ارزیابی کیفیت انتقال سیگنال های پخش صوتی بر اساس استفاده از MCSO. ارزیابی کیفیت سیگنال های دریافتی در تحلیل طیفی UPS سیگنال های خطوط ارتباطی

آزمون دولتی

(امتحان دولتی)

سوال شماره 3 کانال های ارتباطی. طبقه بندی کانال های ارتباطی پارامترهای کانال های ارتباطی شرایط برای انتقال سیگنال از طریق یک کانال ارتباطی.

(پلیاسکین)

ارتباط دادن. 3

طبقه بندی. 5

مشخصات (پارامترهای) کانال های ارتباطی. 10

شرط انتقال سیگنال از طریق کانال های ارتباطی. 13

ادبیات. 14

ارتباط دادن

ارتباط دادن- یک سیستم ابزار فنی و یک محیط انتشار سیگنال برای انتقال پیام (نه فقط داده) از یک منبع به یک گیرنده (و بالعکس). یک کانال ارتباطی درک شده به معنای محدود ( مسیر ارتباطی) تنها رسانه انتشار فیزیکی مانند یک خط ارتباط فیزیکی را نشان می دهد.

کانال ارتباطی برای انتقال سیگنال بین دستگاه های راه دور طراحی شده است. سیگنال ها اطلاعاتی را حمل می کنند که برای ارائه به کاربر (انسان) یا برای استفاده توسط برنامه های کاربردی رایانه در نظر گرفته شده است.

کانال ارتباطی شامل اجزای زیر است:

1) دستگاه انتقال؛

2) دستگاه گیرنده؛

3) محیط انتقال با ماهیت فیزیکی مختلف (شکل 1).

سیگنال حامل اطلاعات که توسط فرستنده تشکیل می شود، پس از عبور از محیط انتقال، به ورودی دستگاه گیرنده تغذیه می شود. علاوه بر این، اطلاعات از سیگنال استخراج شده و به مصرف کننده منتقل می شود. ماهیت فیزیکی سیگنال به گونه ای انتخاب شده است که بتواند در محیط انتقال با حداقل تضعیف و اعوجاج منتشر شود. سیگنال به عنوان حامل اطلاعات مورد نیاز است، خود اطلاعات را حمل نمی کند.

عکس. 1. کانال ارتباطی (گزینه شماره 1)

شکل 2 کانال ارتباطی (گزینه شماره 2)

آن ها این (کانال) یک دستگاه فنی (تکنولوژی + محیط) است.

طبقه بندی

دقیقاً سه نوع طبقه بندی وجود خواهد داشت. طعم و رنگ خود را انتخاب کنید:

طبقه بندی شماره 1:

انواع مختلفی از کانال های ارتباطی وجود دارد که از جمله رایج ترین آنها هستند کانال های سیمیارتباطات ( هوا، کابل، راهنمای نورو غیره) و کانال های رادیویی (تروپوسفر، ماهوارهو غیره.). چنین کانال هایی به نوبه خود معمولاً بر اساس ویژگی های سیگنال های ورودی و خروجی و همچنین تغییر در ویژگی های سیگنال ها بسته به پدیده هایی مانند محو شدن و تضعیف سیگنال ها در کانال رخ می دهد.

با توجه به نوع رسانه توزیع، کانال های ارتباطی به موارد زیر تقسیم می شوند:

سیمی؛

آکوستیک؛

نوری؛

فرو سرخ؛

کانال های رادیویی

کانال های ارتباطی نیز به موارد زیر طبقه بندی می شوند:

پیوسته (در ورودی و خروجی کانال - سیگنال های پیوسته)

گسسته یا دیجیتال (در ورودی و خروجی کانال - سیگنال های گسسته)،

پیوسته گسسته (سیگنال های پیوسته در ورودی کانال و سیگنال های گسسته در خروجی)،

گسسته-پیوسته (در ورودی کانال - سیگنال های گسسته و در خروجی - سیگنال های پیوسته).

کانال ها می توانند باشند خطیو غیر خطی, موقتو مکانی-زمانی.

ممکن است طبقه بندی کانالهای ارتباطی بر اساس محدوده فرکانس .

سیستم های انتقال اطلاعات هستند تک کانالو چند کاناله. نوع سیستم توسط کانال ارتباطی تعیین می شود. اگر سیستم ارتباطی بر روی همان نوع کانال های ارتباطی ساخته شده باشد، نام آن با نام معمولی کانال ها تعیین می شود. در غیر این صورت از مشخصات ویژگی های طبقه بندی استفاده می شود.

طبقه بندی شماره 2 (جزئیات بیشتر):

1. طبقه بندی بر اساس محدوده فرکانس استفاده شده

Ø کیلومتر (LW) 1-10 کیلومتر، 30-300 کیلوهرتز؛

هکتومتری (CB) 100-1000 متر، 300-3000 کیلوهرتز.

Ø دسمتر (HF) 10-100 متر، 3-30 مگاهرتز.

Ø متر (MV) 1-10 متر، 30-300 مگاهرتز.

Ø دسی متر (UHF) 10-100 سانتی متر، 300-3000 مگاهرتز.

Ø سانتی متر (SMW) 1-10 سانتی متر، 3-30 گیگاهرتز.

Ø میلی متر (MMV) 1-10 میلی متر، 30-300 گیگاهرتز؛

Ø اعشاری (DMMV) 0.1-1 میلی متر، 300-3000 گیگاهرتز.

2. با توجه به جهت خطوط ارتباطی

- جهت دار (هادی های مختلف استفاده می شود):

Ø کواکسیال،

Ø جفت های پیچ خورده بر اساس هادی های مسی،

Ø فیبر نوری

- غیر جهت دار (لینک های رادیویی)؛

Ø خط دید؛

Ø تروپوسفر؛

Ø یونوسفر

Ø فضا؛

Ø رله رادیویی (انتقال مجدد در دسی متر و امواج رادیویی کوتاهتر).

3. نوع پیام های ارسالی:

Ø تلگراف؛

Ø تلفن؛

Ø انتقال داده؛

Ø فاکس.

4. نوع سیگنال ها:

Ø آنالوگ؛

Ø دیجیتال؛

Ø انگیزه

5. بر اساس نوع مدولاسیون (دستکاری)

- در سیستم های ارتباطی آنالوگ:

Ø با مدولاسیون دامنه؛

Ø با مدولاسیون تک باند.

Ø با مدولاسیون فرکانس.

- در سیستم های ارتباطی دیجیتال:

Ø با دستکاری دامنه؛

Ø با کلید زدن تغییر فرکانس؛

Ø با کلید زدن فاز؛

Ø با کلید زنی تغییر فاز نسبی.

Ø با کلید زنی (تک عناصر نوسان فرعی (تن) را دستکاری می کنند، پس از آن دستکاری با فرکانس بالاتر انجام می شود.

6. با مقدار پایه سیگنال رادیویی

Ø پهنای باند (B>> 1)؛

Ø نوار باریک (B "1).

7. با تعداد پیام های ارسال شده به طور همزمان

Ø تک کانال؛

Ø چند کاناله (فرکانس، زمان، تقسیم کد کانال ها)؛

8. با جهت پیام

Ø یک طرفه؛

Ø دو طرفه
9. به ترتیب تبادل پیام

Ø ارتباط سیمپلکس- ارتباط رادیویی دو طرفه، که در آن انتقال و دریافت هر ایستگاه رادیویی به نوبه خود انجام می شود.

Ø ارتباط دوبلکس- انتقال و دریافت به طور همزمان انجام می شود (کارآمدترین).

Ø نیم دوبلکس- به سیمپلکس اشاره دارد که انتقال خودکار از انتقال به دریافت و امکان درخواست مجدد از خبرنگار را فراهم می کند.

10. با روش های حفاظت از اطلاعات منتقل شده

Ø ارتباطات باز؛

Ø ارتباط بسته (مخفی).

11. با توجه به درجه اتوماسیون تبادل اطلاعات

Ø غیر خودکار - کنترل رادیویی و پیام رسانی توسط اپراتور انجام می شود.

Ø خودکار - فقط اطلاعات به صورت دستی وارد می شود.

Ø خودکار - فرآیند پیام رسانی بین یک دستگاه خودکار و یک رایانه بدون مشارکت اپراتور انجام می شود.

طبقه بندی شماره 3 (چیزی ممکن است تکرار شود):

1. با تعیین وقت قبلی

تلفن

تلگراف

تلویزیون

صدا و سیما

2. بر اساس جهت انتقال

سیمپلکس (انتقال فقط در یک جهت)

نیمه دوبلکس (انتقال متناوب در هر دو جهت)

دوبلکس (انتقال همزمان در هر دو جهت)

3. با توجه به ماهیت خط ارتباطی

مکانیکی

هیدرولیک

آکوستیک

برقی (سیمی)

رادیو (بی سیم)

نوری

4. با توجه به ماهیت سیگنال ها در ورودی و خروجی کانال ارتباطی

آنالوگ (پیوسته)

گسسته در زمان

گسسته بر اساس سطح سیگنال

دیجیتال (گسسته هم از نظر زمان و هم در سطح)

5. بر اساس تعداد کانال در هر خط ارتباطی

تک کانال

چند کاناله

و یک نقاشی دیگر در اینجا:

شکل 3. طبقه بندی خطوط ارتباطی

مشخصات (پارامترهای) کانال های ارتباطی

1. عملکرد انتقال کانال: در فرم ارائه شده است مشخصه دامنه فرکانس (AFC)و نشان می دهد که چگونه دامنه سینوسی در خروجی کانال ارتباطی در مقایسه با دامنه ورودی آن برای تمام فرکانس های ممکن سیگنال ارسالی کاهش می یابد. پاسخ فرکانس نرمال شده کانال در شکل 4 نشان داده شده است. دانستن پاسخ فرکانسی یک کانال واقعی به شما امکان می دهد شکل سیگنال خروجی را برای تقریباً هر سیگنال ورودی تعیین کنید. برای این کار باید طیف سیگنال ورودی را پیدا کرد، دامنه هارمونیک های تشکیل دهنده آن را مطابق با مشخصه دامنه فرکانس تبدیل کرد و سپس با افزودن هارمونیک های تبدیل شده شکل سیگنال خروجی را پیدا کرد. برای تأیید تجربی مشخصه دامنه فرکانس، لازم است کانال را با سینوسی های مرجع (در دامنه برابر) در کل محدوده فرکانس از صفر تا مقدار حداکثری که می تواند در سیگنال های ورودی رخ دهد، آزمایش کرد. علاوه بر این، شما باید فرکانس سینوسی های ورودی را با یک گام کوچک تغییر دهید، به این معنی که تعداد آزمایش ها باید زیاد باشد.

- نسبت طیف سیگنال خروجی به ورودی
- پهنای باند

شکل 4 پاسخ فرکانس نرمال شده کانال

2. پهنای باند: یک مشخصه مشتق از پاسخ فرکانسی است. این یک محدوده پیوسته از فرکانس است که نسبت دامنه سیگنال خروجی به ورودی از یک حد از پیش تعیین شده تجاوز می کند، یعنی پهنای باند محدوده فرکانس سیگنالی را تعیین می کند که در آن این سیگنال از طریق کانال ارتباطی بدون ارسال می شود. تحریف قابل توجه به طور معمول، پهنای باند در 0.7 حداکثر پاسخ فرکانسی اندازه گیری می شود. پهنای باند تا حد زیادی بر حداکثر سرعت ممکن انتقال اطلاعات از طریق کانال ارتباطی تأثیر می گذارد.

3. تضعیفی: به عنوان کاهش نسبی در دامنه یا قدرت یک سیگنال زمانی که سیگنالی با فرکانس معین از طریق یک کانال ارسال می شود، تعریف می شود. اغلب، در حین کار کانال، فرکانس اصلی سیگنال ارسالی از قبل مشخص است، یعنی فرکانسی که هارمونیک آن بالاترین دامنه و توان را دارد. بنابراین، دانستن تضعیف در این فرکانس برای تخمین تقریبی اعوجاج سیگنال های ارسال شده از طریق کانال کافی است. اگر تضعیف در چندین فرکانس متناظر با چندین هارمونیک اساسی سیگنال ارسالی مشخص باشد، تخمین های دقیق تری امکان پذیر است.

میرایی معمولاً با دسی بل (dB) اندازه گیری می شود و با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود: ، جایی که

قدرت سیگنال در خروجی کانال،

قدرت سیگنال در ورودی کانال

میرایی همیشه برای یک فرکانس خاص محاسبه می شود و به طول کانال مربوط می شود. در عمل، مفهوم "تضعیف خاص" همیشه استفاده می شود، یعنی. تضعیف سیگنال در واحد طول کانال، به عنوان مثال، تضعیف 0.1 دسی بل بر متر.

4. سرعت انتقال: تعداد بیت های ارسال شده از طریق کانال در واحد زمان را مشخص می کند. بر حسب بیت در ثانیه اندازه گیری می شود - bpsو همچنین واحدهای مشتق شده: کیلوبیت بر ثانیه، مگابیت بر ثانیه، گیگابیت بر ثانیه. نرخ انتقال به پهنای باند کانال، سطح نویز، نوع کدگذاری و مدولاسیون بستگی دارد.

5. ایمنی کانال از نویز: توانایی آن در ارائه انتقال سیگنال در شرایط تداخل را مشخص می کند. تداخل به دو دسته تقسیم می شود درونی؛ داخلی(نماینده نویز حرارتی تجهیزات) و خارجی(آنها متنوع هستند و به رسانه انتقال بستگی دارد). ایمنی کانال به نویز بستگی به راه حل های سخت افزاری و الگوریتمی برای پردازش سیگنال دریافتی دارد که در فرستنده گیرنده تعبیه شده است. ایمنی سر و صداسیگنال دهی از طریق یک کانال را می توان افزایش داددر هزینه کدگذاری و پردازش ویژهعلامت.

6. محدوده دینامیکی : لگاریتم نسبت حداکثر توان سیگنال ارسال شده توسط کانال به حداقل.

7. ایمنی سر و صدا: این مصونیت صوتی است، یعنی ایمنی سر و صدا.

سیستم ارتباطاتبا مجموعه ای از پارامترها مشخص می شود. آن دسته از آنها که با وابستگی یکنواخت به کیفیت سیستم مربوط می شوند، شاخص های کیفیت سیستم نامیده می شوند. هر چه مقدار شاخص کیفیت بالاتر (کمتر) باشد، سیستم بهتر (بدتر) و سایر موارد برابر است.

هنگام طراحی یک سیستم، تعداد زیادی از شاخص ها و پارامترهای کیفیت مطابق با یک معیار بهینه از پیش تعیین شده در نظر گرفته می شود. بهترین (بهینه) سیستمی در نظر گرفته می شود که با بزرگترین (کوچکترین) مقدار برخی از تابع هدف شاخص های کیفیت مطابقت دارد. شاخص های کیفیت و پارامترهای سیستم های ارتباطی به طور مشروط تقسیم می شوند:

- اطلاعاتی (مصونیت از نویز، سرعت، پهنای باند و تاخیر در انتقال اطلاعات)؛

- فنی و اقتصادی (هزینه، ابعاد کلی، وزن)؛

- نشانگرهای فنی و عملیاتی (میانگین زمان عملکرد بدون خرابی، محدوده دمای عملیاتی و غیره).

بیایید جدا کنیم شاخص هاتوصیف کردن سیستم ارتباطات از نظر انتقال اطلاعات

ایمنی صدا یکی از شاخص های اصلی کیفیت یک سیستم ارتباطی است. مصونیت نویز برای یک تداخل معین با وفاداری انتقال مشخص می شود - درجه مطابقت بین پیام دریافتی و پیام ارسال شده. هنگام ارسال پیام های پیوسته، معیار وفاداری انحراف استاندارد بین پیام های a "(t) دریافتی و a (t) ارسال شده است:

جایی که تی -زمان دریافت پیام

سیگنال اولیه ب(تی) مرتبط با پیام آ(تی) وابستگی خطی، یعنی

ب(تی) = کا(تی),

جایی که ک - ضریب تبدیل

که در آن ستاره تخمین سیگنال را نشان می دهد که با مقدار خطا با این سیگنال متفاوت است.

هرچه انحراف معیار کمتر باشد، مصونیت صوتی بالاتر است.

معیار وفاداری نیز می تواند باشد احتمال اینکه خطا ε از مقدار از پیش تعیین شده تجاوز نکندε 0:

هرچه این احتمال بیشتر باشد، مصونیت صوتی بالاتر است.

معیار وفاداری در انتقال پیام های گسسته است احتمال خطاهرچه این احتمال کمتر باشد، مصونیت صوتی بیشتر است.

حداکثر مصونیت نویز ممکن برای شرایط انتقال داده شده نامیده می شود ایمنی بالقوه نویز

یکی دیگر از شاخص های مهم کیفیت یک سیستم ارتباطی آن است توان عملیاتی،آن ها حداکثر نرخ انتقال R max مجاز توسط سیستم. با تعداد مشخص می شود نکانال های این سیستم و توان عملیاتی سیکانال ارتباطی:

برای یک کانال ارتباطی گسسته بدون تداخل

جایی که تی- مدت زمان انتقال یک شخصیت؛ متر - حجم حروف الفبا (از این پس، نماد logx عملیات لگاریتم باینری را نشان می دهد ورود به سیستم 2 ایکس.)

برای کانال ارتباط مستمر

با= Flog(l + پبا / پش) ,

جایی که اف - پهنای باند کانال؛ آرج - قدرت سیگنال؛ آرش - قدرت نویز

نرخ انتقال (و همچنین توان عملیاتی) بر حسب بیت در ثانیه اندازه گیری می شود

تاخیر انتقالزمان از شروع ارسال پیام در فرستنده تا لحظه ای که پیام بازیابی شده در خروجی گیرنده صادر می شود. این بستگی به طول کانال ارتباطی و مدت زمان تبدیل سیگنال در فرستنده و گیرنده دارد. تاخیر انتقال یکی از مهمترین شاخص های کیفیت یک سیستم ارتباطی است.

برای باندهای فرکانسی Ku و Ka، نسبت حامل به نویز C/N قبل از دمودولاسیون در گیرنده مهم است. نسبت S/N بعد از دمودولاسیون اهمیت دارد. بنابراین نسبت S/N هم به نسبت C/N و هم به ویژگی های مدولاسیون و کدگذاری بستگی دارد.

سیگنال ارسالی ممکن است به دلیل تداخل ها و اعوجاج های مختلفی که در طول انتقال آن از طریق یک کانال ارتباطی پر سر و صدا رخ می دهد، توسط دستگاه گیرنده به اشتباه درک شود. روش های مختلف کدگذاری برای بهبود ایمنی در برابر نویز استفاده می شود. بنابراین، خروجی منبع اطلاعات به یک رمزگذار پیوند متصل می شود که در آن افزونگی به سیگنال وارد می شود تا احتمال خطاهای بیت کاهش یابد. این روش تصحیح قبل از خطا (FEC) نامیده می شود و تنها روشی است که بدون درخواست ارسال مجدد داده ها، تصحیح خطا را ارائه می دهد. نرخ خطای بیت مربوط به نرخ خطای بیت (BER) رمزگشای گیرنده است. همانطور که می دانید، شاخص کیفیت سیگنال دریافتی در سیستم های انتقال دیجیتال، نسبت Eb /N 0 است که در آن مقدار مشخصی از BER به دست می آید و معادل نسبت S/N برای سیستم های دیجیتال است. .

نسبت بین C/N و Eb/N 0 که بر حسب دسی بل بیان می شود با فرمول زیر تعیین می شود:

E b /N 0 \u003d C / N + 10 log (1 / R) + 10 logDf، دسی بل (5.32)

جایی که Eb /N 0 dB - نسبت مقدار انرژی در بیت Eb (J) به چگالی شار توان نویز N 0 (W/Hz)؛ R - نرخ انتقال اطلاعات، بیت/ثانیه؛ Df باند فرکانسی اشغال شده توسط کانال، هرتز است. C/N - نسبت حامل/نویز در باند فرکانس Df، dB.

ویژگی مشخصه سیستم های دیجیتال عملی موارد زیر است: برای نسبت معینی از نرخ بیت اطلاعات به پهنای باند کانال، نسبت سیگنال به نویز وجود دارد که بالاتر از آن دریافت سیگنال بدون خطا امکان پذیر است و کمتر از آن دریافت غیرممکن است. برخلاف سیگنال‌های آنالوگ که به تدریج در معرض نویز قرار می‌گیرند، سیستم‌های دیجیتال نسبتاً در برابر نویز مصون هستند، تا جایی که سیستم تصحیح خطا دیگر نمی‌تواند به طور موثر عمل کند. در نتیجه، خرابی یا فروپاشی شدید سیستم وجود دارد. این خاصیت سیستم های دیجیتال، نیاز به درجه بندی کیفیت را از بین می برد. کیفیت سیگنال دریافتی در صورتی که سطح کل تنزل نسبت Eb/N 0 بالاتر از سطح مورد نیاز مربوط به یک سطح قابل قبول باشد، کاهش نخواهد یافت. احتمالات خطای بیت() یا یک مقدار BER مشخص. رابطه بین و Eb/N 0 به ویژگی های خاص روش مدولاسیون دیجیتال انتخاب شده بستگی دارد، بنابراین اپراتورهای ماهواره ای معمولا حداقل سطح مورد نیاز رابطه Eb /N 0 را تعیین می کنند. کیفیت عالی با BER= مطابقت دارد. BER در ورودی دی مولتی پلکسر به دو عامل بستگی دارد: کیفیت سیگنال ورودی و قدرت اصلاح کد ضد پارازیت FEC شماره FEC نشان دهنده افزونگی کد ضد پارازیت است.

نسبت سیگنال به نویز مورد نیاز برای دریافت با کیفیت بالا سیگنال دیجیتال با مقدار BER برابر با از جدول تعیین می شود.

ویژگی های خطوط ارتباطی را می توان به دو گروه تقسیم کرد:

• پارامترهای انتشار، فرآیند انتشار سیگنال مفید را بسته به پارامترهای خود خط مشخص می کنند، به عنوان مثال، اندوکتانس خطی یک کابل مسی.
• پارامترهای تأثیر، درجه تأثیر سیگنال های دیگر را بر سیگنال مفید توصیف می کنند - تداخل خارجی، تداخل سایر جفت هادی ها در یک کابل مسی.

به نوبه خود، در هر یک از این گروه ها، پارامترهای اولیه و ثانویه قابل تشخیص هستند. اولیه - مشخص کردن ماهیت فیزیکی خط ارتباطی: به عنوان مثال، مقاومت فعال خطی، اندوکتانس خطی، خازن خطی و هدایت خطی عایق کابل مسی یا وابستگی ضریب شکست فیبر نوری به فاصله از نوری محور. پارامترهای ثانویه برخی از نتایج کلی فرآیند انتشار سیگنال را در طول خط ارتباطی بیان می کنند و به ماهیت آن بستگی ندارند - به عنوان مثال، درجه تضعیف قدرت سیگنال هنگامی که مسافت معینی را در طول خط ارتباط طی می کند، به اصطلاح تضعیف سیگنال است. . برای کابل های مسی، چنین پارامتر ثانویه تأثیری مانند درجه تضعیف تداخل از یک جفت پیچ خورده همسایه اهمیت کمتری ندارد.

پارامترهای ثانویه با پاسخ خط انتقال به برخی از تأثیرات مرجع تعیین می شوند. این رویکرد امکان تعیین کاملاً ساده و یکنواخت ویژگی های خطوط ارتباطی از هر ماهیت را بدون توسل به مطالعات نظری پیچیده و ساخت مدل های تحلیلی فراهم می کند. برای مطالعه پاسخ خطوط ارتباطی، سیگنال های سینوسی فرکانس های مختلف اغلب به عنوان سیگنال مرجع استفاده می شود.

تجزیه و تحلیل طیفی سیگنال ها در خطوط ارتباطی

هر فرآیند دوره ای را می توان به صورت مجموع نوسانات سینوسی با فرکانس های مختلف و دامنه های مختلف نشان داد (شکل 1 را ببینید). هر جزء سینوسی را هارمونیک و مجموعه همه هارمونیک ها را تجزیه طیفی سیگنال اصلی می نامند. سیگنال های غیر تناوبی را می توان به عنوان انتگرالی از سیگنال های سینوسی با طیف فرکانس پیوسته نشان داد.

هنگامی که از طریق یک خط ارتباطی منتقل می شود، شکل موج به دلیل تغییر شکل ناهموار سینوسی های فرکانس های مختلف، تحریف می شود. اگر این یک سیگنال آنالوگ است که گفتار را منتقل می کند ، به دلیل بازتولید نادرست صداها - فرکانس های جانبی ، صدای صدا تغییر می کند. هنگام انتقال سیگنال های ضربه ای مشخصه شبکه های کامپیوتری، هارمونیک های فرکانس پایین و فرکانس بالا تحریف می شوند، در نتیجه، جلوی پالس ها شکل مستطیلی خود را از دست می دهند (شکل 2 را ببینید). بنابراین، سیگنال ها ممکن است در انتهای دریافت خط به خوبی شناسایی شوند.

هنگامی که از طریق یک خط ارتباطی منتقل می شود، سیگنال ها به دلیل این واقعیت که پارامترهای فیزیکی آن با پارامترهای ایده آل متفاوت است، تحریف می شوند. بنابراین، برای مثال، سیم های مسی همیشه ترکیبی از مقاومت فعال، بار خازنی و القایی توزیع شده در طول طول را نشان می دهند. در نتیجه برای سینوسی هایی با فرکانس های مختلف، خط امپدانس متفاوتی خواهد داشت، به این معنی که آنها به روش های مختلف منتقل می شوند. کابل فیبر نوری همچنین دارای انحراف از محیط ایده آل برای انتقال نور - خلاء است. اگر خط ارتباطی شامل تجهیزات میانی باشد، می تواند اعوجاج اضافی ایجاد کند.

نه تنها ناهمگنی پارامترهای فیزیکی داخلی خط ارتباطی باعث سیگنال های نادرست می شود، نویز خارجی نیز به اعوجاج شکل موج در خروجی خط کمک می کند. آنها توسط موتورهای الکتریکی مختلف، دستگاه های الکترونیکی، پدیده های جوی و غیره ایجاد می شوند. علاوه بر این، تداخل های داخلی در کابل وجود دارد - به اصطلاح پیکاپ ها از یک جفت هادی به دیگری. در نتیجه، سیگنال‌های خروجی خط ارتباطی معمولاً شکل پیچیده‌ای دارند (همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است)، که گاهی اوقات درک اینکه چه اطلاعات گسسته‌ای به ورودی خط داده شده است، دشوار است.

کیفیت سیگنال های اصلی (شیب جبهه ها، شکل کلی پالس ها) به کیفیت فرستنده ای که سیگنال ها را در خط ارتباطی تولید می کند، بستگی دارد. یکی از مهمترین ویژگی های یک فرستنده طیفی است، یعنی. تجزیه طیفی سیگنال های تولید شده توسط آن. برای تولید پالس های مستطیلی با کیفیت بالا، لازم است که پاسخ طیفی فرستنده تا حد امکان باریک باشد. به عنوان مثال، دیودهای لیزر دارای عرض طیف انتشار بسیار کمتری (1-2 نانومتر) در مقایسه با LED (30-50 نانومتر) هنگام تولید پالس هستند، بنابراین فرکانس مدولاسیون دیودهای لیزر می تواند بسیار بیشتر از LEDها باشد.

میرایی و ضربه

درجه اعوجاج سیگنال های سینوسی توسط خطوط ارتباطی با استفاده از ویژگی هایی مانند تضعیف و پهنای باند تخمین زده می شود.

تضعیف نشان می دهد که چقدر توان سیگنال سینوسی مرجع در خروجی خط ارتباطی نسبت به توان سیگنال در ورودی این خط کاهش می یابد. میرایی A معمولا بر حسب دسی بل (dB) اندازه گیری می شود و با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:

A \u003d 10 Lg P out / P in,

که در آن P خروجی قدرت سیگنال در خروجی خط و P in قدرت سیگنال در ورودی آن است.

در غیاب تقویت کننده های میانی، قدرت سیگنال خروجی کابل همیشه کمتر از قدرت ورودی است، بنابراین تضعیف کابل، به عنوان یک قاعده، دارای مقدار منفی است.

درجه تضعیف قدرت یک سیگنال سینوسی هنگام عبور از یک خط ارتباطی معمولاً به فرکانس سینوسی بستگی دارد، بنابراین فقط وابستگی تضعیف به فرکانس در کل محدوده مورد استفاده در عمل یک مشخصه کامل را ارائه می دهد (شکل 3). .

شکل 3. تضعیف در مقابل فرکانس.

تضعیف یک مشخصه تعمیم یافته یک خط ارتباطی است، زیرا به شخص اجازه می دهد تا در مورد شکل دقیق سیگنال، بلکه در مورد قدرت آن (انتگرال حاصل از شکل سیگنال) قضاوت کند. در عمل، تضعیف یک ویژگی مهم در توصیف خطوط ارتباطی است: به ویژه، در استانداردهای کابل، این پارامتر یکی از اصلی ترین ها در نظر گرفته می شود.

اغلب، هنگام توصیف پارامترهای یک خط ارتباطی، مقادیر تضعیف فقط در چند نقطه از وابستگی کلی داده می شود، که هر کدام مربوط به فرکانس خاصی است که در آن میرایی اندازه گیری می شود. مقدار تضعیف فردی را ضریب تضعیف می گویند. استفاده از تنها چند مقدار به جای یک مشخصه کامل، از یک طرف با تمایل به ساده سازی اندازه گیری هنگام بررسی کیفیت خط و از طرف دیگر، فرکانس اساسی سیگنال ارسالی است. اغلب از قبل شناخته شده است - این فرکانس است که هارمونیک آن بالاترین دامنه و قدرت را دارد. بنابراین، دانستن سطح تضعیف در یک فرکانس معین برای تخمین تقریبی اعوجاج سیگنال های ارسال شده از طریق خط کافی است. اگر میرایی در فرکانس های مختلف مربوط به چندین هارمونیک اساسی سیگنال ارسالی مشخص باشد، تخمین های دقیق تری ممکن است.

هر چه تضعیف کمتر باشد، کیفیت خط ارتباطی یا کابلی که از طریق آن کشیده می شود، بالاتر است. به طور معمول، میرایی برای بخش های غیرفعال یک خط ارتباطی، متشکل از کابل ها و مقاطع عرضی، بدون تقویت کننده و احیاگر تعیین می شود. به عنوان مثال، کابل جفت تابیده رده 5 برای سیم کشی داخلی در ساختمان ها، که تقریباً برای تمام فناوری های LAN استفاده می شود، دارای تضعیف حداقل -23.6 دسی بل برای فرکانس 100 مگاهرتز با طول کابل 100 متر است.

فرکانس 100 مگاهرتز انتخاب شد زیرا این دسته از کابل ها برای انتقال داده با سرعت بالا طراحی شده اند که سیگنال های آن هارمونیک های قابل توجهی با فرکانس تقریباً 100 مگاهرتز دارند. کابل رده 6 با کیفیت بالاتر در حال حاضر دارای تضعیف حداقل -20.6 دسی بل در فرکانس 100 مگاهرتز است، یعنی قدرت سیگنال به میزان کمتری کاهش می یابد. اغلب، مقادیر تضعیف مطلق در مستندات داده می شود، به عنوان مثال، علامت آن حذف می شود، زیرا تضعیف همیشه برای یک بخش غیرفعال خط که حاوی تقویت کننده ها و احیاکننده نیست، به عنوان مثال، یک کابل پیوسته، منفی است.

کابل نوری با ابعاد تضعیف قابل توجهی کمتر (در مقدار مطلق) مشخص می شود، معمولاً در محدوده 0.2 تا 3 دسی بل برای طول کابل 1000 متر. تقریباً همه فیبرهای نوری یک وابستگی پیچیده به طول موج از میرایی دارند، با سه به اصطلاح " پنجره های شفافیت" ". یک مثال معمولی در شکل 4 نشان داده شده است. همانطور که می بینید، منطقه استفاده موثر از الیاف مدرن به طول موج های 850، 1300 و 1550 نانومتر محدود شده است، در حالی که پنجره 1550 نانومتر کمترین تلفات و در نتیجه حداکثر را دارد. محدوده در یک توان فرستنده ثابت و یک حساسیت گیرنده ثابت. کابل چند حالته تولید شده دارای دو پنجره شفافیت اول یعنی 850 و 1300 نانومتر و کابل تک حالته دارای دو پنجره شفاف در بازه های 1310 و 1550 نانومتر می باشد.

قدرت فرستنده اغلب با سطح توان مطلق سیگنال مشخص می شود. سطح توان، مانند تضعیف، با دسی بل اندازه گیری می شود. در این حالت مقدار 1 مگاوات به عنوان مقدار پایه در نظر گرفته می شود. بنابراین، سطح توان p با فرمول زیر محاسبه می شود:

P = 10 Lg P/1 mW [dBm]،

که در آن P توان سیگنال بر حسب میلی وات و dBm واحد سطح توان (dB در هر مگاوات) است.

یک پارامتر ثانویه مهم در انتشار یک خط ارتباطی مسی امپدانس آن است. این پارامتر نشان دهنده مقاومت کل (پیچیده) است که یک موج الکترومغناطیسی با فرکانس معین هنگام انتشار در یک مدار همگن با آن مواجه می شود. امپدانس موج بر حسب اهم اندازه گیری می شود و به پارامترهای اولیه خط ارتباطی مانند مقاومت فعال، اندوکتانس خطی و خازن خطی و همچنین به فرکانس خود سیگنال بستگی دارد. امپدانس خروجی فرستنده باید با امپدانس مشخصه خط مطابقت داشته باشد، در غیر این صورت تضعیف سیگنال بسیار زیاد خواهد بود.

مصونیت

مصونیت نویز یک خط توانایی آن را در کاهش سطح تداخل از محیط خارجی یا هادی های خود کابل تعیین می کند. این بستگی به نوع محیط فیزیکی مورد استفاده، به محافظ و وسیله سرکوب نویز خود خط دارد. خطوط رادیویی کمترین مقاومت در برابر نویز را دارند، خطوط کابلی پایداری خوبی دارند و خطوط فیبر نوری که به تشعشعات الکترومغناطیسی خارجی حساس نیستند، پایداری عالی دارند. به طور معمول، تداخل میدان های الکترومغناطیسی خارجی با محافظ و/یا پیچاندن هادی ها کاهش می یابد. مقادیر مشخص کننده ایمنی نویز به پارامترهای تأثیر خط ارتباطی اشاره دارد.

پارامترهای اصلی تأثیر کابل مسی اتصالات الکتریکی و مغناطیسی هستند. کوپلینگ الکتریکی به عنوان نسبت جریان القایی در مدار آسیب دیده به ولتاژ عمل کننده در مدار تأثیرگذار تعریف می شود. کوپلینگ مغناطیسی نسبت نیروی الکتروموتور القا شده در مدار آسیب دیده به جریان در مدار آسیب دیده است. نتیجه کوپلینگ الکتریکی و مغناطیسی سیگنال های القایی (پیکاپ) در مدار آسیب دیده خواهد بود. مقاومت کابل در برابر پیکاپ با چندین پارامتر مختلف مشخص می شود.

تضعیف Crosstalk در انتهای نزدیک (Near End Cross Talk، NEXT) پایداری کابل را در صورتی که پیکاپ در نتیجه عمل سیگنال تولید شده توسط فرستنده متصل به یکی از جفت‌های مجاور تشکیل شود، تعیین می‌کند. همان انتهای کابلی که به گیرنده جفت شده آسیب دیده متصل است. نشانگر NEXT که در دسی بل بیان می شود برابر با 10 lg Pout/Pnav است که در آن Pout قدرت سیگنال خروجی و Pnav قدرت سیگنال القایی است. هرچه مقدار NEXT کوچکتر باشد، کابل بهتر است. بنابراین، برای جفت پیچ خورده رده 5، NEXT باید بهتر از -27 دسی بل در 100 مگاهرتز باشد.

Crosstalk در انتهای دور (Far End Cross Talk، FEXT) مقاومت یک کابل در برابر تداخل را هنگامی که فرستنده و گیرنده به انتهای کابل متصل می شوند، توصیف می کند. بدیهی است که این نشانگر باید بهتر از NEXT باشد، زیرا سیگنال به انتهای کابل می رسد که به دلیل تضعیف در هر جفت ضعیف شده است.

نشانگرهای NEXT و FEXT معمولاً در رابطه با یک کابل متشکل از چندین جفت پیچ خورده استفاده می شوند، زمانی که تداخل متقابل از یک جفت به جفت دیگر می تواند به مقادیر قابل توجهی برسد. برای یک کابل کواکسیال منفرد (یعنی متشکل از یک هسته محافظ)، این نشانگر منطقی نیست و به دلیل درجه بالای محافظت از هر هسته، برای کابل کواکسیال دوگانه کاربرد ندارد. فیبرهای نوری نیز تداخل محسوسی با یکدیگر ایجاد نمی کنند.

با توجه به این واقعیت که در برخی از فناوری های جدید داده ها به طور همزمان از طریق چندین جفت پیچ خورده منتقل می شوند، اخیراً از شاخص های کل (PowerSUM، PS) - PS NEXT و PS FEXT استفاده شده است. آنها مقاومت کابل را در برابر کل قدرت تداخل در یکی از جفت کابل ها از همه جفت های فرستنده دیگر منعکس می کنند.

ویژگی بسیار مهم رسانه انتقال، شاخص حفاظت کابل (ACR) است که تفاوت بین سطوح سیگنال مفید و تداخل است. هرچه این مقدار بزرگتر باشد، داده های بالقوه با سرعت بالاتری می توانند از طریق کابل مشخص شده منتقل شوند.

قابلیت اطمینان

قابلیت اطمینان انتقال داده، احتمال اعوجاج را برای هر بیت داده ارسال شده مشخص می کند. گاهی اوقات همان نشانگر را نرخ خطای بیت (Bit Error Rate, BER) می نامند. مقدار BER برای کانال های ارتباطی بدون محافظت از خطای اضافی (به عنوان مثال، کدهای خود تصحیح یا پروتکل هایی با ارسال مجدد فریم های تحریف شده) معمولاً 10-4-10-6 و در خطوط ارتباطی فیبر نوری - 10- است. 9. مقدار اطمینان انتقال داده به عنوان مثال 10-4 نشان می دهد که به طور متوسط ​​از 10000 بیت، مقدار یک بیت اشتباه تفسیر می شود.

خطاهای بیت هم به دلیل وجود نویز در خط و هم به دلیل اعوجاج شکل موج به دلیل پهنای باند محدود خط رخ می دهد. بنابراین، برای افزایش قابلیت اطمینان داده های ارسالی، باید درجه ایمنیت نویز خط را افزایش داد، سطح تداخل در کابل را کاهش داد و همچنین از خطوط ارتباطی با باند فرکانس کاری گسترده تر استفاده کرد.

پهنای باند

پهنای باند یکی دیگر از ویژگی های فرعی است. از یک طرف مستقیماً به تضعیف بستگی دارد و از طرف دیگر مستقیماً بر چنین شاخص مهمی از خط ارتباطی مانند حداکثر نرخ انتقال اطلاعات ممکن تأثیر می گذارد.

پهنای باند (پهنای باند) محدوده پیوسته ای از فرکانس ها است که تضعیف آن از حد از پیش تعیین شده تجاوز نمی کند. به عبارت دیگر، پهنای باند محدوده فرکانس یک سیگنال سینوسی را تعیین می کند که در آن این سیگنال از طریق خط ارتباطی بدون اعوجاج قابل توجهی منتقل می شود (اغلب، فرکانس ها به عنوان مرزی در نظر گرفته می شوند که در آن قدرت سیگنال خروجی نسبت به ورودی نصف می شود، که مربوط به تضعیف -3 دسی بل). همانطور که در زیر خواهیم دید، پهنای باند تا حد زیادی بر حداکثر سرعت ممکن انتقال اطلاعات از طریق خط ارتباطی تأثیر می گذارد.

بنابراین، پاسخ فرکانس، پهنای باند و تضعیف ویژگی‌های جهانی هستند و دانش آنها به ما اجازه می‌دهد نتیجه بگیریم که سیگنال‌های هر شکلی چگونه از طریق خط ارتباطی منتقل می‌شوند.

ظرفیت

توان عملیاتی (تعداد بیت های اطلاعات ارسال شده در واحد زمان) و قابلیت اطمینان انتقال داده (احتمال ارائه یک بیت بدون تحریف یا احتمال اعوجاج آن) در درجه اول مورد توجه توسعه دهندگان شبکه های کامپیوتری است، زیرا این ویژگی ها مستقیماً بر عملکرد تأثیر می گذارد. و قابلیت اطمینان شبکه در حال ایجاد.

توان عملیاتی و قابلیت اطمینان انتقال داده ها هم به ویژگی های رسانه فیزیکی و هم به روش انتقال داده بستگی دارد. بنابراین، قبل از تعریف پروتکل لایه فیزیکی، نمی توان در مورد توان عملیاتی خط ارتباطی صحبت کرد. پهنای باند (خروجی) خط، حداکثر نرخ انتقال داده ممکن را از طریق خط ارتباطی مشخص می کند. بر حسب بیت در ثانیه (bps) و همچنین در واحدهای مشتق شده - کیلوبیت در ثانیه (Kbps)، مگابیت در ثانیه (Mbps)، گیگابیت در ثانیه (Gbps) و غیره اندازه گیری می شود.

پهنای باند خطوط ارتباطی و تجهیزات شبکه ارتباطی به طور سنتی بر حسب بیت در ثانیه اندازه گیری می شود، نه بایت در ثانیه. این به دلیل این واقعیت است که داده ها در شبکه ها به صورت متوالی، یعنی بیت به بیت، و نه به صورت موازی، بایت، همانطور که بین دستگاه های داخل رایانه اتفاق می افتد، منتقل می شوند. واحدهای اندازه گیری مانند کیلوبیت، مگابیت یا گیگابیت در فناوری های شبکه کاملاً مطابق با توان های 10 هستند (یعنی کیلوبیت 1000 بیت و مگابیت 1000000 بیت است) همانطور که در همه شاخه های علم و فناوری مرسوم است و نزدیک به این اعداد نیست. به توان های 2، همانطور که در برنامه نویسی مرسوم است، که در آن پیشوند "کیلو" 210 = 1024، و "مگا" 220 = 1،048،576 است.

توان عملیاتی یک خط ارتباطی نه تنها به ویژگی های آن، مانند تضعیف و پهنای باند، بلکه به طیف سیگنال های ارسالی نیز بستگی دارد. اگر هارمونیک های قابل توجه سیگنال (یعنی آن هارمونیک هایی که دامنه آنها سهم اصلی را در سیگنال حاصل می کند) از پهنای باند خط فراتر نرود، چنین سیگنالی به خوبی منتقل می شود و گیرنده می تواند به درستی تشخیص دهد. اطلاعات ارسال شده از طریق خط توسط فرستنده. اگر هارمونیک های قابل توجه از پهنای باند خط ارتباط فراتر برود، سیگنال به طور قابل توجهی مخدوش می شود، گیرنده در تشخیص اطلاعات اشتباه می کند و خود اطلاعات در نهایت قادر به انتقال با پهنای باند معین نخواهد بود.

روش رمزگذاری اطلاعات

انتخاب روشی برای نمایش اطلاعات گسسته در قالب سیگنال های اعمال شده به خط ارتباطی، کدگذاری فیزیکی یا خطی نامیده می شود.

طیف سیگنال ها و پهنای باند خط به روش کدگذاری انتخابی بستگی دارد. بنابراین، روش های مختلف کدگذاری می تواند با پهنای باند متفاوتی مطابقت داشته باشد. به عنوان مثال جفت پیچ خورده رده 3 در روش کدگذاری لایه فیزیکی 10BaseT با سرعت 10 مگابیت در ثانیه و در روش کدگذاری 100BaseT4 با سرعت 33 مگابیت در ثانیه قادر به انتقال داده است.

بر اساس تئوری اطلاعات، تنها یک تغییر قابل تشخیص و غیرقابل پیش بینی در سیگنال دریافتی حامل اطلاعات است. بنابراین، دریافت یک سینوسی، که در آن دامنه، فاز و فرکانس بدون تغییر باقی می ماند، اطلاعاتی را حمل نمی کند، زیرا اگرچه سیگنال تغییر می کند، اما به راحتی قابل پیش بینی است. به طور مشابه، پالس ها در گذرگاه ساعت کامپیوتری هیچ اطلاعاتی را حمل نمی کنند، زیرا تغییرات آنها در طول زمان ثابت است. اما پالس های روی گذرگاه داده را نمی توان از قبل پیش بینی کرد، بنابراین آنها اطلاعات را بین بلوک های فردی یا دستگاه های رایانه ای منتقل می کنند.

اکثر روش‌های کدگذاری از تغییر در برخی پارامترهای سیگنال دوره‌ای استفاده می‌کنند - فرکانس، دامنه و فاز یک سینوسی، یا علامت پتانسیل یک قطار پالس. سیگنال دوره ای که پارامترهای آن تغییر می کند، سیگنال حامل یا فرکانس حامل نامیده می شود اگر از یک سینوسی به عنوان چنین سیگنال استفاده شود.

اگر سیگنال تغییر کند به طوری که فقط دو حالت آن متفاوت باشد، هر تغییری در آن با کوچکترین واحد اطلاعات - کمی - مطابقت دارد. اگر سیگنال می تواند بیش از دو حالت قابل تشخیص داشته باشد، هر تغییری در آن حاوی چند بیت اطلاعات است.

تعداد تغییرات پارامتر اطلاعات سیگنال تناوبی حامل در ثانیه بر حسب باد (باد) اندازه گیری می شود. بازه زمانی بین تغییرات مجاور در سیگنال اطلاعات، چرخه ساعت فرستنده نامیده می شود.

پهنای باند خط بر حسب بیت در ثانیه معمولاً با تعداد بادها یکسان نیست. این نسبت می تواند بالاتر یا کمتر از نرخ باود باشد و این نسبت به روش رمزگذاری بستگی دارد.

هنگامی که یک سیگنال بیش از دو حالت متمایز داشته باشد، توان عملیاتی بر حسب بیت در ثانیه بیشتر از نرخ باود خواهد بود. به عنوان مثال، اگر پارامترهای اطلاعات فاز و دامنه یک سینوسی باشد (و چهار حالت فاز متمایز می شود - در 00، 900، 1800 و 2700 و دو مقدار دامنه سیگنال)، سیگنال اطلاعاتی می تواند هشت عدد قابل تشخیص داشته باشد. ایالت ها. در این حالت، یک مودم که در 2400 باود (با فرکانس ساعت 2400 هرتز) کار می کند، اطلاعات را با سرعت 7200 bps منتقل می کند، زیرا سه بیت اطلاعات با یک تغییر سیگنال ارسال می شود.

هنگام استفاده از سیگنال هایی با دو حالت قابل تشخیص، تصویر معکوس امکان پذیر است. این اغلب به این دلیل است که برای اینکه اطلاعات کاربر به طور قابل اعتماد توسط گیرنده شناسایی شود، هر بیت در دنباله با چندین تغییر در پارامتر اطلاعات سیگنال حامل کدگذاری می شود. به عنوان مثال، هنگام رمزگذاری یک مقدار بیت واحد با یک پالس با قطب مثبت، و یک مقدار صفر یک بیت با یک پالس با قطب منفی، سیگنال فیزیکی در طول ارسال هر بیت دو بار حالت خود را تغییر می دهد. با این رمزگذاری، پهنای باند خط دو برابر کمتر از تعداد بادهای ارسال شده از طریق خط است.

پهنای باند خط نه تنها تحت تأثیر فیزیکی، بلکه توسط کدگذاری منطقی نیز قرار می گیرد. قبل از کدگذاری فیزیکی انجام می شود، به معنای جایگزینی بیت های اطلاعات اصلی با یک دنباله بیت جدید است که همان اطلاعات را حمل می کند، اما علاوه بر این، دارای ویژگی های اضافی، به ویژه، توانایی سمت گیرنده برای تشخیص خطاها در دریافت شده است. داده ها. همراه کردن هر بایت از اطلاعات اصلی با یک بیت برابری یک روش بسیار رایج برای کدگذاری منطقی هنگام انتقال داده با استفاده از مودم است. نمونه دیگری از کدگذاری منطقی، رمزگذاری داده ها است که محرمانه بودن آنها را هنگام انتقال از طریق کانال های ارتباطی عمومی تضمین می کند. در کدنویسی منطقی، اغلب توالی بیت اصلی با یک دنباله طولانی تر جایگزین می شود، بنابراین توان عملیاتی کانال در رابطه با اطلاعات مفید کاهش می یابد.

ناتالیا اولیفر ستون نویس مجله راهکارهای شبکه/LAN است. می توان با او تماس گرفت: [ایمیل محافظت شده]. ویکتور اولیفر متخصص ارشد Uni Corporation است. می توان با او تماس گرفت: