Арна мен сигналдың физикалық сипаттамаларының келісілуі. Арна байланысының деректерді тасымалдау жүйелерінің негізі

Пән: Информатика, Программалау, Мәліметтер қоры
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі

Семей қаласының Шәкәрім атындағы мемлекеттік университеті

СӨЖ

Тақырыбы: Арна мен сигналдың физикалық сипаттамаларының келісілуі. Арна байланысының деректерді тасымалдау жүйелерінің негізі.

Орындаған: Оразканов Б. Б.

Тексерген: Кожахметова Д. О.

2015

Жоспары:

Кіріспе.
Сигналдар.
Байланыс арнасы туралы түсінік.
Байланыс арналарының математикалық модельдері.
Пайдаланылған әдебиеттер.

Кіріспе.

Беріліс арнасы - берушіден алушыға сигналды жіберу үшін қолданылатын физикалық орта. Сымсыз байланыс арнасы ретінде атмосфера болуы мүмкін (бос кеңістік) . Екінші жағынан, сым арқылы байланысты ала отырып, телефондық арна физикалық орта қатарымен, оптикалық талшық кәбелін және сымсыз арнаны қолданады (мысалы, микротолқынды радиоарна) . Ақпарат жіберу үшін қолданылатын кез-келген физикалық ортаға тән, электрондық құралдар арқылы құрылатын аддитивті жылулық шу ықпал ететін механизмдерден жіберілетін сигналға кездейсоқ зақымдалуы мүмкін, өндірістік бөгет ықпалы (мысалы, автомобильдің оталдыру жүйесінің бөгеті), атмосфералық бөгет ықпалы (мысалы, күннің күркіреуі кезіндегі найзағайдың электрлік разрядтары) және т. б. Цифрлық байланыс жүйенің кіріс жағында цифрлық демодулятор жіберілген сигналды бағалайтын (екілік немесе М - позициялық), арнамен өзгеріске ұшыраған жіберілетін сигналдың жұмыс істейді және оны сан тіркесіне айналдырады. Осы сандар тізбегі қабылданған деректің мазмұнынан арналық код білімін және артықшылығын қолдана отырып, бастапқы ақпараттық тізбекті қалпына келтіріп, арналық детекторға келіп кіргізеді. Қорытынды кезеңде, аналогты шығыс қаралған кезде, қорек көзі декодері шығыстық кезекті декодер каналынан қабылдаған кезде, және берілісте қолданған қорек көзін кодтау әдісінің білімін қолдана отырып, қорек көзінің бастапқы қалпына келтіруге тырысады. Декодерлеу қатесі және хабар көзінің кодердегі мен декодердегі мүмкін болатын құбылмалы хабар көзінің декодерінің шығысындағы сигнал хабар көзінің шығысыны соғады.

Сигналдар.

Кернеу немесе ток деңгейімен сипатталатын цифрлық сигнал (импульс - таржолақты берілісте немесе синусоида - жолақты берілісте), цифрлық символдың мәнін беруші. Сигнал сипаттамасы (импульс үшін - амплитуда, ұзақтық және орны немесе синусоида үшін - амплитуда, жиілік және фаза) оны алфавиттің соңғы бір символы ретінде белгілейді. 1 - суретте жолақты цифрлық сигналдың мысалы келтірілген. Сигнал синусоидты болғанмен, оның аналогты түрі бар, бәрібір ол цифрлық информация кодтағандықтан цифрлық деп аталады. Берілген суретте цифрлық мағына әрбір Т интервалдағы белгілі жиілік сигналына бағытталған.

1- сурет - Жолақты цифрлық сигнал

Деректердің беріліс жылдамдығы. Бұл R = k/T=(1/T) log ₂ M (бит/с) формуласымен берілетін бит секундтағы бірлік (бит/с) . К битке М=2 ^к - символдық алфавиттен сигнал анықтайды, мұндағы Т - к-биттік сигналдың ұзақтығы.

Сигналдар классификациясы . Сигналды детерминделген (кез келген уақыттағы оның мағынасы анықталмаған болса) немесе кездейсоқ, кері жағдайда. Детерминделген сигналдар x(t) =5cos10t математикалық өрнегімен моделденеді. Кездейсоқ сигнал үшін осындай өрнек жазу мүмкін емес. Негізінен, кездейсоқ сигналды бақылаған кезде ( кездейсоқ процесс деп те атауға болады) жеткілікті периодтағы уақытта кейбір заңдылықтар байқалады, оларды ықтималдылықпен және орташа статистикалықпен сипаттауға болады. Осындай модель, кездейсоқ процестегі ықтималдылық сипаттама формасында, сигнал сираттамасы және байланыс жүйесіндегі шу сипаттамасына пайдалы.

Периодты және периодтық емес сигналдар . X(t) сигналы уақыт бойынша периодты, егер Т ₀ >0 тұрақтысы бар болған жағдайда, x(t) =x(t+T ₀ ) -∞<t<∞ үшін, t арқылы уақыт белгіленген. Бұл шарт қанағаттандыратын Т ₀ ең кіші мағынасы x(t) сигналының периоды деп аталады. Т ₀ периоды x(t) фурциясының толық бір циклдағы ұзақтығын анықтайды. (2. 1) өрнегін қанағаттандыратын Т ₀ мағынасы болмайтын жағдайдағы сигнал периодты емес деп аталады.

Аналогты және дискретті сигналдар . x(t) аналогты сигналы үзіліссіз уақыт функциясы болып табылады, яғни, x(t) барлық t үшін анықталады. Электрлік аналогты сигнал физикалық сигнал (мысалы, мағына) кейбір құрылғы электрлік сигналға айналғанда пайда болады. Теңдік үшін, х(кТ) дискреттік сигналы дискретті уақыт аралықта сигнал болып, әрбір уақыт кТ моментінде анықталатын сандар тізбегін сипаттайды. Мұндағы к - бүтін сан, ал Т - белгіленген уақыт аралығы.

Энергия немесе қуат арқылы берілетін сигналдар . Электрлік сигналды R кедергісіне берілетін кернеу өзгерісі v(t) немесе i(t) тогының p(t) қуаты арқылы елестете аламыз:

p(t) =v ² (t) /R (1)

немесе

p(t) =i ² (t) R. (2)

Байланыс жүйелерінде қуат көбінесе нормаланады (Rкедергісі 1 Ом-ға тең, бірақ реалды арнада ол кез келген бола алады) . Қуаттың тура мағынасын алу үшін, ол “денормаланған” нормаланған мағыналық жол арқылы алынады. Нормаланған жағдайда (1. 2) және (1. 3) теңдіктері бірдей түрде болады. Осыдан, сигнал кернеуден немесе токтан берілгеніне қарамастан, нормаланған форма бізге қуатты төмедегі формула арқылы білдіруге мүмкіндік береді:

p(t) =x ² (t) , (3)

мұндағы x(t) - кернеу немесе ток.

Байланыс арнасы туралы түсінік .

Байланыс арнасы жіберу құрылғысы және қабылдағыш арасындағы байланысты қадағалайды. Физикалық арна электр сигналын өткізетін екісымды немесе ақпарат акустикалық жолмен берілетін немесе ақпарат антенна арқылы байланысатын бос кеңістіктен, ақпараттың орнын модульденген күннің сәулесі немесе суішілік мұхит арнасың ауыстыратын шыныталшықты бола алады. 2. 1 сурет-Бағыттағыш жүйелерімен байланыс арналарына арналған

жиіліктік диапазон.

Кез келген арнамен жіберілген сигналдағы бір жалпы қиыншылық - аддитивті шу. Жалпы айтқанда, аддитивті шу көбінесе байланыс жүйесінде қолданылатын әртүрлі резистр және қатты денелі құрылғылар электрлік компоненттер ішінде пайда болады. Осы шуылдарды көбінесе жылулық шуылдар деп атайды. Басқа шу көздері және интерференция жүйе сыртында да пайда бола алады, мысалы, басқа арна қолданушылардың ауыспалы бөгеттері. Жіберілетін сигналдың қуатын көбейту арқылы шуылдың әсерін азайтуға болады. Бірақ конструктивті және басқа да практикалық ойлар жіберілетін сигналдың қуат деңгейін шектейді. Басқа базалық шек - арна жиілігінің алуға болатын жолақ кеңдігі. Жолақ кеңдігінің шегі негізінен жіберу құрылғысында және қабылдағышта қолданылатын физикалық ортаның шегімен және электрлік компонентпен байланысты. Осы екі жағдай кез келген байланыс арнасы арқылы берік жіберілген деректер санының шектеуіне әкеледі. Төменде біз кейбір бөлек арналардың мінездемесін түсіндіріп өтсем.

Сым арналары. Телефондық желі дыбыстық сигналды, сондай-ақ деректерді және бейнесигналдарды жіберу үшін сымдық жолақты пайдаланады. Виттелген сымдық булар және коаксальді кабель негізінен шектелген жиіліктік жолақтың кеңдігінің келуін қадағалайтын электромагнитті арна береді. Кәдімгідей қолданылатын телефондық сым клиентті орталық стансамен қосу үшін бірнеше мың килогерц жолақ кеңдігі бар. Басқа жағынан, коаксальді кәбільді көбінесе пайдаланылатын жолақ кеңдігінде бірнеше мегагерц жиілігі бар. 2. 1-сурет толқынсуды және оптикалық кабельді қосатын электромагниттік арнада қолданылатын жиіліктік диапазонды түсіндіреді. Осындай арнамен жіберілетін сигналдар амплитуда және фаза бойынша азаяды, одан басқа оларға аддитивтік шуыл қосылады. Виттік бу түріндегі сымдық байланыс жолағы жанынды орналасқан бу әсерінен ауыспалы бөгет интерференциясына құмар. Сымдық арна байланыс арналары арасында бүкіл қалааралық және дүние жүзі бойынша үлкен пайыз алатындықтан кең көлемді зерттеулер олардың беріліс құрылысын және амплитудалық фазалық азайту және фазалық өзгерістерін зерттеуге бағытталған.

Талшықты оптикалық арналар. Шыны талшықты жоба жасаушыға коаксальді кәбільге қарағанда бірнеше есе үлкен байланыс жүйесінің жиіліктік жолағын көрсетеді. Өткен онжылдық бойы генератор және детекторлық сигнал үшін сигнал мен жоғары берікті оптикалық құрылғы жөнделінді. Осы техникалық жетістіктер ішкі байланыс жүйесінде, сол сияқты трансатлантикалық және дүниежүзілік байланыс жүйесінің осындай арналардың тез түсінуіне мүмкіндік берді. Жиіліктік жолақтың үлкен кеңдігін алғанда талшықты оптикалық арнаға алынатын, телефондық компанияларда электробайланыстың кең диапазонын абоненттеріне ұсынысы, сөз, деректерді, факсимильді және бейнесигналдарды қоса алғанда мүмкін болды. Жіберу құрылғысы немесе модулятор талшықты оптикалық байланыс жүйесінде - жарық көзі, жарық шығарушы диод немесе лазер. Ақпарат интенсивті жарық көзінің өзгерісімен деректі сигналына ауысуымен жіберіледі. Жарық талшық арқылы жарықтық толқын сияқты өтіп, ол периодты сигналдың өшуін орнына келтіру үшін жіберіліс бағытымен көбейеді (цифрлық жіберіліс кезінде ол детектрленеді және ретрансляция арқылы қалпына келеді) .

Сымсыз (радио) арналар. Сымсыз байланыс жүйелерінде (радиобайланыс) электромагниттік энергия жіберіліс ортаға жарықтандыру орнын атқаратын антенна арқылы жіберіледі. Антеннаның физикалық өлшемі және құрылымы, ең алдымен, жұмыс жиілігіне байланысты. Электромагнитті энергияның жоғары сәулесін алу үшін, антенна өлшемі 1/10 толқын ұзындығынан үлкен болуы керек. Осыдан, радиостанция жіберілісі АМ мен берілетін, f _c = 1 МГц деп есептесек, λ = с /f _с . = 300 м толқын ұзындығы үшін кем дегенде диаметрі 30м болатын антеннаны қажет етеді. 2. 2 суретінде радиобайланыс үшін әртүрлі жиілік диапазондары көрсетілген. Электромагниттік толқындардың атмосферада және бос кеңістікте таралуын үш түрге бөлуге болады, беттік толқынның таралуы, кеңістік толқынмен таралуы, тура толқынмен таралуы. Төмен жиіліктегі және дыбыстық диапазонда, толқын ұзындығы 10 км ден артық болғанда, жер және ионосфера электромагниттік толқын таралу үшін волновод құрайды. Осы жиіліктік диапазонда байланыс сигналдары бүкіл жер шарымен таралады деуге болады. Сондықтан осы жиілік диапазондары, ең алдымен, бүкіл дүние жүзінде кемелердің жағамен навигациялық байланысында қолданылады. Осы диапазонда қол жеткілікті жиілік каналдарының жолағының кеңдігі аз (негізінен 1 . . . 10 % орталық жиілік), сондықтан, осы арнамен жіберілетін ақпарат төмен салыстырмалы жылдамдыққа ие және ол негізінен цифрлық жіберіліске тән емес.

Байланыс арналарының математикалық модельдері

1. Аддитивті шуылы бар арна.

1 сурет - Аддитивті шуылы бар арна

ең қарапайым математикалық модель. Бұл модельде s(t) жіберілетін сигналы n(t) аддитивті шуылды процесінің ықпалына ғана тәуелді. Арна арқылы өту кезінде сигнал әлсіресе, онда қабылданатын сигнал

r (t) =αs(t) +n(t) , (1)

мұндағы α- сызықты арналы сүзгінің өшу коэффициенті.

Сызықты сүзгілі арна.