תקשורת ספרתית אפנון דפקים

1. תקשורת ספרתיתאפנון דפקים

2. תקשורת ספרתית- אפנון דפקים • תזכורת: האות הספרתי תמיד בצורת דופק • ניתן להעביר מידע בדופק באחת מהצורות הבאות: • אפנון תנופת הדופק(PAM- Pulse Amplitude Modulation) • גודל התנופה עומד ביחס ישר לתנופת האות האנלוגי בנקודת הדגימה • אפנון רוחב (משך) הדופק(PWM- Pulse Width Modulation) • הרוחב עומד ביחס ישר לתנופת האות האנלוגי בנקודת הדגימה • אפנון מיקום הדופק(PPM- Pulse Position Modulation) • המיקום (ההפרש בזמן בין זמן ההופעה ללא אפנון ובין זמן ההופעה בפועל) עומד ביחס ישר לתנופת האות האנלוגי בנקודת הדגימה • אפנון דופק מקודד(PCM- Pulse Code Modulation) • הקוד מתאר מספר ספרתי שגודלו עומד ביחס ישר לתנופת האות האנלוגי בנקודת הדגימה

3. תקשורת ספרתית- אפנון דפקיםאפנון תנופת דופק (PAM)

4. תקשורת ספרתית- אפנון דפקיםאפנון תנופת דופק (PAM) • לפי איזה משפט תדר הדגימה נקבע? • משפט נייקוויסט ניתן להציג במהימנות פונקציה בעלת רוחב פס מוגבל באמצעות דגימות, שהקצב שלהן כפול רוחב הפס. כלומר: מגבר הקו מגביר את הדפקים המתקבלים אחרי הדגימה, ומשדר אותם לערוץ התקשורת

5. תקשורת ספרתית- אפנון דפקיםאפנון תנופת דופק (PAM) - תנופת הדפקים שווה לרמתו של האות האנלוגי בזמן הדגימה • רוחב הדפקים קבוע ומוגדר מראש

6. תקשורת ספרתית- אפנון דפקיםאפנון תנופת דופק (PAM) - בעיות

7. תקשורת ספרתית- אפנון דפקיםאפנון תנופת דופק (PAM)- בעיות • תנופת האות הנקלט אחרי המעבר בתווך מושפעת מרעשים, השהיות ועיוותים הגדלים עם המרחק. • בפעולת השחזור ניתן להתייחס רק לתנופת האות ולכן ייתכנו טעויות בזיהוי הרמה האמיתית של האות. • סנכרון בין שעון הקליטה לשעון השידור • פתרון: לשדר את השעון בערוץ נפרד • פתרון יקר

8. תקשורת ספרתית- אפנון דפקיםאפנון דופק מקודד(PCM) • בשיטה זו אין גדלים אנלוגיים • האות האנלוגי מתורגם לקוד שיכול להיות בינארי או BCD • קיים הקידוד של האות המשודר לערוץ התקשורת

9. תקשורת ספרתית- אפנון דפקיםהשוואה

10. תקשורת ספרתית- אפנון דפקיםשאלות • הסבר את ההבדל בין שיטת PAM לבין שיטת PCM בהקשר של צורת העיבוד של האות הספרתי.

11. תקשורת ספרתית- ריבוב אותות ספרתיים • רוצים להעביר כמות גדולה של ערוצי תקשורת בין שתי נקודות באותו תווך • כדי לעשות את זה יש צורך להרכיב את האותות ביחד • לדעת להפריד ביניהם בצד הקולט. • "הרכבת" האות נקראת ריבוב (multiplexing)

12. תקשורת ספרתית- ריבוב אותות ספרתיים • קיימות שתי שיטות לבצע ריבוב: • ריבוב בתדר (Frequency Division Multiplexing- FDM) • ריבוב בזמן(Time Division Multiplexing- TDM)

13. תקשורת ספרתית- ריבוב אותות ספרתייםFDM • מתאימה לאותות אנלוגיים • חלוקת התדר "לפרוסות"- רוחב כל "פרוסה" 4kHz

14. תקשורת ספרתית- ריבוב אותות ספרתייםFDM הערוץ הראשון מועתק מאזור 0-4kHz לאזור 10-14kHz הערוץ השני מועתק מאזור 0-4kHz לאזור 14-18kHz

15. תקשורת ספרתית- ריבוב אותות ספרתייםFDM- בעיה • קיימת השפעה מסוימת בין הערוצים השכנים • לא קיים מסנן אידיאלי, וכל מסנן שמעביר רוחב פס רצוי מעביר גם חלק מהאותות הסמוכים.

16. תקשורת ספרתית- ריבוב אותות ספרתייםTDM • מתאימה לאותות ספרתיים • דוגמים את אות המידע במרווחים שווים • בין כל שתי דגימות מעבירים דגימות של אותות אחרים

17. תקשורת ספרתית- ריבוב אותות ספרתייםTDM

18. תקשורת ספרתית- ריבוב אותות ספרתייםTDM • סדר הופעת הערוצים הוא קבוע • קבוצת הדגימות מהופעת ערוץ 1 ועד הופעתו בשנית נקראת מסגרת (Frame) • כדי לדעת מתי מתחילה מסגרת ומתי היא מסתיימת, מוסיפים לה אותות סנכרון. • פרק הזמן של הופעת ערוץ בתוך מסגרת נקרא "חריץ זמן" (Time Slot)

19. תקשורת ספרתית- ריבוב אותות ספרתייםTDM

20. תקשורת ספרתית- ריבוב אותות ספרתייםשאלות • הסבר מדוע יש צורך לבצע ריבוב של אותות מידע משודרים. • הסבר מהו ריבוב בזמן.

22. הפיכת אות מידע אנלוגי לאות מידע סיפרתיפעולת הדגימה • שאלה: • מהו משך הזמן לביצוע הדגימה? • קצב הדגימה עבור אות דיבור הוא 8000 דגימות בשנייה. • כלומר הזמן בין שתי דגימות יהיה: • t= 1/8000 = 125μsec • זמן הדגימה צריך להיות קצר מאד. באופן מעשי דורשים זמן דגימה הקטן פי 10 ויותר מהזמן בין הדגימות. • כלומר עבור אות קולי זמן הדגימה יהיה כמה מיקרו שניות. • הזמן נקבע על פי קבוע הזמן RC (R- התנגדות הטרנזיסטור) • מקובל להניח שזמן טעינה של קבל הוא 5 קבועי זמן (הזמן בו הקבל מגיע ל- 99% ממתח המבוא)

23. הפיכת אות מידע אנלוגי לאות מידע סיפרתיפעולת הדגימה • דוגמא: • מתוך המעגל הנ"ל. נניח שהתנגדות הטרנזיסטור בהולכה היא 50 אוהם, ונדרש זמן דגימה של 10 מיקרו שניות. • מהו גודל הקבל? • פתרון:

24. הפיכת אות מידע אנלוגי לאות מידע סיפרתי • הערך הנדגם משמש כמבוא למעגלים הבאים מעגלי הכימוי והקידוד.

25. הפיכת אות מידע אנלוגי לאות מידע סיפרתיפעולת הכימוי • האות המקורי משתנה בצורה רציפה. • לאחר הדגימה האות משתנה בקפיצות. • מאחר והאות המקורי רציף, יש אינסוף אפשרויות של רמות מתח.

26. הפיכת אות מידע אנלוגי לאות מידע סיפרתיפעולת הכימוי • המטרה של תהליך הכימוי: • לחלק את תחום רמות המתח האפשריות לתת-תחומים צרים • לכל תת-תחום צר יש ערך בדיד • הערך הבדיד מיוצג באמצעות מספר מייצג • במילים אחרות: • מיפוי אינסוף הערכים של רמות המתח האפשריות למספר סופי של מספרים המייצגים את התחומים של המתח של אות המידע.

27. הפיכת אות מידע אנלוגי לאות מידע סיפרתיפעולת הכימוי הטבלה מתארת פעולת כימוי עקרונית עבור מתח מבוא המשתנה בין 0 ל- 8 וולט

28. הפיכת אות מידע אנלוגי לאות מידע סיפרתיפעולת הכימוי • ככל שנחלק את רמת האות לתת חלוקות רבות יותר כך נדייק יותר. • חלוקה כזאת כרוכה בעלויות גבוהות • בתקנים שנקבעו לגבי הכימוי נמצאה פשרה שהתחשבה בעלויות הגבוהות מצד אחד, וביכולת של האוזן האנושית להבחין בהבדלי הרמות. • בתקנים המקובלים היום ישנן 256 רמות, המיוצגות ע"י 8 סיביות.

29. הפיכת אות מידע אנלוגי לאות מידע סיפרתיפעולת הכימוי ברור כי בתהליך הכימוי אנו יוצרים שגיאה. כמו שרואים בגרף.

30. הפיכת אות מידע אנלוגי לאות מידע סיפרתיפעולת הכימוי • שאלות: • תאר את פעולת הכימוי. • תן חלוקה אפשרית של הכימוי עבור מתח מבוא הנע בין 0 ל- 5 וולט • כמה רמות יש היום בתקנים המקובלים בעולם?

31. הפיכת אות מידע אנלוגי לאות מידע סיפרתיפעולת הקידוד • בפעולת הקידוד מתרגמים לקוד את המספר המתקבל בפעולת הכימוי. • שיטת האפנון הזאת היא אפנון דופק מקודד (PCM) • הקודים הנפוצים לביצוע פעולת הקידוד הם הקוד הבינארי וקוד BCD.

32. הפיכת אות מידע אנלוגי לאות מידע סיפרתיפעולת הקידוד תהליך הקידוד: הפיכת הדגימה לקוד לאחר הכימוי

33. הפיכת אות מידע אנלוגי לאות מידע סיפרתיסיכום ביניים

34. שחזור האות • לאחר פעולת הקידוד האות משודר כאות סיפרתי בערוץ התקשורת. • האות המשודר מגיע לצד השני (הצד הרחוק) ונכנס למקלט. • מתבצעת פעולת פענוח • הפיכת האות הספרתי לאנלוגי- שחזור האות

35. שחזור האותהפעילויות לשחזור האות • דגימת אות המבוא לגילוי '0' או '1' • תרגום האות של הקו בחזרה לאות ספרתי מקודד בינארי או BCD • חלוקת האות הספרתי למנות, שכל אחת מייצגת את הערך של האות בנקודת הדגימה. • המרת הערכים הספרתיים המקודדים לרמות אנלוגיות • יצירת האות המדורג הדומה לאות המקורי, כפי שהתקבל בפעולת הכימוי. • "החלקת" האות המדורג לקבלת אות אנלוגי הדומה ככל האפשר לאות המקורי ששודר.

36. שחזור האות

37. שחזור האותשעון המערכת • הפעולה הראשונה היא לגלות מתי שודר '1' ומתי '0' • כדי לגלות זאת חייבים שעון מדויק ומתואם עם השעון בצד המשדר. • לפעילות ההתאמה בים השעונים קוראים "סנכרון"

38. שחזור האותשעון המערכת

39. שחזור האותשעון המערכת • נרצה שהדגימה תהיה באמצע כל סיבית • תדר השעון של מעגלי הקליטה שווה לשעון מעגלי השידור • סטייה ממרכז כל סיבית • שעון מהיר יותר: נקבל יותר דגימות מסיביות • שעון איטי יותר: נקבל פחות דגימות מסיביות

40. שחזור האותשעון המערכת הדגימה בזמן מעבר בין סיבית לסיבית תדר קטן מקצב הגעת הסיביות הדגימה נכונה במרכז הסיבית

41. שחזור האות האנלוגי • שאלות: • כמה שלבים יש בשחזור אות ספרתי לאנלוגי? • 6 שלבים • מהם השלבים? • 1. דגימת אות המבוא לגילוי '0','1' • 2. תרגום אות הקו לאות מקודד • 3. חלוקת האות למנות. • 4. המרת הערכים הספרתיים לערכים אנלוגיים • 5. יצירת אות מדורג • 6. "החלקת" האות לאות אנלוגי • למה צריך סנכרון? • כדי שדגימת האות תהיה נכונה ולא ייוצרו שגיאות עקב דגימות עודפות או חסרות, או דגימה ברגע שינוי ערך הסיבית.

42. סיכום

43. סיכום • האות האנלוגי נכנס למסנן מעביר נמוכים. • בשביל מה? • סילוק רעשי רקע בתדרים הגבוהים מ- 4000Hz • המידע האנלוגי נדגם • איך הוא יוצא לאחר הדגימה? • יוצא כאות מדורג • המידע מועבר למעגלי הכימוי והקידוד • מה מקבלים לאחר הקידוד? • אות ספרתי. • עיבוד המידע לאות קו • שעון השידור מבקר את פעולות הדגימה והשמירה ומעגלי הקידוד.

44. סיכום • האות משודר בערוץ התקשורת הספרתית • בצד הקליטה • כניסה למסנן לסילוק הרעשים והפרעות • אות המבוא מפעיל את השעון- מבטיח סנכרון • דגימת האות הספרתי • מתבצעת פעולה הפוכה לקידוד לקו • המרה לאות מדורג בפעולה הפוכה לפעולת הקידוד (Decoding) • האות עובר סינון בכדי "להחליק" את המעברים החדים בין המדרגות

45. שגיאות בהעברת מידע ספרתי • השגיאות נובעות ממספר גורמים: • משך זמן הדגימה- בגלל שהזמן לא אפסי, אות המבוא משתנה בזמן הדגימה. • הקבל, שמקבל את מתח הדגימה, לא מצליח להטען במשך הדגימה הקצרה למתח המבוא. • אם זמן הדגימה נשאר קבוע, שגיאה זאת נשארת קבועה ולכן ניתנת לקיזוז. • פעולת הכימוי- תוחמים את רמת אות הכניסה לתת-תחומים. • שגיאת הכימוי מוגדרת כהפרש בין ערך האות המקורי ובין הערך שהוגדר לו. • האוזן אינה מבחינה בשינוי באות בטווח שינוי תדר של עד 10%. • האוזן אינה מבחינה בשינוי באות בטווח שינוי עוצמה של פי 2.

46. שגיאות בהעברת מידע ספרתי • בעיית רעש הכימוי בעוצמות נמוכות היא בעיה חמורה • פתרונות: • הגדלת רמות הכימוי מ-256 ל- 512 או 1024 • פתרון יקר • פילוג אי-ליניארי של הרמות • בעוצמות הנמוכות נשתמש במדרגות קטנות יותר • בעוצמות הגבוהות נשתמש במדרגות גדולות יותר • האוזן פחות רגישה בעוצמות הגבוהות.

47. שגיאות בהעברת מידע ספרתי • שאלות: • מהם הגורמים לשגיאות בהעברת מידע ספרתי? • 1) משך זמן הדגימה • 2) הקבל לא נטען בערך אות המבוא • 3) פעולת הכימוי • איך פתרו את בעיית הכימוי • חלוקה אי-ליניארית של הרמות

48. תקשורת ספרתית בערוץ רועש