші кіріс жолындағы (ЦАТ-тен шыққан) аналогтық сигналмен үнемі салыстырылып отырады. Егер vцат>vk , болса, компаратор шығысы бірінші күйінен екінші күйіне ауысып, реверстік санауышты шегеру режиміне көшіріп, vцат-ты біртіндеп азайта бастайды. vцат<vk болғанда, компаратор бірінші күйіне қайта оралып, санауышты қайтадан қосу режиміне көшіреді. Сонымен, санауыш шығыстары Q1 – Q4 үнемі кіріс сигналдарының ізін кесіп соның маңайында «1» мен «0»-дің аралығында өзгеріп отыратын болады. Сондықтан санауыш шығыстары vк сигналының цифрлық нышаны болып табылады.

Цифрлық – аналогтық түрлендіргіш. Соңғы кездерде компьютерлер техникасы өрісінің кеңеюіне байланысты, мәліметтерді циярлық түрде ӛңдеуге көп көңіл бөлініп отыр. Күнделікті кездесетін үздіксіз аналогтық сигналды (кернеу, ток, температура, т.с.с) цифрлық түрге айналдыру аналогтық-цифрлық құрылғылармен қамтамасыз етілсе, ал оларды кері түрлендіру цифрлық-аналогтық құрылғылардың міндеті.

Цифрлық-аналогтық түрлендіргіштің (ЦАТ) қарапайым схемасы 3.2.2-суретте көрсетілген. Е ток көзіне, арнайы кілттер Q1 – Q4 арқылы, шамалары екі еселеніп, үдей өсіп отыратын кедергілер тобы R – 8R қосылған. Әрбір келесі алдыңғысынан екі есе артық. Олардың жұмыс атқару режимі R>>Rж жүктемесінен ағатын ток та, оған түсетін кернеу де Rж-нің өзіне тәуелсіз болып, Q1 – Q4 кілттерімен басқарылатын R – 8R кедергілерінен ағатын токқа тікелей байланысты болады. Әрине, егер R1=R, R2=2R, R3=4R, R4=8R болған жағдайды кернеудің ең үлкен шамасы R1 кедергісіне сәйкес келеді де (өйткені ең үлкен то ағады), Q4 кілті цифрлық шаманың ең үлкен разряды болып табылады. Жалпы жүктемедегі шығыс кернеуінің шамасын былай табуға болады: Ve=e(1*Q1+2*Q2+4*Q3+8*Q4) Мұндағы е – ең төменгі разряд салмағы (сол разрядқа сәйкес келетін шама). Е шамасын белгілей отырып, кез-келген масштабта жұыс істеуге болады: Q1 – Q4 – 1 – 4 разрядтардың екілік нышандық сан мәндері. Electronics Workbench кітапханасының құрамынада жүрген ЦАТ-ның қарапайымдалған схемасы көрсетілген.