مفاهیم اولیه مخابرات دیجیتال

مفاهیم اولیه مخابرات دیجیتال

اسلاید 1: مبحث: معرفی درس و مفاهیم اولیه مخابرات دیجیتال جلسه 11دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود

اسلاید 2: اهداف درسدانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود2 آشنایی با اصول و نحوه عملکرد سیستمهای مخابرات دیجیتالطراحی و انتخاب روشهای مناسب انتقال اطلاعات در شرایط انتقال مختلفآشنایی با اصول و روشهای اصلی کدگذاری و کدگشایی منابع اطلاعات دیجیتالبررسی روشهای مختلف مودگردانی دیجیتال

اسلاید 3: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود3پیشنیاز درسآشنایی با اصول تجزیه وتحلیل سیستمهای خطیآشنایی با مفاهیم آمار و احتمال مهندسیآشنایی با اصول طراحی سیستمهای مخابرات آنالوگ آشنایی مقدماتی با سیگنالهای تصادفی و نویز

اسلاید 4: کتاب درسی و مراجعدانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود4Introduction to Digital Communication, Ali Grami, Academic Press publications, 2016.Digital Transmission Engineering, 2nd Ed., John B. Anderson, IEEE Press, 2006.

اسلاید 5: بارم بندی درسدانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود5میان ترم 6 نمرهتمرین 4 نمرهپایان ترم 8 نمرهتحقیق درسی 2 نمره

اسلاید 6: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود6سرفصل مطالب درسدانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود6بخش اول: تئوری اطلاعاتمفهوم اطلاعات و آنتروپیفشرده سازی اطلاعاتروشهای کنترل خطابخش دوم: مخابرات دیجیتالارسال اطلاعات دیجیتال در باند پایهروشهای مودگردانی دیجیتال میان گذرروشهای همزمان سازیروشهای جبرانسازی کانال

اسلاید 7: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود7پیامآنچه که باید از مبدأ به مقصد مخابره شود.نوشتارصوتعکسفایل کامپیوتریفیلمصفحات وبسیگنال الکتریکی

اسلاید 8: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود8دادهفرم دیجیتال و قابل ذخیره و ارسال پیاماستانداردهای مختلف برای تبدیل پیام به داده وجود دارد.

اسلاید 9: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود9نوشتار کد اسکی ASCII : حروف الفبا انگلیسی، ارقام 0 تا 9 و علائم نگارش در قالب 128 کد 7 بیتی بیان می شد و با اضافه شدن یک بین توازن برای تشخیص خطا هر علامت در قالب یک بایت 8 بیتی ذخیره می شد.کد یکه UniCode : برای استاندارد کردن حروف سایر زبانها ابداع شد و در آخرین نسخه از 100 زبان مختلف با بیش از 110 هزار علامت پشتیبانی می کند.

اسلاید 10: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود10صوتصوت از پیام های آنالوگ است و برای تبدیل آن به داده دیجیتال از فرآیند نمونه برداری استفاده می شود.

اسلاید 11: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود11فشرده سازی اطلاعاتهدف کاهش هزینه ذخیره سازی و انتقال اطلاعات است.روش بی اتلاف مانند Zipروش دارای تلفات مانند MP3

اسلاید 12: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود12صحبتبدون فشرده سازی : PCM 64 kb/s فشرده : LTP-RPE 13 kb/s CELP 6.5 kb/s

اسلاید 13: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود13عکسبدون فشرده سازی bmpفشرده JPEG

اسلاید 14: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود14موسیقیبدون فشرده سازی wavفشرده MP3

اسلاید 15: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود15فیلمبدون فشرده سازی aviفشرده MP4

اسلاید 16: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود16صفحه وب html PHP

اسلاید 17: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود17مخابره داده تبادل داده بین مبدأ و مقصد از طریق یک محیط انتقال را مخابره داده می نامیم: ارسال اطلاعات از رایانه به چاپگر ذخیره اطلاعات روی حافظه فلشارسال برنامه های تلویزیونی بر روی ماهوارهپست الکترونیککنفرانس ویدیویی راه دور

اسلاید 18: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود18منبع اطلاعات دیجیتالمنبع

اسلاید 19: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود19نمودار بلوکی مخابره دیجیتال دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود19

اسلاید 20: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود20شکل موج سیگنال ارسالی

اسلاید 21: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود21اثر نویز کم در شکل موج سیگنال ارسالی

اسلاید 22: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود22اثر نویز شدید در شکل موج سیگنال ارسالی

اسلاید 23: بازسازی اطلاعات دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود23

اسلاید 24: مزایای مخابرات دیجیتالدانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود24قابلیت بازسازی سیگنال با کیفیت عالی ارزانتر بودن سخت افزارانعطاف پذیر بودن سیستمهای دیجیتال برای ایجاد تغییر و بهبوداطمینان پذیری بالای سیستمهای دیجیتالسهولت بیشتر در رمزنگاری و ایجاد امنیت اطلاعاتامکان ادغام انواع پیامهای مختلف(صوت، تصویر، متن، فایل داده)

اسلاید 25: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود25مشکلات مخابرات دیجیتاللزوم بکارگیری پهنای باند بیشترپیچیدگی محاسباتی زیادلزوم هماهنگ سازی فرستنده و گیرندهاز دست رفتن کامل اطلاعات در شرایط نویز زیاد

اسلاید 26: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود26کانال ارتباطی محیطی فیزیکی که قابلیت هدایت و انتشار انرژی امواج الکترومغناطیسی را داشته باشد، یک کانال ارتباطی خواهد بود.

اسلاید 27: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود27دسته بندی کانالهای ارتباطی کانالهای ارتباطی هدایت کننده انرژی نظیر کابل، تار نوری، موجبرهای ریزموج، لیزرکانالهای پخش کننده انرژی بصورت فراگیر نظیر رادیو، ماهواره، شبکه های تلفن همراه

اسلاید 28: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود28ارسال اطلاعات در کانالاطلاعات دیجیتال به شکل یک سیگنال آنالوگ، در قالب شکل موج زمان محدود الکترومغناطیسی روی کانال ارسال می شوند.

اسلاید 29: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود29بیت و سمبل

اسلاید 30: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود30شاخصه های کانال ارتباطی – پهنای باند تفاوت بین بیشترین و کمترین مؤلفه فرکانسی در طیف توان سیگنال پاسخ ضربه کانال

اسلاید 31: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود31کانال ارتباطی پائین گذر

اسلاید 32: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود32کانال ارتباطی میان گذر

اسلاید 33: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود33تأثیر محدودیت پهنای باندکانال ارتباطی

اسلاید 34: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود34ارسال باند پایه اطلاعات اگر کانال ارتباطی ما پائین گذر باشد، می توانیم اطلاعات دیجیتال را بصورت پالسهای باریک روی ان ارسال نمائیم. سئوال: تا چه حد می توانیم این پالسها را نزدیک بهم و باریک انتخاب کنیم؟

اسلاید 35: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود35تقریب پالس با سیگنال سینوسی

اسلاید 36: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود36افزایش دقت تقریب با تعداد بیشتر هارمونیکها

اسلاید 37: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود37رابطه پهنای باند کانال پائین گذر و نرخ ارسال سمبل قانون نایکویست: از یک کانال پائین گذر با پهنای باند B هرتز حداکثر 2B سمبل در ثانیه می توان عبور داد. البته اگر تعیین حدود زمانی سمبلها اهمیت زیادی داشته باشد بهتر است تعدادپالسها را به یک سوم و یا یک پنجم این مقدار کاهش دهیم.

اسلاید 38: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود38مثال

اسلاید 39: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود39ارسال اطلاعات در کانالهای میانگذر اگر کانال ارتباطی ما میان گذر باشد، نمی توان پالسهای باریک روی آن ارسال کرد. زیرا عمده انرژی پالسها در فرکانسهای پائین قرار دارد که توسط کانال حذف خواهد شد.برای ارسال اطلاعات از کانال میان گذر توسط فرآیند مودگردانی (مدولاسیون) پالسها را به باند فرکانسی مناسب انتقال می دهیم و سپس آنرا در کانال ارسال می کنیم.در گیرنده عمل عکس یعنی وامودگردانی را انجام می دهیم و پالسهای میانگذر را به پائین گذر تبدیل می کنیم.

اسلاید 40: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود40مودگردانی برای ارسال اطلاعات در کانال میانگذر

اسلاید 41: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود41رابطه پهنای باند کانال میان گذر و نرخ ارسال سمبل از آنجا که پهنای باند یک سیگنال وقتی که از باند پایه آنرا به باند میانی انتقال می دهیم دوبرابر می شود، روابط بیان شده برای کانال پائین گذر و نرخ ارسال سمبل باید اصلاح شود.قانون نایکویست: از یک کانال میان گذر با پهنای باند B هرتز حداکثر B سمبل در ثانیه می توان عبور داد. البته اگر تعیین حدود زمانی سمبلها اهمیت زیادی داشته باشد بهتر است تعدادپالسها را به یک سوم و یا یک پنجم این مقدار کاهش دهیم.

اسلاید 42: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود42اثرات نا مطلوب کانال بر سیگنال ارسالیتضعیفاعوجاجنویز

اسلاید 43: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود43تضعیف توان سیگنال ارسالی

اسلاید 44: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود44مثالی از محاسبات توان سیگنال ارسالی

اسلاید 45: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود45مثال

اسلاید 46: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود46اعوجاج Distortion

اسلاید 47: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود47نویز

اسلاید 48: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود48نسبت سیگنال به نویز SNRنسبت توان سیگنال ارسالی به توان نویز بر حسب واحد دسی بل معیاری از میزان خطرپذیری اطلاعات ارسال شده در برابر نویز می باشد.

اسلاید 49: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود49نسبت سیگنال به نویز SNR

اسلاید 50: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود50مثال

اسلاید 51: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود51شاخصه های کانال ارتباطی – ظرفیتبیشینه میزان اطلاعات که می توانیم از یک کانال ارتباطی عبور دهیم را ظرفیت آن کانال می نامیم. قبلاً اثر محدود بودن پهنای باند در ظرفیت را بصورت قانون نایکویست مشاهده کردیم.در قانون نایکویست کانال عاری از نویز در نظر گرفته شده است.نسبت سیگنال به نویز نیز در ظرفیت کانال مؤثر است.قانون شانون:

اسلاید 52: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود52مثال

اسلاید 53: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود53مثال

اسلاید 54: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود54شاخصه های ارتباطی – نرخ ارسال داده میزان اطلاعات مبادله شده در یک ارتباط را نرخ ارسال داده می نامیم. واحد نرخ ارسال بیت بر ثانیه یا بایت بر ثانیه است.

اسلاید 55: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود55مثال

اسلاید 56: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود56مثال

اسلاید 57: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود57مثال

اسلاید 58: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود58شاخصه های ارتباطی – نرخ ارسال سمبل تعداد سمبلهای ارسال شده در واحد زمان را نرخ ارسال سمبل می نامیم. واحد نرخ ارسال سمبل بر ثانیه است.

اسلاید 59: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود59شاخصه های ارتباطی – نرخ خطانسبت تعداد بیتهای خطا به کل تعداد بیتهای دریافت شده را نرخ خطا می نامیم.نرخ خطا واحد ندارد و بصورت توان منفی از ده بیان نوشت.

اسلاید 60: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود60شاخصه های ارتباطی – تأخیرdelay فاصله زمانی بین شروع ارسال اطلاعات در مبدأ تا لحظه خاتمه دریافت اطلاعات در مقصد را تأخیر می نامیم. زمان انتشار: زمانی که طول می کشد موج از مبدأ به مقصد برسد.زمان ارسال: مدت زمانی که طول می کشد یک بسته اطلاعات از فرستنده روی کانال فرستاده شود.مجموع زمانهای ارسال و انتشار برابر تأخیر ارتباط است.

اسلاید 61: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود61مثال

اسلاید 62: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود62مثال

اسلاید 63: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود63شاخصه های ارتباطی – جیترjitter تغییرات تأخیر ارتباط را جیتر می نامیم.

اسلاید 64: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود64شاخصه های ارتباطی – حاصلضرب تأخیر در پهنای باندمیزان اطلاعات در حال ارسال در کانال را مشخص می کند.

اسلاید 65: دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صنعتی شاهرود65مقایسه لینک ارتباطی با لوله