مبانی مخابرات

مبانی مخابرات

اسلاید 1: به نام خدامبانی مخابراتفصل اولمقدمهرشته مخابرات یکی از رشته های مهندسی برق می باشد. اکثر سیستم های گیرنده- فرستنده از سیستم های مخابراتی بهره می گیرند. این سیستم ها شامل یک فرستنده و یک گیرنده و یک کانال مخابراتی می باشند.

اسلاید 2: یکی از ساده ترین سیستم های مخابراتی سیستم صدای انسان می باشد که شکل آن در زیر آمده است.در این سیستم حنجره انسان به عنوان فرستنده و گوش انسان به عنوان گیرنده و نخ به عنوان کانال عمل می کند. همچنین صدا به عنوان پیام عمل می کند.TRANSMITTER فرستنده =RECEIVER=گیرندهCHANNEL=کانالMESSAGE=پیام

اسلاید 3: در زمان های قدیم بشربرای ارتباط با یکدیگر از علائمی از قبیل دود، صدای طبل، انعکاس نور استفاده می کرده است.کاربرد این روش ها بعد مسافت را زیاد می کرده است ولی پیام به صورت محرمانه باقی نمی ماند. سر انجام در سال 1876 الکساندربل اولین سیستم تلفن را اختراع کرد.با پیشرفت علم مخابرات سیستم های بی سیم اختراع شد و سرانجام سیستم تلفن همراه به صورت متنوع ایجاد شد. با استفاده از تلفن همراه می توان پیام متنیSMS ، پیام کوتاه صوتی VMS، پیام کوتاه چندرسانه ایMMS فرستاد.مخابرات نوری در حالت فعلی جای گزین سیستم های مخابراتی سیمی شده است و باعث پیشرفت زیادی در مخابرات با سیم شده است.اجزای سیستم های مخابراتی و نحوه ارتباط رادیوییهر سیستم مخابراتی از اجزای زیر درست شده است.1- فرستندهTRANSMITTER2- گیرنده RECEIVER 3- کانال CHANNEL

اسلاید 4: در سیستم مخابراتی ساده، فرستنده دهان انسان و گیرنده گوش انسان و کانال هوا می باشد.در زیر سیستم مخابراتی رادیویی نشان داده شده است. در این سیستم از طریق آنتن فرستنده امواج به فضا ارسال می شود و از طریق آنتن گیرنده امواج از فضا گرفته می شود. کانال مخابراتی فضای بین فرستنده و گیرنده می باشد. باید دقت کرد امواج با سرعت نور حرکت می کنند و کانال مخابراتی تحت تاثیر عوامل محیطی قرار دارد.Antennaآنتن=

اسلاید 5: عوامل موثردر سیستم های مخابراتیسیگنال های مخابراتی از هنگام تولید ، ارسال و دریافت مسیرهای متفاوتی طی می کنند لذا تحت عواملی ناخواسته قرار گرفته و دست خوش تغییرات می شوند. این عوامل عبارتند:1- تضعیف2-اعوجاج3- نویز4- تداخلAttenuation تضعیف سیگنال تولید شده پس از ارسال از کانال، در گیرنده ضعیف می شود.اگر این سیگنال خیلی ضعیف شود قابل بازسازی نیست.

اسلاید 6: Distortion اعوجاج اعوجاج به معنی تغییر شکل دادن است. سیگنال با عبور از کانال ممکن است تغییر شکل پیدا کند در این حالت در سیگنال اعوجاج بوجود می آید.

اسلاید 7: NOISE نویز یا اغتشاش نویز عبارت است سیگنال الکتریکی غیر تصادفی و تصادفی پیش بینی نشده که در داخل یا خارج سیستم تولید می شود. حرارت یک نوع نویز داخلی است. منابع انسانی ، مدارهای کلید زنی و جرقه زنی، خطوط ولتاژقوی نویز خارجی می باشند.تداخل Interferenceتداخل به معنی تاثیر گذاری ناخواسته نویز روی سیستم های مخابرات می باشد. در شکل های زیر سیگنال و نویز و تداخل نشان داده شده است.

اسلاید 8: اعوجاج و نویز روی قسمت های مختلف اثر می گذارند و تداخل ایجاد می کند.

اسلاید 9: دسته بندی فرکانس هافرکانس های مختلف در مدارهای الکترونیکی رفتارهای مختلفی از خود نشان می دهند. همین رفتار متفاوت باعث می شود هر کدام کاربرد خاصی داشته باشند و دسته بندی می شوند. ابتدا واحدهای فرکانس نام برده می شود.

اسلاید 10: تقسیم بندی عمومی فرکانس هاتفسیم بندی فرکانس ها دارای تنوع زیاد دارند لذا به تفسیم بندی کلی اشاره می شود.

اسلاید 11: تقسیم بندی فرکانس ها به روش دیگرفرکانس های کم و رادیویی را به محدوده های کوچکتری تقسیم بندی می کنند.در این روش توان های ده در سه ضرب شده است.

اسلاید 12: محدوده فرکانسی هایی که باید به خاطر سپردمحدوده فرکانس های زیر را باید به خاطر سپرد.1- سیگنال DC: فرکانس آن صفر است و بیشتر به عنوان منبع تغذیه به کار می رود.2- فرکانس ده تا یک کیلو هرتز:این فرکانس ها در مولد قدرت و نیروگاها و خطوط انتقال به کار می روند.3- فرکانس های صوتی: این فرکانس ها در محدوده 20 هرتز تا 20کیلو هرتز می باشند. این فرکانس ها در محدوده گویش و شنوایی انسان قرار دارند.4- امواج اولتراسونیک یا ماورای صوت: این امواج در محدوده 20 کیلو هرتز تا 2 مگاه هرتز می باشند. برای کنترل از راه دور استفاده می شود.5- فرکانس های تصویر یا ویدئو: این فرکانس ها در محدوده 50 هرتز تا 5 مگاه هرتز قرار دارد و فرکانس های تصویر و ویدئو را تشکیل می دهد.6- فرکانس رادیویی خیلی کمVLF :این فرکانس ها در محدوده 3کیلو هرتز تا 30کیلو هرتز می باشند. امروزه به عنوان سیگنال رادیویی مورد استفاده قرار نمی گیرد.7- فرکانس رادیویی کمLF: این فرکانس ها در محدوده 30کیلو هرتز تا 300 کیلو هرتز قرار دارند. در گیرنده های قدیمی استفاده می شده است.

اسلاید 13: 8- فرکانس های رادیویی متوسط:محدوده این فرکانس ها 300 کیلوهرتز تا 3 مگا هرتز می باشند.باند موج متوسط رادیو را پوشش می دهد.9- فرکانس رادیویی زیاد HF : محدوده این فرکانس ها سه تا سی مگاه هرتز می باشد.موج کوتاه رادیورا تشکیل می دهد.10- فرکانس رادیویی خیلی زیاد VHF : محدوده این فرکانس ها 30 مگا هرتز تا 300 مگا هرتز می باشد. فرکانس رادیویی آماتور و کانال های تلویزیون را تشکیل می دهد. 11- فرکانس رادیویی خیلی خیلی زیاد : محدوده این فرکانس 300 مگا هرتز تا 3 گیگا هرتز می باشد. کانال UHF تلویزیون و موبایل را تشکیل می دهد.12- فرکانس رادیویی فوق العاده زیادSHF : محدوده این فرکانس 3 گیگا هرتزتا 30 گیگا هرتزمی باشد. 13- فرکانس رادیویی بی نهایت زیادEHF: محدوده این فرکانس 30 گیگا هرتزتا 300 گیگا هرتزمی باشد. SHFو EHF باند میکروویو را تشکیل می دهد.14- امواج نورانی: فرکانس های بیشتر از 1000 گیگا هرتز را شامل می شود.طیف نور مرئی و غیر مرئی تشکیل می دهد.

اسلاید 14:

اسلاید 15: تجزیه و تحلیل شکل موج و طیف فرکانسی شکل موج را می توان در دو حوزه نشان داد. این دو حوزه عبارتند:1- حوزه زمان2- حوزه فرکانسحوزه زمانهرگاه امواج الکتریکی را بر اساس تغییرات دامنه بر حسب زمان رسم شود سیگنال در حوزه زمان ترسیم می شود. باید توجه کرد در حوزه زمان محور افقی بر حسب زمان و محور عمودی بر حسب دامنه درجه بندی می شوند.

اسلاید 16: حوزه فرکانسهرگاه امواج الکتریکی را بر اساس تغییرات دامنه بر حسب فرکانس رسم شود سیگنال در حوزه فرکانس ترسیم می شود. باید توجه کرد در حوزه فرکانس محور افقی بر حسب فرکانس و محور عمودی بر حسب دامنه درجه بندی می شوند.دستگاه طیف نما Spectrum analizerدستگاه طیف نما دستگاهی است که توسط آن می توان مجموعه ای از مولفه های فرکانسی را مشاهده و اندازه گیری کرد. این دستگاه برای مشاهده و جداسازی مجموعه از فرکانس هایی که به طور همزمان به ورودی اعمال می شوند به کار می رود.

اسلاید 17: در صورتیکه بخواهیم چند سیگنال سینوسی را روی یک دستگاه مختصات نشان دهیم از حوزه فرکانس استفاده می کنیم. در این حوزه ارتفاع هر خط قائم دامنه سیگنال را نشان می دهد.هر خط قائم در حوزه فرکانس را مولفه فرکانسی گویند.مجموعه فرکانس های نشان داده شده روی یک محور مختصات، طیف فرکانسی گویند.

اسلاید 18: در شکل زیر نحوه عمل کرد طیف نما نشان داده شده است. در ورودی طیف نما یک فیلتر قابل تنظیم وجود دارد.

اسلاید 19: در شکل زیر فیلتر طیف نما روی 250 کیلو هرتز تا یک مگاه هرتز تنظیم شده است. لذا طیف آن به صورت شکل ب می باشد.

اسلاید 20: یک طیف نما اطلاعات زیر را به ما تحویل می دهد.1- تعداد سیگنال های سینوسی و فرکانس آنها چقدر است؟2- کدام سیگنال سینوسی بیشترین دامنه را دارد؟3- کدام سیگنال سینوسی کمترین دامنه را دارد؟جواب 1-تعداد سیگنال سه و فرکانس آنها 4 ، 6.5 و8 مگا هرتز2- 6.5 مگا هرتزی3- 4 مگا هرتزی6mv4mv2mv

اسلاید 21: نمایش موج مربعی روی طیف نمااگر یک موج مربعی با فرکانس 1 مگا هرتز به یک طیف نما وصل کنیم تعدادی مولفه های فرکانسی در صفحه دستگاه نمایش داده می شود. فرکانس این مولفه ها عبارتند از 1، 3، 5، 7 و... مگا هرتز می باشد. این فرکانس ها مضارب فرد فرکانس اصلی می باشند.مضارب زوج و فرد فرکانس اصلی را هارمونیک گویند. Harmonicاز جمع لحظه ای دامنه هارمونیک ها سیگنال اصلی بدست می آید.A(t1) = B(t1) − C(t1) + D(t1(به دلیل کم بودن تعداد هارمونیک ها سیگنال دارای اعوجاج می باشد.

اسلاید 22:

اسلاید 23: طیف فرکانسی صوتابتدا موج را تعریف می کنیم. اگر یک سنگ را داخل آب بیندازیم در آب دایره های هم مرکزی درست می شود که رفته رفته بزرگ می شود. این دایره ها روی آب حرکت می کند. به عبارت دیگر این دایره ها موج می باشند. امواج می توانند انرژی را منتقل کنند.موج: هرگونه اختلال در یک محیط را موج گویند.

اسلاید 24: صوتمجموعه ای از ارتعاشات مکانیکی را صوت گویند.وقتی به یک صفحه فلزی یک ضربه می زنیم ، صفحه مرتعش می شود. ارتعاش صفحه هوای اطراف خود را به ارتعاش در می آورد. ارتعاش هوا به صورت موج منتشر شده و به گوش ما می رسد.پرده گوش انسان نیز مرتعش شده و انسان صدا را می شنود. شکل زیر نحوه انتشار صوت در دیاپازون را نشان می دهد. هنگامی که دامنه صدا بیشترین دامنه را دارد مولکول های هوا فشرده و وقتی که کمترین دامنه را دارد مولکول های هوا باز می شوند.

اسلاید 25: بلندی صوتاگر به یک تار ضربه بزنیم ، تار مرتعش می شود پس از مدتی احساس می کنیم که صدا تضعیف شده است.دامنه سیگنال صوتی را بلندی صوت گویند. هر چه دامنه سیگنال صوتی بزرگ تر باشد صوت بلند تر است.انرژی صوتهمه امواج از جمله صوت انرژی را از یک نقطه به نقطه منتقل می کنند. اگر دامنه و فرکانس صوت معین باشند انرژی صوت معین است. انرژی صوت به فرکانس و محیطی که صوت در آن منتشر می شود بستگی دارد.مقدار انرژی صوت در واحد زمان را توان صوت گویند.شدت صوتمقدار توان صوتی در واحد سطح را شدت صوت گویند.شدت صوت بر حسب میکرو وات بر متر مربع یا وات بر سانتی متر مربع سنجیده می شود.

اسلاید 26: ارتفاع یا آهنگ صوتگوش انسان می تواند صداهای با یک شدت را تشخیص دهد. تفکیک صداها بر اساس زیر و بم صورت می گیرد.عاملی زیر و بم صوت را تعیین می کند را اتفاع یا آهنگ صوت گویند.پس ارتفاع صوت به فرکانس آن بستگی دارد.هر چه فرکانس بیشتر باشد صوت زیرتر و هرچه فرکانس کمتر باشد صوت بم تر

اسلاید 27: طنین صوتاگر تارهای صوتی یکسان را در ویلون و گیتار استفاده کنیم و این تارها شرایط یکسانی داشته باشند. صداها های متفاوتی تولید می کنند. این تفاوت مربوط به عاملی به نام طنین می باشد.طنین زمانی به وجود می آید که فرکانس اصلی با هارمونیک آن ترکیب شود. صوت حاصل در دیاپازون و یک تار صوتی طنین ندارد.حنجره انسان فرکانس های 20 هرتز تا 7.5 کیلو هرتز را تولید می کند. محدوده فرکانسی قابل شنوایی انسان 20 هرتز تا 20 کیلو هرتز می باشد.ابزار موسیقی فرکانس های 30 هرتز تا 15 کیلو هرتز را تولید می کنند.

اسلاید 28: محدوده فرکانسی صوت و طیف آناگر صدای انسان به انرژی الکتریکی تبدیل شود و به یک طیف نما داده شود. طیف فرکانسی صوت ظاهر می شود.

اسلاید 29: در طیف فرکانسی صدای مرد فرکانس های بالا وجود ندارد یا اگر وجود داشته باشد دامنه آن بسیار کم است.در طیف فرکانسی صدای کودک فرکانس های کم وجود ندارد یا اگر وجود داشته باشد دامنه آن بسیار کم است.