Download
1 / 48
590 likes | 1.17k Views
תקשורת ספרתית בערוץ אנלוגי. תקשורת ספרתית בערוץ אנלוגי. תזכורת: למדנו ב- AM ו- FM שהמידע המשודר הוא אות אנלוגי. כיצד מאפננים גל נושא במידע ספרתי? ניתן לבטא אות סינוס באמצעות הביטוי: או הפרמטרים הניתנים לשינוי: A - שינויי התנופה f - שינויי התדר ϕ- שינויי המופע.
E N D
תקשורת ספרתית בערוץ אנלוגי • תזכורת: למדנו ב-AM ו-FM שהמידע המשודר הוא אות אנלוגי. • כיצד מאפננים גל נושא במידע ספרתי? • ניתן לבטא אות סינוס באמצעות הביטוי: • או • הפרמטרים הניתנים לשינוי: • A- שינויי התנופה • f- שינויי התדר • ϕ- שינויי המופע
תקשורת ספרתית בערוץ אנלוגי ההבדלים בין אפנון אות אנלוגי לאפנון אות ספרתי לאפנון אות ספרתי קוראים מפתוח (keying)
תקשורת ספרתית בערוץ אנלוגיASK - Amplitude Shift Keying • אפנון התנופה של גל הנושא • נבחר מקרה שבו המידע הספרתי הוא בעל 2 מצבים של עוצמת האות • מצב אחד המתאים ל- "0" לוגי והשני ל- "1" • מקרה שבו מספר המצבים מוגבל נקרא: • מפתוח זיזת תנופה- ASK
תקשורת ספרתית בערוץ אנלוגיASK - Amplitude Shift Keying אות ספרתי אות במפתוח ASK עם גל נושא בעוצמה נמוכה עבור "0" לוגי אות במפתוח ASK עם גל נושא בעוצמה 0V עבור "0" לוגי
תקשורת ספרתית בערוץ אנלוגיFSK - Frequency Shift Keying • אפנון התדר של גל הנושא • נבחר מקרה שבו המידע הספרתי הוא בעל 2 מצבים של תדרי האות • תדר אחד המתאים ל- "0" לוגי והשני ל- "1" • מקרה שבו מספר המצבים מוגבל נקרא: • מפתוח זיזת תדר- FSK
תקשורת ספרתית בערוץ אנלוגיFSK - Frequency Shift Keying אות ספרתי אות במפתוח FSK תדר 1800Hz-> "0" תדר 1300Hz-> "1"
תקשורת ספרתית בערוץ אנלוגיPSK - Phase Shift Keying • אפנון המופע של גל הנושא • נבחר מקרה שבו המידע הספרתי הוא בעל 2 מצבים של מופע האות • מופע 0 המתאים ל- "0" לוגי ומופע 180 ל- "1" • מקרה שבו מספר המצבים מוגבל נקרא: • מפתוח זיזת מופע- PSK
תקשורת ספרתית בערוץ אנלוגיPSK - Phase Shift Keying אות ספרתי אות במפתוח PSK זווית 0 -> "1" זווית 180-> "0"
תקשורת ספרתית בערוץ אנלוגיקליטת האותות- ASK
תקשורת ספרתית בערוץ אנלוגיקליטת האותות- FSKו- PSK • מקלט FSK מממשים בעזרת גלאי FM • הגלאי מפיק במוצא מתח יחסי לתדר המקור • עבור שני תדרים, נקבל שני מתחים שונים • מקלט PSK מממשים בעזרת גלאי PM • הגלאי מפיק במוצא מתח יחסי להפרש המופע בין אותות המקור. • עבור שני תדרים, נקבל שני מתחים שונים
תקשורת ספרתית בערוץ אנלוגיבעיה • הגבלת קצב הנתונים • לפי נייקוויסט קצב העברת הנתונים המרבי הוא 6000 סל"ש
תקשורת ספרתית בערוץ אנלוגיהשוואה
תקשורת ספרתית- ריבוב אותות ספרתייםTDM
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)
תקשורת ספרתית- ריבוב אותות ספרתייםTDM
תקשורת ספרתית- ריבוב אותות ספרתייםשאלות • הסבר מדוע יש צורך לבצע ריבוב של אותות מידע משודרים. • הסבר מהו ריבוב בזמן.
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)
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:
הפיכת אות מידע אנלוגי לאות מידע סיפרתי • הערך הנדגם משמש כמבוא למעגלים הבאים מעגלי הכימוי והקידוד.
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.
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.
הפיכת אות מידע אנלוגי לאות מידע סיפרתיפעולת הכימוי הטבלה מתארת פעולת כימוי עקרונית עבור מתח מבוא המשתנה בין 0 ל- 8 וולט
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.
הפיכת אות מידע אנלוגי לאות מידע סיפרתיפעולת הכימוי ברור כי בתהליך הכימוי אנו יוצרים שגיאה. כמו שרואים בגרף.
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?
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.
הפיכת אות מידע אנלוגי לאות מידע סיפרתיפעולת הקידוד תהליך הקידוד: הפיכת הדגימה לקוד לאחר הכימוי
הפיכת אות מידע אנלוגי לאות מידע סיפרתיסיכום ביניים
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
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.
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"
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
שחזור האותשעון המערכת הדגימה בזמן מעבר בין סיבית לסיבית תדר קטן מקצב הגעת הסיביות הדגימה נכונה במרכז הסיבית
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.
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.
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
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.
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.
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
