Дәрістердің тезистері

Тарау 1. Электрлiк байланыс жүйесінiң сұлбасы мен сипаттамалары

Дәріс 1. Электрлiк байланыс жүйесiнiң құрылымдық сұлбасы

Дәрістің сұрақтары.

1.1 Электрлiк байланыс жүйесiнiң жалпыланған құрылымдық сұлбасы.

1.2 Сұлбадағы құрылғылардың қызметтерi және негізгі мақсаттары.

1.3 Ақпарат, хабар, сигнал, байланыс арнасы деген түсiнiктері.

1.4 Сигналдардың және арналардың жалпы түрлері.

Ұсынылатын әдебиет.

1. Панфилов И.П. Теория электрической связи.- М: Радио и связь, 1991.

2. Системы электросвязи/В.П. Шувалов и др.- М: Радио и связь, 1987.

Сурет 1.1. Электрлік байланыс жүйесінің жалпы құрылымдық сұлбасы

ХШК- хабарлар шығу көзі. Үзіліссіз хабарларды шығарады.

Хабар/сигн.- хабарды сигналға түрлендіргіш. b хабарды u_a(t) бастапқы аналогтық сигналға түрлендіру үшін.

ШКК- шығу көзінің кодері. u_a(t) аналогтық сигналды u_ц(t) цифрлық сиг-налға түрлендіру үшін. Бұл аналогты-цифрлық түрлендіргіш (АЦТ). Цифрлық сигнал- бұл екілік қарапайым кодтың кодтық комбинациялардың тізбегі.

АК- арнаның кодері. Тарату дұрыстығын жоғарылату үшін. Қарапайым кодтың кодтық комбинацияларын, бөгетке орнықты (түзетуші), қателерді таба-тын және түзететін кодпен кодтайды. Цифрлық u_ц(t) сигнал, u_цк(t) цифрлық код-талған сигналға түрленеді.

Модулятор (хабарларды тарату құрылғы)- бастапқы сигналдың параметр-лерін арнаның параметрлермен сәйкестіру үшін. Төменгі жиілікті u_цк(t) цифр-лық кодталған сигналды, арнаның параметрлеріне сәйкес келетін s(t) жоғары жиілікті сигналға түрлендіреді. Модуляторда, тасушы сигналдың параметрін, u_цк(t) ақпараттық цифрлық кодталған сигналдың зыңымен озгертеді. Солай, та-

сушы сигналға таратып берілетін хабарды кіргізеді.

ШҚ- шығу құрылғы. Оған, көп жағдайда, сигналдың күшейткіші, спект-рін шектейтін жолақты сүзгі, таратқышты байланыс жолымен келістіретін құ-рылғылар. Шығысынан- күшейткен s(t) сигналы шығады.

БЖ- байланыс жолы. Сигналдарды тарату үшін физикалық ортасы.

БШК- бөгеттер шығу көзі. s(t) сигналға қосылатын (t) бөгеттер мен бұрмалануларды шығарады. Сонымен, байланыс жолымен қабылдау жағына келетін сигнал- s^(t)=s(t)+(t). Ол, тарату жағынан шыққан s(t) сигналға тура сәйкес емес.

КҚ- кіру құрылғы. Оған, көп жағдайда, бөгеттердің деңгейін төмендету ұшін жолақты сүзгі, сигналдың күшейткіші, қабылдағышты байланыс жолымен келістіретін құрылғылар. Шығысынан- s^(t) сигнал шығады.

Демодулятор- модуляциядан шығаратын құрылғы. Оның шығысынан та-рату жағындағы цифрлық кодталған сигналға сәйкес u^_цк(t) сигнал шығады. Оның, тарату жағындағы u_цк(t) сигналмен айырмашылықтары болу мүмкін (кодтық комбинацияларында қате алынған элементтері болу мүмкін).

АД- арнаның декодері. Тарату дұрыстығын жоғарылату үшін. u^_цк(t) ци-фрлық кодталған сигналдың, бөгетке орнықты кодтың кодтық комбинацияла-рын декодтап, олардың ішіндегі қате алынған элементтерін табу және түзету ұшін. Шығысынан цифрлық бастапқы u^_ц(t) сигнал шығады.

ШКД- шығу көзінің декодері. Қарапайым кодтың кодтық комбинация-ларды декодтап, u^_ц(t) цифрлық сигналды u^_a(t) бастапқы аналогтық сигналға түрлендіреді. Бұл цифрлы-аналогтық түрлендіргіш (ЦАТ).

Сигн./хабар- сигналды хабарға трлендіргіш. u^_a(t) бастапқы аналогтық сигналды b^ хабарға түрлендіреді. Қабылданған b^ хабарың, тарату жағындағы b хабардан айырмашылығы болуы мүмкін.

ХА- хабарларды алушы. Үзіліссіз хабарларды қабылдайды.

Электрлік байланыс жүйесінің әр бір нүктедегі сигналдың түрлері (сурет 1.2).

u_a(t) u_ц(t) u_цк(t) s(t)

1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0

0 t 0 t 0 t 0 t

s(t) s*'(t), s*(t) u^*_цк(t) u^*_ц(t)

1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1

0 t 0 t 0 t 0 t

u^*_a(t)

Сурет 1.2. Электрлік байланыс жүйесінің әр бір нүктедегі

0 t сигналдың түрлері

Ақпарат- хабарды жіберушіге белгілі, ал алушыға белгісіз, қоршаған әлем туралы мәліметтердің жиынтығы.

Хабар- ақпаратты көрсету және тарату әдісі.

Сигнал- таратып берілетін хабарды бейнелеп көрсететін физикалық про-цесс, хабардың материалдық тасушысы.

Аналогтық сигнал- кез келген мәнін алатын және кез келген уақыт мез-гілінде өзгеретін (деңгей және уақыт бойынша узіліссіз) сигнал.

Цифрлық сигнал- уақыт және деңгей бойынша дискреттік, екі мәнін ала-тын, екілік кодпен кодталған сигнал.

Байланыс арнасы- желілік станциялар немесе тораптар арасындағы, бел-гілі жиілік жолағында, немесе белгілі тарату жылдамдығымен бір ғана бірінші сигналды таратуын қамтамасыз ететін техникалық құралдары мен тарату орта-сының кешені.

Бөгет- пайдалы сигналға қосылып, оның ақпараттық параметрлерін өзгер-тетін және оны дұрыстап қабылдауға әсер ететін қандай болса да нәрсе.

Байланыс жүйелеріндегі түрлендіруінің тізбегі: ақпарат- хабар-сигнал-ха-

бар-ақпарат. Байланыс жүйелерінде ең басты- ақпаратты тарату. Тарату жағын-да ақпараты хабарға кіргізеді, хабарды сигналға түрлендіреді. Байланыс жүйе-нің арнамен нағыз таратып берілетін- сигнал. Қабылдау жағында сигналды ха-барға түрлендіреді, қабылдаған хабардан ақпаратты шығарады.

Сигналды, уақытта өзгеретін кернеуі деп алсақ, оны уақыт және мәні (деңгейі) бойынша сипаттауға болады (сурет 1.3).

u 1- аналогтық сигнал;

5 2- дискреттік уақыттың узіліссіз сигналы;

t 3- узіліссіз уақыттың дискреттік сигналы;

0 4- дискреттік сигнал;

5- цифрлық сигнал.

Сурет 1.3. Сигналдың жалпы түрлері

Сонда, сигналдың жалпы төрт түрі болуы мүмкін: уақыт және мәні бой-ынша үзіліссіз- аналогтық сигнал, уақыт бойынша үзіліссіз және мәні бойынша дискреттік (үзілісті)- узіліссіз уақыттың дискреттік сигналы, уақыт бойынша дискреттік және мәні бойынша үзіліссіз- дискреттік уақыттың узіліссіз сигналы, уақыт және мәні бойынша дискреттік- дискреттік сигнал. Дискреттік сигналдың бір түрі- цифрлық сигнал. Ол екі мәнін ғана алу мұмкін және уақыттың тұрақты интервалдан кейін өзгеру мүмкін.

Үзіліссіз дегені- алатын мәндерінің және уақытта өзгеретін мезгілдерінің саны шексіз болатын кезде. Үзілісті (дискреттік) дегені- алатын мәндерінің жә-не уақытта өзгеретін мезгілдерінің саны санақты болатын кезде.Сигналдың келесі түрлері болуы мүмкін- қалыпы бойынша: қарапайым (В1) және күрделі (В>>1), ақпараттығы бойынша: детерминделінген және қарапайым, сипаттама-лар бойынша: үзіліссіз, дискреттік және цифрлық.

Арнының түрі оның кірісі мен шығысындағы сигналдың түрімен байла-нысты. Сонда, арнаның 4 түрі болуы мүмкін. Аналогтық (үзіліссіз) арна: кірісі мен шығысындағы сигналдар- аналогтық. Дискреттік арна: кірісі мен шығы-сындағы сигналдар- дискреттік. Аналогты-дискреттік арна: кірісіндегі сигналы- аналогтық, ал шығысындағы- дискреттік. Дискретті-аналогтық арна: кірісіндегі сигналы- дискреттік, ал шығысындағы- аналогтық. Цифрлық арна (дискреттік арнаның түрі)- кірісі мен шығысындағы сигналдар- цифрлық.

Бақылау сұрақтары.

1.1 Ақпарат, хабар, сигнал түсініктер арасындағы айырмашылығы?

1.2 Электрлік байланыс жүйелерімен ең басты таратып берілетін не?

1.3 Дискреттік және цифрлық сигналдар арасындағы айырмашылығы?

1.4 Барлық электрлік байланыс жүйелеріне міндетті кіретін құрылғы?

1.5 Электрлік байланыс жүйенің арнамен нағыз таратып берілетін не?

Дәріс 2. Аналогтық сигналды цифрлық сигналға түрлендіру және қалпына келтіру

Дәрістің сұрақтары.

2.1 Түрлендіру операциялардың тізбектері және олардың міндеттері.

2.2 Котельников теоремасының анықтамасы және оның шарты.

2.3 Котельников теоремасының спектрлік түсініктемесі.

2.4 Котельников қатары, оның математикалық жазылуы және мағынасы.

Ұсынылатын әдебиет.

1. Панфилов и.П. Теория электрической связи.- м: Радио и связь, 1991.

2. Системы электросвязи/в.П. Шувалов и др.- м: Радио и связь, 1987.

Аналогтық (үзіліссіз) сигналды цифрлық сигналға түрлендіру үшін, ана-логты-цифрлық түрлендіргіште (АЦТ) тізбектей үш операцияны орындау керек (сурет 2.1):

Сурет 2.1. АЦТ-нің құрылымдық сұлбасы

а) аналогтық сигналды уақыт бойынша дискреттеу, яғни u_a(t) аналогтық сигналдан, Т_д дискреттеу интервалмен U_д(n·Т_д) дискреттік санақтарды алу. Бұл операция, амплитудалы-импульстік модуляция (АИМ) көмегімен орындалады. Дискреттеу операцияның міндеті: цифрлық сигналдар, дискреттік сигналдарды таратып беретін арналарды уақыт бойыншы бөлу жүйелерінде қолданылады;

б) дискреттік санақтарды мәндері (деңгейлері) бойынша кванттау, яғни дискреттік санақтардың мәндерін, ең жақын U_кв(n∙T_д) квантталған (рұқсат етіл-ген) мәндеріне теңдету. Кванттау операцияның міндеті: квантталған санақтар-ды кодтау үшін, кванттау деңгейлерінің саны санақты болу керек;

в) квантталған санақтарды кодтау, яғни квантталған мәндеріне сәйкес кванттау деңгейлерінің нөмірлерін симметриялық екілік кодпен кодтау.

Бұл үш операцияны импульсті-кодтық модуляция (ИКМ) деп атайды.

Цифрлық сигналды қалпына келтіру (аналогтық сигналға түрлендіру) үшін, цифрлы-аналогтық түрлендіргіште (ЦАТ) тізбектей екі операцияны орын-дау керек (сурет 2.2):

а) цифрлық сигналды декодтау, яғни u_ц(t) цифрлық сигналдан U_кв(n·Т_д) квантталған санақтардың тізбегін қалпына келтіру;

б) аналогтық сигналды қалпына келтіру, яғни U_кв(n·Т_д) квантталған са-нақтардың тізбегі арқылы, u_a(t) аналогтық сигналды қалпына келтіру. Бұл опе-

рация төменгі жиілікті сүзгі (ТЖС) көмегімен орындалады.

Сурет 2.2. ЦАТ-тің құрылымдық сұлбасы

Котельников теоремасының жуық анықтамасы: спектрі шектелген аналог-тық сигналды, одан Т_д=1/(2∙F_ж) интервалмен алынған дискреттік санақтар арқы-лы тура қалпына келтіруге болады. Котельников теоремасының шарты:

Т_д1/(2∙F_ж); немесе (F_д≥2∙F_ж), (2.1)

мұндағы F_ж- сигналдың шектелген спектріндегі жоғарғы жиілігі, Т_д=1/F_д.

Котельников теоремасын АИМ сигналдың спектрлік диаграммасы көмегі-мен түсіндіру (сурет 2.3).

S(ω)

1 2 3 •••

а) f

0 F_т F_ж F_д-F_ж F_д F_д+F_ж

S(ω)

•••

б) f

0 F_т F_ж =F_д-F_ж F_д F_д+F_ж=3F_ж

S(ω)

•••

в) f

0 F_т F_ж F_д F_д+F_ж

F_д-F_ж

а) F_д2∙F_ж кезінде; 1- аналогтық сигналдың спектрі;

б) F_д=2∙F_ж кезінде; 2- төменгі бүйыр жақ жолағы;

в) F_д<2∙F_ж кезінде. 3- жоғарғы бүйыр жақ жолағы.

Сурет 2.3. АИМ сигналдың спектрлік диаграммалары

F_д2∙F_ж және F_д=2∙F_ж кезінде, аналогтық сигналдың спектрі төменгі бүйыр жақ жолағымен қиылыспайды, сонымен, оны бөлек шығаруға (сигналды қалпы-на келтіруге) болады. Ал F_д<2∙F_ж кезінде, сигналдың спектрі төменгі бүйыр жақ жолағымен қиылысады, сонымен, оны бөлек шығаруға (сигналды қалпына келтіруге) болмайды.

Нақты цифрлық жүйелерінде дискреттеу жиілігін F_д2∙F_ж алады. Сонда, қабылдау жағында, квантталған санақтардан аналогтық сигналды қалпына кел-тіру кезінде, қарапайым ТЖС-ті қолдануға болады. Жиілік жолағы 0,33,4 кГц телефондық (үндес жиілікті, ТЧ) сигналдың дискреттеу жиілігі F_д=8 кГц (Т_д=125 мкс)- халық аралық стандарты. Цифрлық тарату жүйелерінің жабдық-тарын унификациялау үшін, басқа сигналдарды дискреттеу кезінде, дискреттеу жиілігі 8 кГц жиілігіне еселі болу керек.

Цифрлық ИКМ сигнал- бұл қарапайым екілік кодтың k-элементтік код-тық комбинациялардың тізбегі. Кодтың түрі- симметриялық екілік. Кодтық комбинациядағы біріншіші элемент- квантталған санақтың полярлығын кодтай-ды: оң полярлығы- «1», теріс полярлығы- «0». Келесі (k-1) элементтер- квант-тау деңгей нөмірінің екілік коды. Кодтық комбинацияның ұзындығы (элемент-тердің саны) кванттау деңгейлерінің саны бойынша анықталады:

k≥1+log₂М, эл. (2.2)

мұндағы k- бүтін саны; М- кванттау деңгейлерінің саны.

Кванттау деңгейлерінің саны:

М=U_max/+1 (2.3)

мұндағы М- бүтін саны; - кванттау қадамы (екі көрші санақтар мәндері-нің арасындағы айырымысы), В; U_max- сигналдың максимальдік мәні, В.

Бір қалыпты кванттау кезінде кванттау қадамының мәні тұрақты болады.

Котельников қатары:

U_a(t) = U(n∙T_д)Sin[2F_ж(t-n∙T_д)]/[2F_ж(t-n∙T_д)], В (2.4)

мұндағы Sin[2F_ж(t-n∙T_д)]/[2F_ж(t-n∙T_д)]- Sinх/х түрлі санақтардың ортого-нальдік функциялар; U(n∙T_д)-аналогтық сигналдың n∙T_д уақыт мезгіліндегі мәні.

ЦАТ ішінде, ТЖС кірісіне -импульске ұқсас U_кв(n·Т_д) сигналдың санағы

келсе, ТЖС шығысында Sin[2F_ж(t-nT_д)]/[2F_ж(t-nT_д)] функцияға ұқсас сигналы болады және ТЖС барлық санақтардан шыққан сигналдарды қосады. Сонымен, ТЖС шығысында аналогтық сигнал шығады (қалпына келтіріледі).

Бақылау сұрақтары.

2.1 Аналогтық сигналды цифрлық сигналға түрлендіру кезіндегі кванттау операциясы дегені не және не үшін ол керек?

2.2 Аналогтық сигналды цифрлық сигналға түрлендіргенде нағыз нені кодтайды?

2.3 Аналогтық сигналдан алынған дискреттік санақтың мәні U_д=3,7 мВ. Кванттау қадамы ∆=0,15 мВ, бір қалыпты кванттауын және симметриялық екілік кодты қолдану кезіндегі квантталган санақтың мәнін және кванттау қате-ні анықтаңыз, кодердің шығысындағы кодтық комбинацияны жазыңыз, егер ко-дердің кірісіндегі шектеу кернеуі U_шек=9,45 мВ.

2.4 Үндес жиілікті (ТЧ) сигналдың дискреттеу жиілігінің халық аралық стандарты F_д=8 кГц қалай шықты?

2.5 Спектрі шектелген аналогтық сигналы Котельников теоремасының шарты бойынша дискреттелген. Суретте дискреттелген сигналдың уақыттық диаграммасы көрсетілген. Бастапқы аналогтық сигналдың t=1 мс уақыт мезгі-ліндегі лездік мәнін анықтау керек.

U_д(t)

20

10

0 1 2 3 4 5 6 t, мс

-10

-20

Дәріс 3. Сигналдың корреляциялық функциясы мен энергетикалық спектрi. Баркер сигналдары

Дәрістің сұрақтары.

3.1 Автокорреляциялық және өзара корреляциялық функциялардың мате-матикалық жазылуы және мағыналары. Энергетикалық спектрдiң математика-лық жазылуы және мағынасы.

3.2 Корреляция интервалы және энергетикалық спектрінің нәтижелі ені.

3.3 Корреляциялық функциясы мен энергетикалық спектрдiң байланасы. Үзiлiссiз және дискреттiк сигналдардың энергиясын есептеу жолы.

3.4 Баркер сигналдардың (кодтардың) түрлерi, қасиеттерi және олардың артықшылыгы. Баркер сигналдардың автокорреляциялық функциялары.

3.5 Баркер сигналдардың жақсы корреляциялық қасиеттерiн түсiндіру.

Ұсынылатын әдебиет.