مبانی و مفاهیم اولیه مخابرات دیجیتال

صفحه 1:
بخش اول مبانی و مفاهیم اولیه مذابرات دیجیتال 

صفحه 2:
| yed Mohammad Reza Razavizadeh 

صفحه 3:
* . هدف اصلی این دوره یادآوری و بیان مفاهیم پایه مخابرات دیجیتال در حیطه های خاص برودکاست و نیز حیطه های مشترک ار تباطات مالتی مدیاء موبایل و ... با توجه به همگرائیهایی که امروزه بین وسایل ارتباطی وجود آمده و همچنان در حال توسعه میباشد. درانتهاى دوره توقع داريم شرکت کننده ضمن اینکه بتواند درک تحلیلی کیفی صحیحی از روشهای ارتباطی دیجیتال دارا شود. قادر به انجام برخی تحلیلهای کمی؛ نظیر محاسبه نرخ داده.پهنای باند. احتمال خطا و .... باشد. همه لاک 

صفحه 4:
سیستم تلمیزیون دیجیتال ‎DTV‏ ‏چرا دیجیتال؟ "کیفیت های متنوع برای کاربردها و نیازهای مختلف *ارسال ایمن, دریافت مشروط *انعطاف پذیری "استفاده بهینه از پهنای باند در این راستا پروژه 0۷8 در سپتامبر ۱۹۹۳ تحت نظر لا۴8 در اروپا شکل گرفت و بدنبال آن کشورهای صنعتی مختلفی توجه خود را به این پروژه معطوف و سبب تدوین استانداردها و متعاقبا تجهیزات آن گردید. 

صفحه 5:
سیستم تلویزیون دیجیتال ‎DTV‏ مبانی مورد نیاز؟ ۱ دراین سیستم عملیات پیچیده گسترده ایی در خصوص آماده سازی. ارسال,دریافت و بازیابی مدیا در دو بخش فرستنده و گیرنده انجام می گیرد که برای درک صحیح و توجیه منطقی هر بلوک نیاز به حداقل دانشی خواهد داشت. برای پذیرش این موضوع در شکل زير بلوک دیاگرام بخشش ارسال ۷8-۲ را آورده ایم. 

صفحه 6:
Information ‏تئوری اطلاعات(۱)‎ Theory در مخابرات آنالوگ سنجش کمی داده ها بر اساس پهنای باند . دامنه و فاز سیگنال ورودی انجام می گرفت و بر اساس این اطلاعات سیستم های فرآوری و انتقال و ... طراحی می شد. ۳ در مخابرات دیجیتال از آنجایی که اکثر سیگنالهای ورودی ذاتاًآنالوگ می باشند ولی در ادامه پس از تبدیل این دامنه های پیوسته زمان-دامنه تبدیل به سیگنالهایی گسسته زمان - دامنه خواهد شد و در نهایت با دنباله ایی از سمبلها(در باینری صفر و یک) مواجه هستیم. در ادامه خواهیم دید چگونه از پترن احتمالات حاکم بر این سمبلها انتخاب شیوه ارسال, ارزيابى سيستم و ... انجام ميشود. 

صفحه 7:
Information ‏تئوری اطلاعات(۲)‎ Theory دو جمنه زیر را در نطر بحیرید. ددامیت اطلاعات پیستری را در بر میحیرد۱ فردا صبح خورشید طلوع میکند. فردا یک گردباد بوقوع خواهد پیوست. "سنجش "اطلاعات" مبتنی بر چگونگی احتمال وقوع آن اطلاعات انجام میگیرد: اگر یک "رویداد," دارای احتمال وقوعی برابر:۴)23(<۳ باشد. آنگاه آن رویداد(6۷61) از مقدار ‎(Self-information) se)‏ برابر زیر برخورد 2 ‎=log,‏ ,و0 ۱ رویداد "حتمی" برابر "صفر " میباشد.ویژگیهای ‎SEIF-information‏ ,1 میتوا زیر خلاصه نمود: 0 ‎i [Pot‏ ‎١ =‏ 1 روما مقط ‎[ere ge‏ "در حالت باینری و بازای احتمال وقوع مساوی سمبلهای"!"و"۰" خواهیم داشت: ‎P(x) =P(4)=1124, =, =lo9,2= tht‏ 

صفحه 8:
نمونه های از کاربرد مخابرات دیجیتال(۱) Analog Digital ai Signal ctor) Modem °F ‏سق‎ 

صفحه 9:
نمونه های از کاربرد مخابرات دیجیتال(۲) HDTV Jacuzzi HDTV Normal Stream 16 Mbps Digital Radio (DAB) ‘Autor:Sey Raza Slide 9 

صفحه 10:
نمونه های از کاربرد مخابرات دبجیتال(۲) HDV ™ qs Caggeorder HD Display Packets MPEG-2 TS hi on 1EEE1394 Interface 1 ‏بخ‎ ‎« ‏د‎ ‏ام‎ a Packetizer and ‘acketizer MPEG2 Decoder RTP Packets | واحد دری واحد ارسال 

صفحه 11:
نمونه های از کاربرد مخابرات دیجیتال(۴) ja Broadcasting (T-DMB [— Portable ie Ie ell phone ‘Audio Lap top/Pc 5 ‏و‎ ‎hammad Reza 2strial Digital Multimedi oo Satellite ‏ع مع رت زد‎ oo | Terrestrial DMB 

صفحه 12:
مبانی مخابرات دیجیتال Analog __ Analog Data Transducer -* or ~ Signal Digital Digital Data] Transducer —* Digital Signal ‎“Data” cols *‏ - 0۵۱09 مقادیر پسیوسته دادم هایینظیر"صونشوردما و ...۳ - ا۵اأوآ0: :مادیر گسسته دادم هایین ظیر"متومدد.ن ماد و ...۳ * سیگنال ‎“Signal‏ ‏7 #۸0۵۱09مولج اللكتريكىخروجىمبدلهاو! لكتريكئ:ظير "ميكروفيجويبيزع ... “ - |1918 :يكسروياسهائالكتريكىمعمولامريعى ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 

صفحه 13:
تجهیزات ذخیره داده های دیجیتال(۱) Flash Memory Floppy ‏در شکل بالا مکانهای ذخیره الا فلاپی دیسک . شامل‎ ‏برنگ قهوه ائی" و "سکتور 610۲ 56: برنگ‎ ۷: Autor:Seyed ۸ 

صفحه 14:
تجهیزات ذخیره داده های دیجیتال(۲) 

صفحه 15:
ساختار یک سیستم مخابراتی دیجیتال افزايش مان پهنای باند افزایش میزان اطلاعات بر پیت ‎Source Channel Digital‏ — ‎input transducer encoder encoder modulator‏ 1 ‎Transmitter‏ ‎wee ee ee ee ee ee ee ee ee ee ee Channel‏ Receiver Chane Digital decoder demodulator Output Output signal transducer 

صفحه 16:
شکل موجهای پایه دیجیتال(۱) 09 ) 16 واملیی!سنکه در آغاز ‎solicit‏ های دیجیتا للستفاده شد و به شبوم ۳۸۱۷ مشهور گردید 6 16 ها بالینرمیکرد طراحی‌می‌شدند که ضمرنکاشت دادم هایس لینری‌گیرنده بتولندلطاعاتتلیمینگوا از سیگ لوارده در كيرندملستخراج كند 

صفحه 17:
شکل موجهای پایه دبجیتال(۲) فرمتهای مختلف یک سیگنال ۴۸۸0۷ باینری: (a) uni-polar RZ & NRZ | i 4 (b) polar RZ & NRZ 1 (c) bi-polar NRZ (d) split-phase Manchester ۴ کر دریمان‌حضور بیتم ]: دلمنه دادد شدملسیل ‎i‏ گر درنمان‌حضور بسیتع آ. ملمنه از ۱ یسکسطح غیر صفر بسه صفر تغییر وضعیت ‎Hl‏ | بدهدو حتما ولتاژ صفر را درک نلدر | 1 شکایا خط پر نسملیش‌دادد شدملسی ۲ id Mote slide 1 

صفحه 18:
ویژگی های شکل موجهای باند پایه Parameter | sipolar | Polar] مولفه :19 تنها در ‎I>‏ ارن دامنه ‎DC ailgo‏ فاقد انرژی ‎Power‏ ‏متناظر ۱۳" و"۰"فاقد انرژی است. است. ‎Spectrum‏ ‎Density‏ ‎Bandwidth BW=R, BW=R,(NRZ)‏ ‎BW=2R,(RZ)‏ ‏بهتر از 810013۲ 5 ‎Timing‏ Recovery 

صفحه 19:
3 Rate ‏نرخ داده‎ data, چانچه دامنه های موجود در سيحانى با 6 بيب ند ترددء ابحاة ترح بیت این سیگنال بر حسب "بیت بر ثانیه " برابر است با: ‎1/T = Symbol Rate‏ =H? k=log,M M Bho ‏تعداد‎ : 

صفحه 20:
Example ‏مثال‎ مدولاتور 1600110ائی هر ۴ بیت را به یک سمبل مدل می کند. اگر نرخ بیت این مدولاتور 641005 باشد مطلوبست: "کل تعداد نمونه هایی که این مدولاتور تولید میکند چند است؟ *در هر انیه چند سمبل تولید میشود؟ "پریود سمبل چقدر است؟ "هر بیت چه زمانی را اشغال میکند؟ پاسخ: ‎n,=4‏ >> "4=16 تعداد نمونه ها ‎R,= R,/log,M=16 ksymbol/sec‏ ‎T= 1/R,=1/16 msec‏ ‎T,= 1/R,=1/64 msec‏ 

صفحه 21:
انتقال باند پایه(885603۱۱0) داده های دیجیتال n(): PSD = LN, Taman oie Lee | ile lyf ‏بلوک‎ ‎CA )8۴ ‏داده دیجیتال باند پایه(غیر‎ نمونه ای از یک دنبله ارسالی , ‎ania‏ Autor:Seye mmad Reza Slide 21 

بخش اول مبانی و مفاهیم اولیه مخابرات دیجیتال Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh Slide 1 :مراجع کتابی Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh 2 مقدمه ‏ هدف اصلی این دوره یادآوری و بیان مفاهیم پایه مخابرات دیجیتال در حیطه های خاص برودکاست و نیز حیطه های مشترک ارتباطات مالتی مدیا ،موبایل و ...با توجه به همگرائیهایی که امروزه بین وسایل ارتباطی وجود آمده و همچنان در حال توسعه میباشد. ‏ در انتهای دوره توقع داریم شرکت کننده ضمن اینکه بتواند درک تحلیلی کیفی صحیحی از روشهای ارتباطی دیجیتال دارا شود ،قادر به انجام برخی تحلیلهای کمی؛ نظیر محاسبه نرخ داده،پهنای باند ،احتمال خطا و ....باشد. ‏Slide33 ‏Slide ‏Autor:Seyed Mohammad Reza ‏Razavizadeh سیستمتHلویHزیون دیجیتال ‏DTV چرا دیجیتال؟ ‏کیفیت های متنوع برای کاربردها و نیازهای مختلف ‏ارسال ایمن ،دریافت مشروط ‏انعطاف پذیری ‏استفاده بهینه از پهنای باند در این راستا پروژه DVBدر سپتامبر 1993تحت نظر EBU در اروپا شکل گرفت و بدنبال آن کشورهای صنعتی مختلفی توجه خود را به این پروژه معطوف و سبب تدوین استانداردها و متعاقبا تجهیزات آن گردید. 4 ‏Autor:Seyed Mohammad Reza ‏Razavizadeh سیستم تلویزیون دیجیتال ‏DTV مبانی مورد نیاز؟ دراین سیستم عملیات پیچیده گسترده ایی در خصوص آماده سازی ،ارسال،دریافت و بازیابی مدیا در دو بخش فرستنده و گیرنده انجام می گیرد که برای درک صحیح و توجیه منطقی هر بلوک نیاز به حداقل دانشی خواهد داشت ،برای پذیرش این موضوع در شکل زیر بلوک دیاگرام بخش Hارسال DVB-Tرا آورده ایم. 5 ‏Autor:Seyed Mohammad Reza ‏Razavizadeh Information تئوری اطالعات()1 ‏Theory در مخابرات آنالوگ سنجش کمی داده ها بر اساس پهنای باند ،دامنه و فاز سیگنال ورودی انجام می گرفت و بر اساس این اطالعات سیستم های فرآوری و انتقال و ...طراحی می شد. در مخابرات دیجیتال از آنجایی که اکثر سیگنالهای ورودی ذات ًا آنالوگ می باشند ولی در ادامه پس از تبدیل این دامنه های پیوسته زمان-دامنه تبدیل به سیگنالهایی گسسته زمان -دامنه خواهد شد و در نهایت با دنباله ایی از سمبلها(در باینری صفر و یک) مواجه هستیم. در ادامه خواهیم دید چگونه از پترن احتماالت حاکم بر این سمبلها انتخاب شیوه ارسال ،ارزیابی سیستم و ...انجام میشود. 6 ‏Autor:Seyed Mohammad Reza ‏Razavizadeh Information تئوری اطالعات()2 ‏Theory دو جمله زیر را در نظر بگیرید ،کدامیک اطالعات بیشتری را در بر میگیرد؟ فردا صبح خورشید طلوع میکند. فردا یک گردباد بوقوع خواهد پیوست. ‏سنجش” Hاطالعات“ مبتنی بر چگونگی احتمال وقوع آن اطالعات انجام میگیرد :اگر یک ”رویداد “xiدارای احتمال وقوعی برابر P(xi)=Piباشد،آنگاه آن رویداد( )eventاز مقدار اطالعاتی( )self-informationبرابر زیر برخوردار است: ‏توجه داریم که مقدار اطالعات self-informationبرای ضریب احتمال“ “1یا یک رویداد ”حتمی“ برابر“صفر“ میباشد.ویژگیهای self-informationرا میتوان بصورت زیر خالصه نمود: ‏در حالت باینری و بازای احتمال وقوع مساوی سمبلهای””1و” ”0خواهیم داشت: ‏Slide 7 ‏Autor:Seyed Mohammad Reza ‏Razavizadeh )1(نمونه های از کاربرد مخابرات دیجیتال Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh Slide 8 )2(نمونه های از کاربرد مخابرات دیجیتال HDTV Normal Stream 16 Mbps Jacuzzi HDTV Digital Radio (DAB) Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh Slide 9 )3(نمونه های از کاربرد مخابرات دیجیتال HDV Camcorder … TS Packets HD Display MPEG-2 TS Analog 720/30p IEEE1394 Interface … واحد ارسال … Packetizer RTP Packets Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh … IP Network Packetizer and MPEG2 Decoder واحد دریافت Slide 10 )4(نمونه های از کاربرد مخابرات دیجیتال estrial Digital Multimedia Broadcasting (T-DMB) CAR AV Mobile Satellite (ITU-R DMBSystem E) PDA Portable Cell phone Broadcasti ng Station Audio Terrestrial DMB Lap top/PC Fixed Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh Slide 11 مبانی مخابرات دیجیتال • داده ”“Data وت ور،د ما و “...؛ – :Analogم قادیر پ یوسته داده هایین ظیر“ص ،ن – : :Digitalم قادیر گ سسته داده هایین ظیر“م تن،ع دد،ن ماد و “...؛ • سیگنال““Signal لکتریکی ظیر ”م یکروفن،دورب ینو “.... ،ن بدلهای ا – :Analogامواج ا لکتریکیخروجیم لسهای لکتریکیم عموال مرب عی ا – :Digitalی کس ریپ ا ‏Slide 12 ‏Autor:Seyed Mohammad Reza ‏Razavizadeh تجهیزات ذخیره داده های دیجیتال()1 ‏Flash ‏Memory ‏Floppy ‏Drive در شکل باال مکانهای ذخیره اطالعات یک فالپی دیسک ،شامل ”تراک Track:برنگ قهوه ائی“ و ”سکتور :sectorبرنگ زرد“. ‏Slide 13 ‏Autor:Seyed Mohammad Reza ‏Razavizadeh )2(تجهیزات ذخیره داده های دیجیتال DVD Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh Slide 14 ساختار یک سیستم مخابراتی دیجیتال افزایش میزان راندمان پهنای باند افزایش میزان اطالعات بر بیت افزایش Hمیزان مصونیت نویز ‏Transmitter ‏Receiver ‏Slide 15 ‏Autor:Seyed Mohammad Reza ‏Razavizadeh شکل موجهای پایه دیHجیتال()1 ‏HیHنHتقاHلدادHه Hهای ‏HیHسHتکHHه در آغاز بHHرا ا Line CodingواژHه HاHی ا ‏HسHتفادHه HشHد و بHHه شHیوه PAM HمHشهور گHHردHید. ‏Hل دHیHجیتا ا ضHمنHHگاشHت ن Line Codeها بHHااHیHنروHیHکرد طHراHحHیمHیشHدند کHHه ‏HالعاتHHایHمینگرا از سHیگناHلواردHه Hدر ت دادHه HهایبHHایHنریگHHیرنده HبHHتواHنداHط گHHیرنده HاHسHتخراHج کHHند. 16 ‏Autor:Seyed Mohammad Reza ‏Razavizadeh شکل موجهای پایه دیجیتال()2 فرمتهای مختلف یک سیگنال PAMباینری: & (a) uni-polar RZ ‏NRZ (b) polar RZ & NRZ (c) bi-polar NRZ (d) split-phase ‏Manchester ‏Hیت ،TbداHمHنه :NRZاHگر درزHمانحHضور ب، H ‏HینHHمایHش غHیر صHفر بHHماند(Hدر شHکلبHHا خHطچ ن ‏Hت دادHه HشHده HاHس ). ‏Hیت ،TbداHمHنه از :RZاHگر درزHمانحHضور ب، H یHکسHطح غHیر صHفر بHHه صHفر تHHغییر وHضHعیت بHHدهد و حHتما وHلHتاژ صHفر را درHککHHند(Hدر ‏Hت شHکلبHHا خHطپHHر نHHمایHشدادHه HشHده HاHس ). ‏Autor:Seyed Mohammad Reza ‏Slide 17 ‏Razavizadeh ویژگی های شکل موجهای باند پایه Parameter Bipolar Polar Power Spectrum Density فاقد انرژیDC مولفه .است تنها در حالت تقارن دامنهDC مولفه .”فاقد انرژی است0”” و1“ متناظر Bandwidth BW=Rb BW=Rb(NRZ) BW=2Rb(RZ) Timing Recovery بد Bipolar بهتر از Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh 18 data rate ‏Rate نرخ داده ‏data چنانچه دامنه های موجود در سیگنالی با kبیت کد گردد ،آنگاه نرخ بیت این سیگنال بر حسب“بیت بر ثانیه“ برابر است با: 1/T = Symbol Rate ‏k=log2M :تHHعHداد سHمبلها M ‏R=k/T ‏HنHطHالعاتHیکHHه در واHحد زHمانعHبور مHیکند bit rate: مHیزا ا تHHعHداد واHحداHطHالعاتگHHذرHنده Hدر واHحد زHما :ن )boud (Bd ‏Slide 19 ‏Autor:Seyed Mohammad Reza ‏Razavizadeh Example مثال مدوالتور16QAMائی هر 4بیت را به یک سمبل مدل می کند ،اگر نرخ بیت این مدوالتور 64kbpsباشد مطلوبست: ‏کل تعداد نمونه هایی که این مدوالتور تولید میکند چند است؟ ‏در هر ثانیه چند سمبل تولید میشود؟ ‏پریود سمبل چقدر است؟ ‏هر بیت چه زمانی را اشغال میکند؟ پاسخ: 20 : “M=24=16” >> ns=4تعداد نمونه ها ‏Rs= Rb/log2M=16 ksymbol/sec ‏Ts= 1/Rs=1/16 msec ‏Tb= 1/Rb=1/64 msec ‏Autor:Seyed Mohammad Reza ‏Razavizadeh انتقال باند پایه( )Basebandداده های دیجیتال بلوک دیاگرام یک سیستم انتقال داده دیجیتال باند پایه(غیر )RF نمونه ای از یک دنباله ارسالی دیجیتال ‏Slide 21 ‏Autor:Seyed Mohammad Reza ‏Razavizadeh