مفاهیم اولیه مخابرات دیجیتال

صفحه 1:
مبحت.: معرفی درس و مخاهیم اولیه 

صفحه 2:
اهداف درسر © آشنایی با اصول و نحوه عملکرد سیستمهای مخابرات دیجیتال طراحی و انتخاب روشهای مناسب انتقال اطلاعات در شرایط انتقال مختلف آشنایی با اصول و روشهای اصلی کدگذاری و کدگشایی منابع اطلاعات دیجیتال بررسی روشهای مختلف مودگردانی دیجیتال 

صفحه 3:
شنا: د آشنایی با اصول تجزیه وتحلیل سیستمهای خطی آشنایی با مفاهیم آمار و احتمال مهندسی آشنایی با اصول طراحی سیستمهای مخابرات آنالوگ شنایی مقدماتی با سیگنالهای تصادفی و نویز 

صفحه 4:
کتاب درسی و مراجع © Introduction to Digital Communication, Ali Grami, Academic Press publications, 2016. © Digital Transmission Engineering, 2"? Ed., John B. Anderson, IEEE Press, 2006. 

صفحه 5:


صفحه 6:
سرفصل مطالب درسر بخش اول: تئوری اطلاعات 7 مفهوم اطلاعات و آنتروپی 7 فشرده سازی اطلاعات 7 روشهای کنترل خطا بخش دوم: مخابرات دیجیتال ۶ ارسال اطلاعات دیجیتال در باند پایه 7 روشهای مودگردانی دیجیتال میان گذر 7 روشهای همزمان سازی 7 روشهای جبرانسازی کانال دانشکده برق و رباتیک -دانشگاه صنعتی شاهرود 

صفحه 7:
ply آنچه که باید از مبداً به مقصد مخابره شود. #نوشتار #صوت #عكس #فايل كامبيوترى #فيلم 'صفحات وب #سیگال الکتریکی 0 pall ‏منتفتئ‎ ARABS Sey yy os 

صفحه 8:
داده فرم دیجیتال و قابل ذخیره و ارسال پیام #استانداردهای مختلف برای تبدیل پیام به داده وجود دارد. دانشکده ابرق و زياتيك - دانشكله منتفتى هرود © 

صفحه 9:
نوشتار #كد اسكى !245001 : حروف الفبا انكليسىء ارقام ‎٠‏ تا ‎٩‏ و علائم نگارش در قالب ۸ کد ۷ بیتی بيان مى شد و با اضافه شدن يكك بين توازن براى تشخيص خطا هر علامت در قالب يكك بايت 8 بيتى ذخيره مى شد. #كد يكه ©11000الا: بياى استاندارد كردن حروف ساير زبانها ابداع شد و در آخرين نسخه از ‎٠٠١‏ زبان مختلف با بیش از ۱۱۰ هزار علامت پشتیبانی مى كند. 

صفحه 10:
صوت صوت از پیام های آنال وگ است 5 9 از پیام های 4 2 .بجیتال ار فر ای 9 الو گ است و برای تبددیل آن به داده دیجیتال از فرآیند نمونه ا دانشكده برق و رباتيك - دانشكاه نتفتئ شاهرود © 1110 40101010 ۱011 01 i 

صفحه 11:
فشرده سازی اطلاعات هدف کاهش هزینه ذخیره سازی و انتقال اطلاعات است. #روش بی اتلاف مانند 210 #روش دارای تلفات مانند ۷۱۴3 دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صتعتی شاهرود. 

صفحه 12:
صحبت PCM 64 ۱/5 : ‏#بدون فشرده سازى‎ CELP 6.5 kb/s :.3 3° =f 13 kb/s LTP-RPE 

صفحه 13:
ie #بدون فشرده سازی ۰ 000 گفترده ‎JPEG‏ 

صفحه 14:
موسیفی "#بدون فشرده سازی ‏ ۷۷/۵۷ #نترد. ‏ ۸۴3 © gpl in ‏دانشكلة‎ - Sey» jy os 

صفحه 15:
فیلم #بدون فشرده سازی ‎AVI‏ گنترده ۸۳4 

صفحه 16:
صفحه وب html © PHP ۰ دانشكده برق و رباتيك - دانشكاه ضتغتى شاهرود. © 

صفحه 17:
مخایره داده #تبادل داده بين مبدأ و مقصد از طریق یک محیط انتقال را مخابره داده می نامیم: #ارسال اطلاعات از رايانه به چاپگر #ذخيره اطلاعات روى حافظه فلش #ارسال برنامه هاى تلويزيونى بر روی ماهواره پست الکترونیک کنفرانس ویدیویی راه دور 

صفحه 18:
منبع اطلاعات دیجیتا[ ‎Xp‏ رز ما ‏رک ,۰۰ ,یک رک ۸ > ,26 ‎ ‎ 

صفحه 19:
‎I>‏ مخابره ديحيتا ‎Binary interface ‎ ‎ ‎ ‎Information ‘Source ‏لت‎ ‎Source Encoder ‎Channel ‎Encoder ‎Noise ——| Channel ‎ ‏سإ 2 ‎Information Decoder 1 Decoder ‎ ‎ ‎ ‎ved ‎Recei Source ‏ها‎ Channel | ‏یو لت‎ ‎ ‏ده ری و رارف تقلع سس مرو © ‎Ss‏ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 

صفحه 20:


صفحه 21:
( ») ثر نویز کم در شکل موج سیگنال ارسالی 

صفحه 22:
)> 6 اثر نویز شدید در شکل موج سیگنال ارسالی 

صفحه 23:
بازسازی اطلاعات Regenerated 5. Propagation distance Severely Degraded ‏ات‎ Original pulse Some distortion 

صفحه 24:
مزایای مخابرات دیجیتا[ قابلیت بازسازی سیگنال با کیفیت عالی #ارزانتر بودن سخت افزار #انعطاف يذير بودن سیستمهای دیجیتال برای ایجاد تغییر و بهبود #اطمینان پذیری بالای سیستمهای دیجیتال سپولت بیشتر در رمزنگاری و ایجاد امنیت اطلاعات #امکان ادغام انواع پیامهای مختلف(صوت» تصویر, متن» فایل داده) 

صفحه 25:
مشكلات مخابرات ديحيتا لزوم بکارگیری پهنای باند بیشتر لزوم هماهنگ سازی فرستنده و گیرنده از دست رفتن کامل اطلاعات در شرایط نویز زیاد 

صفحه 26:
کانال ارتباطی محیطی فیزیکی که قابلیت هدایت و انتشار انرژی امواج الکترومغناطیسی را داشته باشد. یک کانال ارتباطی خواهد بود. Transmission eee Cable or air 

صفحه 27:
دسته بندی کانالهای ارتباطی *_کانالهای ارتباطی هدایت کننده انرژی نظیر کابلء تار نورى» موجبرهای ریزموج لیزر *_کانالهای پخش کننده انرژی بصورت فراگیر نظیر راديوء ماهواره؛ شبکه های تلفن همراه 

صفحه 28:
ارسال اطلاعات در کانال * اطلاعات دیجیتال به شکل یک سیگنال آنال و گک» در قالب شکل موج زمان محدود الکترومغناطیسی روی کانال ارسال می شوند. Digital signal 2 Ga 7 Channel oe ee © 

صفحه 29:
‎hits set in 1s‏ نایم ‎Level 2 ‎Level 4 ‎ ‎‘@ Adigial signal withtwo levels ‎ ‎ ‎ ‎Ample ‎i Ie bits set in, Bitrate 16d My 104 Oy Oy 0۵ ۱ 00 ۱ 0۵ ۱ 10 ۱ ‏ان ی لا از دام‎ tas ' ee ‏م‎ ‎Level? ‏نت ا‎ Level i ‎ ‎‘A digital signal with four evels ‏له ‎ga‏ اهرود © ‏دانشکده برق و رباتیک ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 

صفحه 30:
شاخصه های کانال ارتباطی - پهنای باند * تفاوت بین بیشترین و کمترین مولفه ف رکانسی در طیف توان سیگنال پاسخ ضربه کانال ‘Amplitude Amplitude Amplitude for sine wave of frequency f Time 0 0 ‏سا‎ Frequency ‘a Time domain 1B Frequency domain دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صتعتی شاهرود. 

صفحه 31:
کانال ارتباطی پائین گذر Amplitude 0 fy Frequency ‘a. Low-pass channel, wide bandwidth Amplitude ° 5 Frequency B=f i Low-pass channel narrow bandwidth هانشکده پر و زياتيك - دانشكله ‎apa gta‏ © 

صفحه 32:
کانال ارتباطی میان گذر Frequency Amplitude 

صفحه 33:
تأثیر محدودیت پهنای باند کانال ارتباطی Input signal bandwidth Bandwidth supported by medium Output signal bandwidth Input signal Wide-bandwidith channel Output signal 

صفحه 34:
ارسال باند پایه اطلاعات * اگر کانال ارتباطی ما پائین گذر باشده می توانیم اطلاعات دیجیتال را بصورت پالسهای باریکک روی ان ارسال نمائیم. Sender Receiver Digital data 0101-107 Digital data 0101-107 * سئوال: تا چه حد می توانیم این پالسها را نزدیک بهم و باریک انتخاب es 

صفحه 35:
تقريب يالس , با سيككنال سينو سب , ود لا ‎sancwit‏ ‎ENA psy‏ ۱ ‎Digan ate‏ اون و اعم ان لاوا ‎yo Ta‏ ,1,0 8( | 81 ,8 ,0;0 ,10 ‎Arlo t=N/A 9-270‏ لا سر ‎Dita be te ae gta bit mie Diab ate‏ ‎poe pli to, ade‏ ۰ بر موحرم مرو ما۸ مافشكده برق و رياتيك + دانشكلة ‎gpa i‏ 

صفحه 36:
افزایش دقت تقریب با تعداد بیشتر هارمونیکها Digitat bit ateN, Analog: f= N/2and 3N/2 Oy Te Oy 1 Analog: f=N/2 ‘Analog: f= N/2.3N/2, and SN/2 دانشکده برق و رباتیک - دانشگاه صتعتی شاهرود. 

صفحه 37:
رابطه پهنای باند کانال پائین گذر و نرخ ارسال سمبل * قانون نابکویست: از یک کانال پائین گذر با پهنای باند 8 هرتز حداکثر 28 سمبل در انیه 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: 5 Bit Harmonic Harmonics Harmonics Rate 1 L3 13,5 n= 1 Kbps. B=500 Hz 2 B=2.5kHz n= 10 kbps ۶ 2 7 B=15 kHz B=25 kHz n= 100 kbps B=50 kHz B= 150 kHz B= 250 kHz دانشكده برق و رباتيك - دانشكاه ضتغتى شاهرود. 

صفحه 38:
مثال ‎What is the required bandwidth of a low-pass channel if‏ ‎we need to send 1 Mbps by using baseband transmission?‏ Solution The answer depends on the accuracy desired. a. The minimum bandwidth, is B = bit rate /2, or 500 kHz. b. A better solution is to use the first and the third harmonics with B = 3 * 500 kHz = 1.5 MHz. c. Still a better solution is to use the first, third, and fifth harmonics with B = 5 X 500 kHz = 2.5 MHz. 

صفحه 39:
ارسال اطلاعات در کانالهای میانگذر * اگر کانال ارتباطی ما میان گذر باشد» نمى توان پالسهای باریک روی آن ارسال کرد. زیرا عمده انرژی پالسها در ف رکانسهای پائین قرار دارد که توسط کانال حذف خواهد شد. * برای ارسال اطلاعات از کانال میان گذر توسط فر آیند مود گردانی (مدولاسیون) پالسها را به باند ف رکانسی مناسب انتقال مى دهیم و سپس آنرا در کانال ارسال می کنیم. 8 در گیرنده عمل عکس یعنی وامود گردانی را انجام می دهیم و يالسهاى ميانكذر را به يائين كذر تبديل مى كنيم. 

صفحه 40:
مود گردانی برای ارسال اطلاعات در کانال میانگذر Input digital signal Output digital signal Digital/analog Analog/digital converter convener Input analog signal bandwidth ‏و سس یی‎ ‘Output analog signal bandwidth f f 5 fy 5 fy Bandpass channel Micon - Input analog signal Input analog signal 0 gpl ‏منتفتئ‎ ARABS Sey» jy os 

صفحه 41:
رابطه 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 نايكويست: از يكك كانال ميان كذر با يهناى باند 8 هرتز حداكثر 8 سمبل در ثانيه مى توان عبور داد. * البته اكر تعيين حدود زمانى سمبلها اهميت زيادى داشته باشد بهتر است تعدادپالسها را به یک سوم و یا یک پنجم اين مقدار كاهش ‎“ee‏ 

صفحه 42:
اثرات نا مطلوب کانال بر سیگنال ارسالی * اعوجلج se nS Impairment causes 

صفحه 43:
تضعیف توان سیگنال ارسالی Original Attenuated ‘Amplified ۸ Mh Point 1 Point 2 Point 3 

صفحه 44:
مثالی از محاسبات توان سیگنال ارسالی ۱۹8 8 7 8 308 Point3 Transmission ium Point? Transmission Point 2 medium Point 4 

صفحه 45:
مثال ‎The Joss in a cable is usually defined in decibels per‏ ‎kilometer (dB/kim). If the signal at the beginning of a‏ ‎cable with —0.3 dB/km has a power of 2 mW, what is the‏ ‎power of the signal at 5 km?‏ ‎Solution‏ ‎The loss in the cable in decibels is 5 X (—0.3) = —1.5 dB.‏ ‎We can calculate the power as‏ 1 AB = 10 logy) =? =-1.5 9 P ‏شم‎ - 10-015 - 1 1 ‏الام 1.4 2 20.74 ,م031 ديم‎ 

صفحه 46:
Distortion ‏اعوجاج‎ Composite signal received vw Components, ‘out of phase At the receiver Composite signal sent Components, inphase ‘At the sender دانشكده برق و رباتيك - دانشكاه ضتغتى شاهرود. 

صفحه 47:
ویر Transmitted Noise Received | | Point 1 Transmission medium ‏دم‎ © gpl in ‏دانشكلة‎ - Sey» jy os 3 

صفحه 48:
SNR pe ty MR aad * نسبت توان سیگنال ارسالی به توان نویز بر حسب واحد دسی بل معیاری از میزان خطرپذیری اطلاعات ارسال شده در برابر نویز می باشد. 00 I level- Noise level (in dB) 

صفحه 49:
نسبت سيكنال به نويز ‎51١015‏ Signal Noise Signal + nojse a. Large SNR Signal Noise ۸ Signal + noise b. Small SNR 0 gpl ‏منتفتئ‎ ARABS Sey» jy os 

صفحه 50:
مثال ‎The power of a signal is 10 mW and the power of the‏ ‎noise is 1 14W; what are the values of SNR and SNR, ?‏ Solution The values of SNR and SNRig can be calculated as follows: 

صفحه 51:
شاخصه های کانال ارتباطی - ظرفیت * بیشینه 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 نوبز نیز در ظرفیت کانال مثر است. * قانون شانون: 1+ N, 

صفحه 52:
مثال We have a channel with a 1-MHz bandwidth. The SNR for this channel is 63. What are the appropriate bit rate and signal level? Solution First, we use the Shannon formula to find the upper limit. logy (1 + SNR) = 10° log, (1 +6 

صفحه 53:
مثال The signal-to-noise ratio is often given in decibels. Assume that SNRjz = 36 and the channel bandwidth is 2 MHz. The theoretical channel capacity can he calculated as SNRygp = 10 logy) SNR = SNR = 109SRet/10 eye SNR = 1036 = 3081 C= Bloga (1+ SNR)=2 X 10°X logy 3982 = 24 Mbps 

صفحه 54:
شاخصه های ارتباطی نرخ ارسال داده ۰ میزان اطلاعات مبادله شده در یکک ارتباط را نرخ ارسال داده می نامیم. . واحد نرخ ارسال بيت بر ثانيه يا بايت بر ثانیه است. © gpl in ‏دانشكلة‎ - Sey» jy os 

صفحه 55:
مثال A digitized voice channel, as we will see in Chapter 4, is made by digitizing a 4-kHz bandwidth analog voice signal. We need to sample the signal at twice the highest frequency (two samples per hertz). We assume that each sample requires 8 bits. What is the required bit rate? Solution The bit rate can be calculated as 2 x 4000 x 8 = 64,000 bps = 64 kbps 

صفحه 56:
مثال Assume we need to download text documents at the rate of 100 pages per minute. What is the required bit rate of the channel? Solution A page is an average of 24 lines with 80 characters in each line. If we assume that one character requires 8 bits, the bit rate is 100 x 24 X 80 x 8 = (636 Mbps 

صفحه 57:
مثال ‎What is the bit rate for high-definition TV (HDTV)?‏ Solution HDTV uses digital signals to broadcast high quality video signals. The HDTV screen is normally a ratio of 16 : 9. There are 1920 by 1080 pixels per screen, and the screen is renewed 30 times per second. Twenty-four bits represents one color pixel. 1920 x 1080 x 30 x 24 The TV stations reduce this rate to 20 to 40 Mbps through compression. 

صفحه 58:
شاخصه های ارتباطی - نرخ ارسال سمبل * تعداد سمبلهاى ارسال شده در واحد زمان را نرخ ارسال سمبل ‏ می نامیم. * واحد نرخ ارسال سمبل بر ثانیه است. R, =RXlog 

صفحه 59:
شاخصه های ارتباطی نرخ خطا 8 نسبت تعداد بیتهای خطا به کل تعداد بیتهای دریافت شاه را نرخ خطا می نامیم. نرخ خطا واحد ندارد و بصورت توان منفی از ده بیان نوشت. 

صفحه 60:
( ») شاخصه های ارتباطی - تأخر 0613۷ © فاصله زمانى بین شروع ارسال اطلاعات در مبداً 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 زمانى كه طول مى کشد یک بسته اطلاعات از فرستنده روى كانال فرستاده شود. #مجموع زمانهای ارسال و انتشار برابر تأخير ارتباط است. 

صفحه 61:
مثال What are the propagation time and the transinission time for a 5-Mbyte message (an image) if the bandwidth of the network is 1 Mbps? Assume that the distance between the sender and the receiver is 12,000 km and that light travels at 2.4 x 10° ns. 5 Propagation time = 12.000 * 1900 _ 59 mpg 24x 10 ‘Transmission time = 000.000 *8 _ 4p . 10° 

صفحه 62:
مثال What are the propagation time and the transmission time for a 2.3-kbyte message (an e-mail) if the bandwidth of the network is 1 Gbps? Assume that the distance between the sender and the receiver is 12,000 km and that light travels at 2.4 X 108 m/s. 2.4% 10° Propagation time = =50ms =0.020 ms 2 Transmission time = ‏شک‎ 10 

صفحه 63:
شاخصه های ارتباطی - جیتر 0۲ أأ[ تغیبرات تأخیر ارتباط را جیتر می نامیم. لضت و م 

صفحه 64:
شاخصه های ارتباطی - حاصلضرب تأخیر در پهنای باند #ميزان اطلاعات در حال ارسال در کانال را مشخص می کند. Sender Receiver Bandwidth: 1 bps Delay: 5 6 ‏السرم‎ Bandwidth x delay =5 bits ‏تس‎ ‎115 ‏ححصم‎ After 2s _ After3s | 3rd bit 2nd bit After4s | athbit | 31001 ۲ ۲ ‏ه29‎ After 5s 5th bit 4th bi 3rd bit 2nd bit ‏لد«‎ ‎1s 15 15 15 15 

صفحه 65:
مقایسه لینک ارتباطی با لوله Length:delay هانشکده پر و زياتيك - دانشكله ‎apa gta‏ ©