Цифрлық байланыс жүйелерінің элементтері

Цифрлық байланыс жүйелерінің элементтері 

               Сандық байланыс жүйесінде сигналды  өңдеу және тарату

1. Цифрлық  байланыс жүйелерінің негізгі  элементтері және функционалды  сұлбасы.

2. Цифрлық сигналдар және олардың негізгі параметрлері.

3. Сигнал тұрлері, кездейсоқ  және детерминирленген негізгі  сипаттамалары мен параметрлері: спектрлік тығыздық, автокорреляция, өзара корреляция, ортогоналды.

2.1 суретте келтірілген функционалды сұлбада сигналдың таралуын және қарапайым сандық байланыс жүйесінде (DCS) оның өңделу кезеңі көрсетілген.

    Диаграмманың жоғарғы бөлігі  – форматтау, көзді (источник) кодтау, шифрлеу, каналдық кодтау, нығыздау, импульстік модуляция,  жолақтық модуляция, спектрдің  кеңеюі және көптеген басқа  да мүмкіндіктер - сигнал көзінен  таратқышқа дейінгі жолда сигналды  түрлендіреді.

    Диаграмманың төменгі бөлігі  – қабылдағыштан акпаратты алушыға  дейінгі жолда сигналдың түрленуі, негізінде ол жоғарғы бөлікке  қарама- қарсы. 

    2.1- суретте жүйенің жоғарғы (таратқыш) және төменгі (қабылдағыш) бөліктерінің  блок ұқсастығы көрсетілген. Таратқышта  орны бар сигнал өңдеу деңгейлері  қабылдағыш деңгейлеріне кері  болып келеді.

    2.1-суретте көрсетілген сигнал  өңдеудің негізгі блоктарын қарастырамыз. DCS жүйесі үшін тек қана форматтау,  модуляциялау, демодуляциялау/детекторлеу  және синхронизациялау деңгейлері  керекті болып саналады.

    Форматтау шыққан ақпаратты биттерге түрлендіреді, осылайша DCS жүйесімен ақпарат және сигналды өңдеу функциясының үйлесімділігін қамтамасыз етеді. Суреттің осы нүктесінен импульсті модуляция блогыны дейін ақпарат биттер ағынының түрінде болады.

2.1-сурет.  Цифрлық байланыстың функционалдық  сызбасы

    Модуляция бұл  хабарлама символы  және арна символдары (егер арналық  кодтау пайдаланылса) мәліметтерді  тарату арнасы қоятын талаптармен  үйлесетін сигналдарға түрленетін үрдіс. Импульсті модуляция – бұл тағы бір керекті деңгей, себебі таратылатын әрбір сигналды басында екілік түрден видеосигналға (модуляцияланған сигнал) түрлендіру керек. «Видеосигнал» термині спектрі тұрақты құраушыдан басталып кейбір соңғы мәнмен (әдетте, бірнеше мегегерцтен артық емес) аяқталатын сигналды анықтайды. Импульстік-кодтық модуляция блогы әдетте минималды өткізу жолағын алу мақсатымен фильтрацияны қосады. Екілік символдарды өңдеу үшін импульстік модуляцияны қолдану кезінде қорытынды екілік сигнал РСМ-сигнал деп аталады. РСМ-кодталған сигналдардың бірнеше түрі бар; телефон байланысынының қосымшасында бұл сигналдар арна коды деп аталады.

    Төменде цифрлық байланыс саласында  жиі қолданылатын кейбір негізгі  терминдер келтірілген. 

    Ақпарат көзі (information source). Ақпаратты DCS жүйесі арқылы тарататын құрылғы. Ақпарат көзі аналогты және дискретті болуы мүмкін. Аналогты көздің шығысы үзіліссіз амплитуда диапазонының кез келген мәніне ие болуы мүмкін, ал дискретті көздің шығысы көптеген амплитудалардың соңғы мәндеріне ие болады. Аналогты ақпарат көздері цифрлық ақпарат көздеріне дискреттеу және кванттау арқылы түреленеді.

Мәтіндік хабарлама (textual message). Символдардың реттілігі. Мәліметтердің цифрлық таратылуы кезінде хабарлама өз кезегінде символ немесе алфавиттің түпті жиынына жататын цифр және символдардың реттілігін білдіреді.

Белгі(character) Алфавит элементі немесе символдар жиынтығы. Белгілер екілік сандардың реттілігімен көрінуі мүмкін. Белгіні кодтау үшін қолданылатын бірнеше стандартты кодтар бар, олардың ішінде ASCII (ақпарат алмасу үшін американдық стандарттық код), код EBCDIC (ақпарат алмасуға арналған кеңейтілген екілік код),  Холлерит коды, Бордо коды, Муррей коды және код Морзе (әліппе)

Екілік сан (binary digit) (бит) (bit). Барлық  сандық жүйелер үшін бастапқы ақпарат бірлігі. «бит» термині ақпарат көлемінің бірлігі ретінде де қолданылады.

Биттер ағыны (bit stream). Екілік сандардың реттілігі ( ноль және бірлік). Биттер ағынын көбіне видиосигнал немесе төменгі жиілікті сигнал деп атайды; бұл спектр құраушылары тұрақты құраушылармен белгілі бір соңғы мәнде орналасқан. Ол мән әдетте бірнеше мегагерцпен аспайды.

     Символ (symbol) (сандық  хабарлама) (digital message).  Символ – біртұтас жүйе ретінде қарастырылатын k бит тобы. Әрі қарай бұл блокты символдар немесе алфавиттердің соңғы жиынынан тұратын  хабарлама символы (message symbol) m_i (i=1, …, M)  деп атайтын боламыз. Алфавит көлемі М 2^k-ға тең, бұл жердегі k –символдағы бит саны. Төменгі жиілікпен  (baseband) берілгенде әр m_i символ видиоимпульстің g₁(t), g₂(t),…, g_M(t) жиынының бір бөлігі ретінде беріледі. Кейде мұндай импульстердің кезектесіп берілуі                 кезінде        импульстерді тарату (сигналдарды тарату)  жылдамдығын сипаттау үшін бод (baud) бірлігі қолданылады

Сандық сигнал,  сандық мағына беретін ток күші немесе кернеу деңгейімен сипатталатын сигнал. Сигнал сипаттамасы (  импульс үшін- амплитуда, ұзақтық және қалпы немесе синусоида үшін- амплитуда, жиілік және фаза) оны әліппенің соңғы символы ретінде идентификациялауға мүмкіндік береді.

Мәлімет тарату жылдамдығы (data rate). Бұл шама секундына бит (бит/с)  R=k/T=(1/T)log₂M (бит/с) формуласымен беріледі, бұл жерде k битті М=2^k – әліппе символы анықтайды, Т – k-биттік символының ұзақтығы.

Детерминделген және кездейсоқ  сигналдар.

Сигналдарды детерминделген ((при отсутствии неопределенности относительно его значения в любой момент времени) кез-келген уақытта белгілі бір мәні болады)және кездейсоқ деп бөлуге болады. Детерминделген сигналдар мына формуламен сипатталады: x(t)=5cos 10t. Кездейсоқ  сигнал үшін мұндай формула жазу мүмкін емес. Кездейсоқ сигналды ұзақ уақыт бойы қадағалау барысында ықтималдылық және ортастатистикалық  терминдермен сипаттауға келетін кей заңдылықтар байқалады. Кездейсоқ процесстің ықтималдық сипатталу формасы байланыс жүйесіндегі сигналдар мен шуылдарды сипаттау үшін пайдалы.

     Сигналдың спектрлік тығыздығы энергия немесе сигнал қуатының жиілік диапазоны бойынша реттелуімен сипатталады. Осы түсінік байланыс жүйелеріндегі фильтрацияны қарастырғанда ерекше маңызға ие болады. Біздің фильтр шығысындағы сигнал мен шуылды (шум) бағалауға мүмкіндігіміз болуы керек. Осындай бағалау өткізгенде энергияның спекрлік тығыздығы немесе қуаттың спектрлік тығыздығы қолданылады.

Энергетикалық сигналдың автокорреляциясы. Корреляция – бұл қиыстыру процесі, ал автокорреляция сигналдың өзінің кешіккен нұсқасымен қиыстыруы.