اجزای سیستم مخابراتی:
اجزای اصلی یک سیستم مخابراتی عبارتند از:
نحوه ارتباط این اجزا با یکدیگر در بلوک دیاگرام زیر نشان داده شده است.
در ادامه هر یک از این بخش ها را جداگانه بررسی می کنیم.
منبع اطلاعات:
همان طور که بیان کردیم، یک سیستم مخابراتی بین فرستنده و گیرنده سیگنال پیام یک پل ارتباطی برقرار می کند. برای برقراری این پل ارتباطی بین فرستنده و گیرنده پیام، قبل از هر چیز به اطلاعات نیاز داریم. این اطلاعات در واقع از یک منبع اطلاعات سرچشمه می گیرند.
اطلاعاتی که توسط منبع اطلاعاتی به وجود می آیند، می توانند در قالب یک سیگنال صوتی مانند صدای انسان، سیگنال تصویری (منبع تصویر) و یا کلمات (یک متن به زبان خاصی مانند انگلیسی، فرانسه یا …) باشند. به عنوان مثال، اگر به وسیله تلفن با یک نفر دیگر حرف بزنید، آن گاه شما به عنوان منبع اطلاعات محسوب می شوید که اطلاعات را به فرم یک سیگنال صوتی تولید کرده اید.
در این جا لازم است به این نکته اشاره کنیم که در مخابرات آنالوگ بین «پیام» (Message) و اطلاعات تفاوت وجود دارد. یک پیام به عنوان بخشی از مخابرات در نظر گرفته می شود که شامل ارسال اطلاعات از منبع به مقصد است. در حالی که اطلاعات داده های با معنایی است که گیرنده دریافت می کند.
یکی از مهم ترین ویژگی های یک منبع اطلاعات که داده تولید می کند، این است که خروجی آن به صورت یک عبارت «احتمالاتی» (Probabilistic) توصیف می شود. به عبارت دیگر، خروجی منبع اطلاعات «قطعی» (Deterministic) نیست. در غیر این صورت احتیاجی به سیستم مخابراتی وجود ندارد.
ترانسدیوسر ورودی:
همان طور که در دنیای واقعی مشاهده می شود، برای برقراری ارتباط با یک فرد که در فاصله نزدیک شما قرار گرفته است، می توانید به صورت مستقیم و با استفاده از سیگنال های صوتی با او حرف بزنید.
اما اگر فرد در فاصله دوری از ما قرار گرفته باشد، آن گاه نمی توانیم به صورت مستقیم و با استفاده از سیگنال صوتی با او ارتباط برقرار کنیم؛ زیرا سیگنال های صوتی نمی توانند مستقیما تا مسافت های دور منتقل شوند و به تدریج تضعیف می شوند تا نهایتا از میان بروند.
به همین دلیل، برای غلبه بر این مشکل و انتقال اطلاعات به مسافت های دور، لازم است که ابتدا این سیگنال صوتی را به فرمی دیگر از سیگنال (مانند سیگنال نور یا سیگنال الکتریکی) تبدیل کنیم که قادر است تا مسافت های طولانی تر منتقل شود.
وسیله ای که برای تبدیل این سیگنال صوتی به یک سیگنال از فرم دیگر مورد استفاده قرار می گیرد، ترانسدیوسر نام دارد.
در واقع ترانسدیوسر یک وسیله است که یک فرم از انرژی یا سیگنال را به یک فرم دیگر از انرژی یا سیگنال تبدیل می کند. لازم است که هم در سمت ورودی و هم در سمت خروجی یک سیستم مخابراتی از ترانسدیوسر استفاده شود.
ترانسدیوسری که در سمت ورودی یک سیستم مخابراتی قرار گرفته است، یک ترانسدیوسر ورودی نام دارد. در حالت کلی، ترانسدیوسر ورودی سیگنال غیر الکتریکی (سیگنال صوتی یا سیگنال نوری) را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.
به عنوان بهترین مثال از یک ترانسدیوسر ورودی، می توان به میکروفون اشاره کرد که بین قسمت منبع اطلاعات و قسمت فرستنده قرار گرفته است. بنابراین یک میکروفون وسیله ای است که صوت فرد را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.
فرستنده سیستم مخابراتی:
وظیفه یک فرستنده در یک سیستم مخابراتی این است که سیگنال الکتریکی را به فرمی تبدیل کند که برای انتقال از طریق یک کانال فیزیکی یا «واسط انتقال» (Transmission Medium) مناسب باشد.
برای مثال در مخابرات رادیویی و تلویزیونی هر کشور، توسط نهادهای مربوطه، بازه فرکانسی برای هر ایستگاه فرستنده تعیین می شود. به همین دلیل، فرستنده باید سیگنال اطلاعات را به یک سیگنال مناسب ترجمه کند که در یک بازه فرکانسی خاص منتقل می شود.
بنابراین سیگنال های ارسال شده توسط چندین ایستگاه رادیویی مختلف با یکدیگر تداخل نمی یابند. عملکرد مشابهی در سیستم های مخابرات تلفنی نیز وجود دارد؛ زیرا در سیستم مخابرات تلفنی نیز سیگنال های الکتریکی مربوط به حرف زدن تعداد زیادی از کاربران از طریق یک سیم مخابره می شود.
در حالت کلی می توان گفت که یک فرستنده عمل تطبیق بین سیگنال پیام و کانال مخابراتی را از طریق فرایندی به نام مدولاسیون، انجام می دهد. همیشه در فرایند مدولاسیون از سیگنال پیام استفاده می شود تا به صورتی کاملا سیستماتیک دامنه، فاز یا فرکانس یک سیگنال سینوسی فرکانس بالا به نام سیگنال حامل را تغییر دهد.
به عنوان مثال در پخش رادیویی AM یا مدولاسیون دامنه، سیگنال اطلاعاتی که منتقل می شوند، شامل تغییرات دامنه سیگنال سینوسی حامل هستند و فرکانس مرکزی آن ها در باند فرکانسی اختصاص داده شده به آن ایستگاه فرستنده رادیویی قرار دارند. این یک مثال از مدولاسیون دامنه است.
در پخش رادیویی FM یا مدولاسیون فرکانس، سیگنال اطلاعات ارسال شده شامل تغییرات فرکانس سیگنال سینوسی حامل است. همچنین روش دیگر مدولاسیون آنالوگ، مدولاسیون فاز یا PM نام دارد که در آن فاز سیگنال حامل سینوسی بر اساس سیگنال اطلاعات تغییر داده می شود.
بنابراین همان طور که بیان کردیم، روش های مدولاسیون سیگنال حامل مانند مدولاسیون دامنه، فرکانس و یا فاز، در فرستنده انجام می گیرد تا سیگنال اطلاعات به یک فرم مشخص تبدیل شود که بر مشخصه های کانال منطبق باشد. در طول فرایند مدولاسیون، سیگنال اطلاعات به یک سیگنال خاص ترجمه می شود که با باند فرکانسی اختصاص داده شده همخوانی داشته باشد.
انتخاب روش مدولاسیون بستگی به فاکتورهای مختلفی دارد. برخی از این عوامل عبارتند از: مقدار پهنای باند اختصاص داده شده، نوع نویز و تداخلاتی که سیگنال اطلاعات در طول کانال مخابراتی با آن ها روبه رو می شوند و نیز نوع وسایلی که برای تقویت کردن سیگنال قبل از ارسال در اختیار ما قرار دارد.
در هر حال، فرایند مدولاسیون این امر را ممکن می سازد که انتقال سیگنال های پیام چندگانه از کاربران متعدد در طول یک کانال فیزیکی یکسان با سهولت انجام گیرد.
در یک فرستنده مخابراتی، علاوه بر عمل مدولاسیون، عملکردهای دیگری مانند فیلتر کردن عوامل مزاحم سیگنال اطلاعات، تقویت کردن سیگنال مدوله شده و در مورد مخابرات بی سیم، تاباندن سیگنال به وسیله یک آنتن فرستنده انجام می گیرد.
کانال مخابراتی:
یک کانال مخابراتی به عنوان یک واسط فیزیکی محسوب می شود که برای ارسال سیگنال از فرستنده به گیرنده مورد استفاده قرار می گیرد. در مخابرات بی سیم، اتمسفر همیشه به عنوان کانال در نظر گرفته می شود.
در غیر این صورت، کانال های تلفنی همواره گستره متنوعی از رسانه های فیزیکی مانند خطوط سیمی، کابل های فیبر نوری و وایرلس (رادیو مایکروویو یا ریز موج) را به کار می گیرند. کانال فیزیکی در یک سیستم مخابرات رادیویی هر چه باشد، در این امر تفاوتی ندارد که سیگنال ارسالی به روشی تصادفی توسط مکانیزم های متعددی خراب می شود.
متداول ترین دلیل خراب شدن یک سیگنال اطلاعات در قالب «نویز جمع شونده با سیگنال» (Additive Noise) است.
این نویز در قسمت جلوی گیرنده تولید می شود که عمل تقویت کنندگی انجام می گیرد. به این نویز، «نویز حرارتی» (Thermal Noise) نیز می گویند. در مخابرات بی سیم، اغتشاشات اضافه جمع شونده (Additional Additive Disturbances) همگی نویز های ایجاد شده توسط بشر هستند و نویزهای اتمسفری توسط یک آنتن گیرنده دریافت می شود.
نویز ادوات الکتریکی پیرامون، مثالی از یک نویز ساخته بشر است و رعد و برق یک نمونه از نویز اتمسفر است. تداخلات سایر کاربران یک کانال مخابراتی نیز نمونه ای از نویز جمع شونده است که هم در سیستم های مخابرات بی سیم و هم در سیستم های مخابرات سیمی به وجود می آید.
در برخی کانال های مخابرات رادیویی مانند کانال های «یونوسفر» (Ionospheric)، که برای «ارتباطات رادیویی موج کوتاه بلند برد» (Long Range, Short-Wave Radio Transmission) مورد استفاده قرار می گیرد، یک نوع دیگر از تخریب سیگنال وجود دارد که «انتشار چندگانه» (Multipath Propagation) نام دارد.
این نوع از اعوجاج سیگنال به عنوان یک اغتشاش غیر جمع شونده توصیف می شود و معمولا خود را به صورت تغییرات زمانی در دامنه سیگنال آشکار می کند که به آن «محوشدگی» (Fading) می گویند.
هم اعوجاجات جمع شونده و هم اعوجاجات غیر جمع شونده سیگنال، به عنوان پدیده های تصادفی و با عبارات احتمالاتی توصیف می شوند.
تأثیر این اعوجاجات سیگنال باید در هنگام طراحی یک سیستم مخابراتی به حساب آورده شود. در طراحی یک سیستم مخابراتی، مهندس طراح با مدل های ریاضی کار می کند که این مدل ها، اعوجاجات سیگنال را که در کانال های مخابراتی با آن ها روبه رو هستیم، به صورت احتمالاتی توصیف می کنند.
معمولا توصیفات آماری که در یک مدل ریاضی مورد استفاده قرار می گیرند، نتیجه اندازه گیری های تجربی به دست آمده از ارسال سیگنال ها به صورت واقعی در طول این کانال ها هستند. در این حالت برای مدل های ریاضی مورد استفاده در طراحی یک سیستم مخابراتی، توجیهات فیزیکی در نظر گرفته می شود.
از طرف دیگر، در برخی طراحی های سیستم های مخابراتی، مشخصه های آماری مربوط به کانال ممکن است به صورت واضحی در طول زمان تغییر کنند. در این موارد، طراح سیستم ممکن است یک سیستم مخابراتی را طراحی کند که در مقابل بازه وسیعی از اعوجاجات سیگنال مقاوم (Robust) باشد. چنین ویژگی به این طریق به دست می آید که سیستم برخی از پارامترهای خود را متناسب با اعوجاجات کانال به صورت تطبیقی تغییر دهد.
گیرنده سیستم مخابراتی:
عملکرد یک گیرنده در سیستم مخابراتی، بازیابی سیگنال پیام نهفته در سیگنال دریافت شده است. اگر سیگنال پیام توسط مدولاسیون حامل منتقل شده باشد، آن گاه در سمت گیرنده باید عمل دمدولاسیون حامل انجام گیرد تا سیگنال پیام اصلی از سیگنال حامل سینوسی فرکانس بالا مجددا استخراج شود.
به دلیل اینکه دمدولاسیون سیگنال در حضور نویز جمع شونده و احتمالا سایر انواع اعوجاجات سیگنال انجام می گیرد، سیگنال دمدوله شده تا حدودی توسط حضور این اعوجاجات در سیگنال دریافت شده تخریب می شود.
واضح است که درستی و دقت یک سیگنال پیام دریافت شده تابعی از نوع مدولاسیون انجام گرفته روی سیگنال، شدت نویز جمع شونده با سیگنال، شدت و نوع هر گونه تداخل جمع شونده و شدت هر تداخل غیر جمع شونده محسوب می شود.
در کنار انجام عمل دمدولاسیون اولیه روی سیگنال دریافت شده، گیرنده یک سری اعمال جانبی دیگر مانند فیلتر سیگنال و نیز سرکوب کردن نویز را هم انجام می دهد.
ترانسدیوسر خروجی در سیستم مخابراتی:
یک ترانسدیوسر که در سمت خروجی سیستم مخابراتی وجود دارد، با نام ترانسدیوسر خروجی شناخته می شود. در حالت کلی، ترانسدیوسر خروجی سیگنال الکتریکی را به یک سیگنال غیر الکتریکی مانند سیگنال صوتی یا سیگنال نوری و یا ترکیبی از سیگنال های صوتی و نوری تبدیل می کند.
بهترین مثال از یک ترانسدیوسر خروجی، بلندگو است که در موقعیت بین گیرنده و مقصد قرار گرفته است. یک بلندگو یک ترانسدیوسر خروجی محسوب می شود که سیگنال های الکتریکی را به سیگنال های صوتی تبدیل می کند که برای انسان ها قابل درک هستند.
|
|
|
|
| نماد اعتماد الکترونیک | نشان ملی ثبت | گواهی شامد ارشاد |
© کلیه حقوق مادی و معنوی این وب سایت متعلق به داده پردازان هومان پویان می باشد.
