3 января, 2018 18:31
Дэрістін мэнмэтіні
Мақсаты: Физикалық деңгейдегі ақпараттық үдерістерді қарастыру
Дәріс жос
пары
1. Модуляция жэне демодуляция рәсімдерінің атқаратын қызметі жэне мазмүны
2. Модуляцияның эр түрлерінің кедергіге төзімділігі бойынша салыстырмалы сипаттамалары
3. Модуляцияның цифрлық әдістері
Негізгі түсініктер: модуляция, демодуляция, импульстік, дискреттік, цифрлық, девиация, шектеуіш
Тақырыптың мазмүны: Хабар дабылдар көмегімен беріледі. Қарапайым жағдайлардағы хабар қабылдаған дабыл болуы (болмауы) мүмкін. Бұл ретте дабылды анықтау есебін шешу қажет. Көптеген жағдайларда берілетін дабылдардың түрі күні бұрын белгілі жэне хабарды қабылдау, мүмкін дабылдардың қайсысы берілгендігін анықтау болып табылады. Сол уақыттағы есеп дабылдарды ажырата білуден тұрады. Егер дабылдар кейбір интервал ішінде тұрақты болып саналатын олардың параметрлерінің мэндерімен өзгешеленсе, онда дабыл параметрлерінің багасын алу қажет. Хабар параметрлердің өзгерулерінен, яғни олардың лездік (жергілікті) мәндерінен тұруы мүмкін. Сол уақытта хабар алу үшін дабыл параметрлерін сүзгіден өткізуді орындау кажет болады. Сүзгіден өткізу міндеті, негізінен, параметрлерді бағалауға қарағанда, неғұрлым күрделі болып сана- лады. Берілетін хабарларға сәйкес дабылдың ақпарттық параметрлерін басқару модуляция деп аталады. Ақпараттық дабылды (хабарды) Ө(х)-мен белгілейміз, параметрі хабарға сэйкес өзгеретін дабыл-тасымалдағышты л(х)-мен белгілейміз. Модуляция кезінде осы екі дабылды тендеуге сэйкес бір модульденген с(х) дабылға түрлендіру орындалады. |
€(х)=М{$(х),Ө(х)}, |
(117) |
мұндағы, М{.) — модуляция түрімен анықталатын оператор Ө(х) хабардың бөлінуі үшін кабылдайтын жақта кері түрлендіруді (демодельдеуші) орындау қажет, яғни
Ө(х)=М’Ш} (118) з(х) дабыл-тасымалдағыштардың параметрлер санына, түрі мен аткарымдык формаларына қатысты, модуляцияның эртүрлі әдістерінің қасиеттері, атап айтқанда, с(х) дабылдың түрі мен ені, кедергі әсеріне төзімділік өзгереді. Егер дабыл-тасымалдағыштың ақпараттық параметрі үзіліссіз өзгерсе, онда модуляция әдістері үзіліссіз болады (мысалы, гармоникалық дабыл-тасымалдағыштың амплитудалық, фазалык жэне жиіліктік үзіліссіз модуляция эдістері таралған). Дабыл-тасымалдағыш ретінде, көбінесе импульстердің периодтық тізбектілігі пайдаланылады жэне сол уақытта модуляция- ны импулъстік деп атайды (мысалы, Ө(х) заңы бойынша импульстер жиілігі немесе амплитудалар өзгерген кезде, тиісінше амплитудалық- импульстік немесе жиіліктік-импульстік модуляция орын алады). Үзіліссіз дабылдар уақыттың кез келген мезетінде параметрлерді өзгертуі мүмкін. Уақыт ішінде дабыл параметрлерінің өзгеруі да- былды модуляциялау деп аталады. Кез келген гармоникалық дабыл х(і)=Азіп(-л>1+)) формуламен сипатталады. Амплитуда, дөңгелек жиілік жэне ) фазаларының ығысуы осындай дабылдың параметрлері болып саналады. Осы параметрлерді өзгертіп, гармоникалық дабылды ақпараттарды тасушыға айналдыруға (дабылды ақпараттармен модульдеуге) бола- ды. Модуляцияның үш типі болуы мүмкін. Амплитудалық модуляция уақыт ішіндегі дабыл амплитудаларының өзгеруін жорамалдайды: хах/і)=А(і) *$іп(мі+)), эрі амплитудалардың өзгеру заңы, көбінесе гармоникалық болып са- налады: А(і)=Ад + Ам*зіп(\Уі+і). Жиіліктік модуляция уақыт ішіндегі дабыл жиіліктерінің өзгеруі кезінде туындайды: хчм(і)=А х$іп(м>(1)і+)<р), эрі жиіліктің өзі гермоникалық заңы бойынша өзгереді: и>(і) = м>д + \удсоз (Уі, мұндағы и^ жиіліктік девиация деп аталады. |
Фазалық модуляция дабылдың фазалық ығысуының өзгеруін жо- рамалдайды: хфМ(і)=А(і) хзіп(мП+у(і)).
\\'(і)і +/ = м>01 +ө(і) +Щ0 екенін көрсетуге болады, осылайша, жиіліктік жэне фазалық модуляция — бұрыштық модуляция деп ата- латын модуляция эдісінің бірімен техникалық жүзеге асырудың екі нұсқасы. Ақпараттық параметр мәндердің саналымды санын қабылдауы мүмкін, бұл ретте модуляцияны дискреттік деп атайды. Модуляцияның дискреттік түрлеріне, мысалы, амплитудалық, жиіліктік жэне фазалық манипуляциялар жатады. Егер параметр мэні кодталса жэне цифрлық формада берілсе, онда модуляциянын тиісті түрлері цифрлық модуляция атауын иеленеді. Дискреттік нүктелердегі дабылдың мэні цифрлық формада кодтайтын кездегі импульстік-кодтық модуляция цифрлық модуляцияның неғүрлым кең таралған түрі болып саналады. Дабылдарды беру жүйелерін құру кезінде, жылдамдықты артты- ру, ақпараттарды берудің сенімділігі мен кедергіден қоргалушылык көзқарасы тұрғысынан модуляция-демодуляцияның оңтайлы режимдерін анықтайтын әдістер мен математикалық модельдерді эзірлеу негізгі міндеттер болып саналады. Модуляция түрлерін жіктеу кезінде ақпараттық дабылдың түрі, сипаты мен дабыл-тасымалдағыш: детерминацияланған үдеріс, кездейсоқ стационар үдеріс, стационар емес үдеріс жэне т.б. есеп- ке алынады. Детерминацияланган дабылдар олардың амплитудалык жэне фазалық спектрлерімен Фурье қатарларының жэне Фурье түрлендіруінің қасиеттері негізінде анықталады. Ақпараттар мен дабылдарды беру теорияларында берілген сипаттамалармен — корреляциялық атқарымдармен жэне спектрлік тыгыздықтармен берілген кездейсоқ үдерістерді жүзеге асыру болып саналатын стохастикалық дабылдар ерекше орын алады. Егер ақпараттық дабылдың, дабыл-тасымалдағыштың түрі мен байланыс желілерінің сипаттамалары берілген болса, онда дабыл- дарды оңтайлы цабылдау негізгі есептер болып саналады. Оңтайлы қабылдаудың есебі, негізінен, кедергілер жағдайларындағы берілген өлшем бойынша дабылдарды ажырату (айыру) есебіне саяды (анықтау міндеті дабыл қоспаларын жэне дабыл жоқ болған кезде кедергіні кедергіден айыра білу ретінде қарастырылады). Хабарларды қабылдау есептері екі класты — когерентті жэне |
когерентті емес қабылдауға бөледі (тиісінше ақпараттар беру арасындағы синхрондаудың болуы жэне жок болуы кезінде). Когерентті (синхронды) қабылдау әдістері, негізінен, неғұрлым карапайым жэне сенімді. Когерентті емес (асинхронды) қабылдау неғұрлым жоғары тез әрекет етуді қамтамасыз етеді, бірақ жүзеге асырылуы неғұрлым күрделі.
Г армоникалық дабыл-тасымалдағыштардың амплитудалық, фазалық жэне жиіліктік модуляциясы радиохабарын тарату жэне байланыс жүйелерінде неғұрлым кең тарауға ие болды. Амплитудалық-модульденген дабыл жалпы жағдайда мына өрнекпен анықталады: |
£(х)=[1+тӨ(х)]8(х) (119)
мұндағы, Ө(х) — ақпараттық (модульдеуші) дабыл, л(х) — дабыл- тасымалдағыш, т — модуляция коэффициенті. Дабыл спектрін (3) Фурье түрлендіруінің қасиеттерін пайдала- нып мына формада табуға болады: Е(и)=Ь{х(х)}=5(и)+т 8(и)%(и) (120) мұндағы, 8(и)=Ғ{з(х)}, Ө(и)=Ғ{Ө(х)}. Спектрді (120) кұру 33 жэне 34-суреттерінде кескінделген. Гармоникалық модульдеуші дабыл (33-сурет) кезінде оның спектрі, дабыл-тасымалдағыш спектрі сияқты екі дельта- атқарымдарды көрсетеді. 8(и) жэне Ө(и) спектрлерді жиыру (сверт- ка) Ө(и) спектрін неғұрлым жоғары (көтеретін деп аталатын) ±ид жиілікке ауыстыруға әкеледі. Егер модульдеуші дабыл күрделі формаға ие болса, демек жиілік осьтеріндегі эртүрлі қалып-жағдайлармен дельта-атқарымдар жұбының жиынымен пайда болған аралық (бойлық) спектрге (34-сурет) ие болады, онда спектрді ±ид көтеретін жиілікке ауыс- тыру нәтижесінде тиісті спектрлік реттер пайда болады. Фу- рье түрлендіруінің жиіліктік симметрияларының қасиеті бойын- ша, барлық пайдалы ақпарат спектрлік тэртіпте ±ид жиіліктерінің төңірегінде болатынын көрсетуге болады. Амплитудалық-модульденген дабылдың демодуляциясы, оны де- |
тектордан шығарда төменгі жиіліктерде детектирлеу жэне сүзгіден өткізу кезінде айналып шығатын дабыл-тасымалдағыштың бө- лінуі жолымен жүзеге асырылады. Сүзгіні өткізу жолақтарының ені қалпына келтірілген дабылдың ең аз спектрлік бұрмалануын қамтамасыз ету үшін, ()(и) (34-сурет) спектрдің еніне сәйкес келуі тиіс.
Фазалық-модульденген (ФМ) дабыл тұрақты амплитудаға ие, дабыл фазасы ақпараттық дабылға пропорционал өзгереді, атап айтқанда 2((х)=Асо8[2пи (у+тӨ(х)] (121) мұндағы, ±и0 — көтеретін жиілігі, т — фазалық модуляция индексі. Модульдеуші дабыл гармоникалық, Ө(х)=соз(2житх) жэне моду- ляция индексі т«1 болып саналады деп алайық. Бұл ретте (121) өрнекті мынадай түрде қайта жазуға болады: (((х^Асо^ли^+тсоз^^ки^хД^Асозі^ки^-тАзт^^пиус) соз(2китх) (122) |
у—>0 созу ~ 1, хіпу » у.
Екінші қосылғьппты (122)-ға түрлендіргеннен кейін мьшаны аламыз: £(х) » Асо^пи^-^тА/І^хіпІк^и^+и^х-(тА/2)зіп2к(и0-и^х (123) |
Модуляцияның кіші индексіндегі ФМ-дабыл спектрі 35-суретте көрсетілген.
Спектрлік кұраушылардың шамалары синусоидальді ампли- тудалық-модульдік дабылдың спектрлік құраушылар шамалары- на теңбе-тең, бірақ елеулі жэне бүйірлік құраушылар арасындағы фазалық арақатынас эртүрлі болады. Бұл фазалық арақатынас |
Ө (х) |
33-сурет. Күрделі гармоникалық модуляциямен дабылдың амплитудалық-модульдік спектрі |
5- суреттің оң бөлігіндегі векторлық диаграммада кестемен егжей- егжейлі көрсетілген. Кішірек векторлар тез айнапатын үлкен ектордың төңірегіндегі қарама-карсы бағыттарда баяу айналады, л С(х) горизонталь осьтегі векторлар косындыларының проекция- |
ларын көрсетеді. Бірақ амплитудалық-модульдік дабыл жағдайынан өзгешелігі, кіші векторлар жиыны әркашанда үлкен векторға перпен- дикуляр болады. Бүл ретте, егер бүйірлік қүраушылар кіші (т « 1), жиын вектордың ұзындығы шамасы бойынша көтергіш А амплиту- дасына жақын болса, онда қорытқы вектор айнымал жылдамдықпен айналады.
Аталған векторлық диаграммадағы фазалық арақатынас ФМ дабылдардың ц(х) еркін модульдеуші дабылы кезінде модуляцияның (36-сурет) кіші индексімен генерациялаудың қарапайым тәсілін нұсқап көрсетеді. Жиіліктік модуляция (ЖМ) кезінде, д(х) ақпараттық дабылға сәйкес х(х) дабыл-тасымалдағыштың и(х) лездік (жергілікті) жиілігі өзгереді, атап айтқанда |
Ө(х) =А сох[2пи(х)х], |
(124) |
Өм |
0 |
и |
0 |
Ф |
34- сурет. Дабылдың амплитудалық-модульдік спектрі 242 |
мұндағы, |
и(х) = и0 + ^Ө(х)сһ. (125)
—оо Синусоидтық ЖМ кезінде модульдеуші дабыл мынадай түрге ие болады: Ө(х)=-а8Іп(2питх), (126) одан .V и(х) = и0+ ^Ө(х)сІх = и0 +(а/2тт)со8(2литх). (127) -00 (127)-мен салыстыра отырып, (122) жэне (124)-ді салыстыру синусоидты модульдеуші атқарымдар мен \т\=а/2пит модуляция индексі кезінде ФМ мен ЖМ-ның теңбе-теңдігін көрсетеді. а мэні, 2жид көтергіш бұрыштық жиіліктерге қатысты лездік бұрыштық жиіліктердің ең үлкен девиациясын көрсетеді. |
35- сурет. т «1 кезінде ФМ үшін спектр мен векторлық диаграмма
ЖМ дабылдар немесе жиіліктік дискриминатор, мысалы, көтергіш жиіліктен төмен бапталған, резонанстық контур болып көрсетіледі (37-сурет). Кіретін модульденген дабылдағы лездік жиіліктердің өзгеруі резонанстық шыгардағы дабыл амплитудаларының өзгеруіне түрлендіріледі. Бүл амплитудалық өзгерісті кэдімгі орай жанауыш детектордың көмегімен бөліп көрсету қиын емес. Осындай дискриминатордың сызықтығының шектелген диа- позонын, контурлар жүбын колданып кеңейтуге болады, олардың бірі тиісінше жоғары, ал екіншісі көтергіш жиіліктерден төмен күйге келтірілген. Шығатын дабылдар осы контурлардан шығарда |
тө(х тАө(х)
—- ► Ахіп(2Пиох) |
« Асох[2ПицХ- тө (х) ► |
Асо$(2Пиох) |
36- сурет. т «1 кезінде ФМ модулятордың құрылымдык сұлбасы |
детектирленеді жэне осыдан кейін, 38-суретте көрсетілген дискриминатордың толык сипаттамасын құра отырып, шегеріледі. Осындай типтегі дискриминаторлардағы шығу дабылы, кіретін дабылдың амплитудаларының, сол сияқты жиіліктерінің вариация- лары кезінде амплитуда бойынша өзгереді. |
Нақты жүйелердегі ЖМ-дабылдағы амплитудалардың бақыланбайтын өзгерісі шуылдардан, кедергілерден, радиотол- қындардың «бір орнында» тұрып қалуларынан жэне өзге де фактор- лардан туындайды. Осымен байланысты дискриминаторлар кірерде, 39-суретте көрсетілген сипаттамадағы сызықтық емес құрьшғыны білдіретін, иіектеуішті қосу қажет болады. Шектеуіш оның шығарында қосылған резонанстық күшейткішпен іс жүзінде, бұл ретте фазалық өзгерісті сақтай отырып, орай жанауыш таржолақты дабылдың амплитудалық өзгерісін жояды.
40-суретте типтік ЖМ қабылдағыштың толық құрьшымдық сұлбасы көрсетілген. Жоғары жиіліктердегі күшейткіш (ЖЖК), қабылданған да- былды күшейтеді, ішкі гетеродин (генератор) араластырғышта қабылданған дабылмен көбейетін гармоникалық «тірек» дабылды жасап шығарады. Нәтижесінде, жоғары жиіліктер күшейткіші мен гетеродинді баптау (күйге келтіру) жиіліктерін синхронды кайта құру кезінде тұрақты болып саналатын аралық жиілікте (САЖ) дабыл қалыптасады. САЖ-ның аралық жиіліктерінің күшейткіші дабылды күшейтудің жоғары коэффициентін камтамасыз етеді. Күшейтілген дабьш шектеуіштен кейін 39-суреттегі сұлбада резонанстық күшейткіштің атқарымдарын орындайтын екінші САЖ-ға келіп түседі. Жиіліктік дискриминатор, төмен жиіліктегі ТЖК күшейткішінің кірерінде келіп түсетін, дабыл жиіліктерінің өзгеруін бөліп көрсетеді Модуляцияның цифрлық түрлері кодталған хабарларды дискреттік |
37-сурет. Резонанстық тізбектер көмегімен жиілік өзгерістерін амплитуда
өзгеруіне түрлендірілуі |
Шығу
(Кернеу) |
38-сурет. Резонанстык контурлар жұптарының көмегімен алынған дискриминатор сипаттамасы
эдістермен беру үшін пайдаланылады. Берілетін үзіліссіз дабылдың уақыт ішінде дискретизаңияланатыны, деңгейі бойынша квант- талатыны және уақыттың келесі дискреттік мезеттерінде алы- натын есептердің кодтық комбинацияларга түрленетіні, цифрлық модуляцияның мәні болып табылады. Тізбектілікпен алынған кодтық бейнедабылдар жоғары жиілікті дабыл-тасымалдағышка модульденеді. Демек, модуляцияның цифрлык әдістері пайдалы үзіліссіз: дис- |
кретизациялау, кванттау жэне кодтау дабылдарының үш қажетті түрлендірулеріне негізделген. |
► * |
II |
а | ||||
>>
і) |
Резонанстық | |||
* | шектеуіш | |||
э |
Кірердегі
амплитуда |
39-сурет. Шектеуіш пен резонанстық күшейткіштің бірлескен жүмысы |
Модуляцияның цифрлық әдістерініц артықшылықтары мы- налар болып саналады:
• аппаратура сипаттамаларының мінсіз еместігінің жэне тұрақты еместігінің ақпарат беру сапасына әлсіз эсері; • тіпті, тұрақсыз сипаттамалармен жэне шуылдарының деңгейі жоғары арналарды пайдалану кезінде кедергіге төзімділігінің жоғарылығы; • желілер байланыстарының тораптарында дабылдарды қалпына келтіру мүмкіндігі және бұл үлкен аралықтардағы желілер бойын- ша ақпараттар беру кезінде дабылдарды бұрмалаулардың жиналу эффектісін айтарлықтай элсіретеді; • эртүрлі хабарлар үшін (сөйлеу, теледидардағы бейне, дискреттік деректер, байланыс құрылғылары жұмысын басқару командалары жэне т.б.) дабылдарды берудің әмбебап формасы; • көпарналы жүйелердің бұрмалауларға төмен сезімталдығы; • осы жүйелерді компьютерлермен жэне электронды автоматгы теле- фон стансаларымен салыстырмалы түрде келісудің қарапайымдьшығы жэне бұл байланыс желілерін құру үшін маңызды рөл атқарады; • компьютерлердің көмегімен дабылдарды беру мен өндеуді ав- томаттандыру мүмкіндігі. |
Дабылдарды цифрлық тәсілдермен беру жүйелерінің негізгі кемшіліктері болып мыналар саналады: арналар жиіліктерінің алатын жолақтарын айтарлықтай кеңейту дабылдарды дэл син- |
40-сурет. ЖМ қабылдағыштың агкарымдык сұлбасы |
хрондауды қамтамасыз ету қажеттілігі жэне үлкен аралықтардағы желілерде дабылдарды қайта генерациялау үшін аппаратуралар құру қажеттілігі.
Қазіргі уақытта, дискреттік уақыт мезеттеріндегі дабылдың мэні екілік цифрлы кодтарға түрлендірілетін, импульстік кодтық модуля- циялау (ИКМ) жүйелері негүрлым кең тарау алды. 41 -суретте ИКМ жүйесіндегі дабылдардыңуақытша диаграммала- ры көрсетілген. 41 а-суретте спектрі шектелген алғашқы үзіліссіз да- был мен дискретизациялау интервалы Т< 1/2им дискретизацияланған дабыл көрсетілген, мұндағы, им — дабыл спектрінің жоғарғы жиілігі. 41 б-суретте кванттау жэне кодтау нәтижесінде алынған екілік бейнеимпульстердің тізбектілігі көрсетілген. Дабылдардың бұрмалануынан жэне шуылдардан арнадағы қабылданған бейне тізбектілік (41 в-сурет) берілген дабылдан өзгешеленеді. 50 шектік деңгей таңдалады жэне санау мезеттерінде оның дабыл мәнінен артып кету і импул ьстің болуын, ал артып кетпеу і — импульстің болмауын білдіреді. Қабылданған бейнетізбектіліктерден құрылған құрылғылардың көмегімен, декодерге келіп түсетін, «тазартылған» тізбектілік жасалады. Декодерден шыққаннан кейін, оның ауда- ны алғашқы дабылдың (41 д-сурет) тиісті импульстік санаулары- на тёң импульстік демодуляторға келіп түседі, яғни ең қарапайым жағдайда, шығуында 41 д-суреттегідей, алғашқы үзіліссіз дабылдың көшірмесі қалпына келтірілетін, төменгі жиіліктер сүзгісіне келіп түседі. Регенерацияланған кодтық тізбектіліктерді алу үшін, қабылданатын дабылды санау Ь ұзақтықпен эрбір тактілік |
интервалдың ортасынан алынады. (41 б және в-суреті). Бұл бай- ланыс арналарындағы дабылдардың, демодулятор жұмысына фазалық бұрмалануы мен кешігу әсерін болдырмау үшін жасала- ды. Нәтижесінде регенерацияланатын тізбектілік берілген дабылға қатысты Ь/2-ге «кешіктірілген» (41 б жэне г-суреті). Дабылдар- ды дұрыс декодтау, сондай-ақ кодтық комбинациялардың бүкіл разрядтарының қабылдануын талап етеді. Осы үшін қабылданған санаулар интервалынан берілетін Т дискретизациялауға қатысты қосымша кешіктірілген болып шығады (41 а жэне д-сурет).
Кедергілер фонындағы дабылдардың шектік селекциялар эдісі кодтық дабылдарды қабылдау кезінде қажет кедергіге төзімділік пен сенімділікті көбінесе қамтамасыз етпейді. Импульстік дабыл- дарды келісілген сүзгіден өткізу эдісін қолдану неғұрлым жоғары кедергіге төзімділікті қамтамасыз етеді. Келісілгенсүзгілердіпайдаланукезіндегіцифрлықамплитудалык- импульстік, импульстік-кодтық жэне фазоимпульстік модуляция әдістерінің сипаттамаларына салыстырмалы талдау жүргіземіз. Кодтық хабар жалғыз сөздер түріндегі екілік үшразрядты сандар тізбектілігі болып көрсетіледі. Осылайша, барлығы 23=8 мүмкін сөздер болады. Алдағы сипатталатын жүйелерде 8 сөздің эрбіріне 3Ь үш тактілік импульстегі үзықтықпен жэне дабыл сәйкестікке қойылады. Амплитудалық-импульстік модуляция (АИМ) жағдайын- да атап көрсетілген сегіз дабыл, 42-суретте көрсетілгендей, амплитудалардың сегіз мүмкін мэндерімен импульстер формасына ие болады. Ең үлкен амплитуда А-ға, ең кіші амплитуда 0-ге тең, ал амплитудалардың қалған мэні А/7 еселік шамаға бірқалыпты бөлінген. Суретте көрсетілген д(х) дабыл арна бойынша тікелей беріледі деп жорамалдайық. Берілетін АИМ дабылдың спектрі импульстің үзақтығына кері пропорционал, 1/3Ь еніне ие. Егер, сегіз деңгей тең ықтималды деп жорамалдасақ, онда берілетін АИМ дабылдың орташа қуаты Рорт= 0,36Л2-қа тең екенін дәлелдеу қиын емес. Қабылдағышқа кірердегі кернеу амплитудасы кішірейтілген (арнадағы элсіреуден) жэне п(х) аддитивті кедергімен бұрмаланған, Ө(х) берілетін дабылды білдіреді. Қарапайым түрде түсіндіру үшін п(х) тұрақты спектрлік тығыздығы С{) ақ шуыл жэне арнадағы әлсіреу жоқ деп санайтын боламыз. Кодтық тізбектілікті қалпына келтіру үшін қабылдағыш ЗЬ |
41-сурет. ИКМ-нің 4-разрядтық жүйесіндегі дабылдардың диаграммалары |
әрбір интервал ішінде Ө(х)+п(х) қабылданатын дабылды орташа- ландырады. Бүл шуылдың әсерін азайтады. 43-суретте көрсетілген келісілген сүзгінің көмегімен орташаландырудың осындай опе- рациясын орындауға болады. Келісілген сүзгінің, қабылданатын тербелістердегі пайдалы ң(х) дабылға үндесуі 42-суреттегі уақытша диаграммадағы үзік сызықтармен бейнеленген үшбүрыштардың жи- |
ыны болып көрсетіледі. п(х) шуылды кұраушыларға келісілген сүзгі үндесуінің (дыбыс беруінің) орта квадраттық мэні мынаған тең:
(п2у(х) = С0]һ2(х)сІх = О0/ЗЬ (128) -00 Осылайша, стробирлеуші күрылғының (43-сурет) кірердегі эрбір іріктемесінің шамасы, дабыл амплитудасына тең кернеу жиынынан түрады, яғни А/7, 2АП7АП жэне ^С0 /ЗЬ ортаквадраттық мэні мен шуыл кернеуі. Оның алдындағы аралықта қандай деңгей берілгендігі туралы қабылданатын шешімнің жоғары сенімділікке (қателердің төмен жиілігіне) ие болуы үшін, шуылдың ортаквадраттық мэні деңгейлер арасындағы айырмалармен салыстырғанда кіші болуы тиіс, яғни АИМ үшін П7Л < АП (129) немесе Р =0,36А2 (берілетін дабылдың орташа қуаты) шарты кезінде |
Р ис>>5,88 (130)
орт 0 7 4 7 Бұл арақатынас, берілетін дабылдың қуаты мен аталған жүйе екілік ақпаратты бере алатын, жылдамдығын сипаттайды. Осылай- ша, өткізу жолағы дабыл-шуыл қатынасымен алмасатынын көруге болады. Байланыс теориясының осы маңызды қағидаты модуляция әдістерінің көптеген қасиеттерін, мысалы, ЖМ-ның амплитудалық модуляциядан артықшылығын түсіндіруге мүмкіндік береді. Импульстік-кодтық модуляция (ИКМ) мен АИМ арасындағы айырмашылық 44-суретте көрсетілген. Екілік санының эрбір разря- ды бөлек беріледі: 1 — Ь ұзактық импульсімен жэне В амплитудамен, ал 0 — импульстің жоқ болмауымен. Егер 0 жэне 1 тең ықтималды бол- са, онда берілетін арнаның орташа қуаты Рорт=0,5В2-щ тең, ал оның жолағы шамамен 1/Ь-ді құрайды. Демек, ИКМ дабыл қарастырылып отырған мысалда АИМ дабылмен салыстырғанда 3 есе үлкен кең жолаққа ие болады жэне бұл елеулі кемшілік болып саналады. ИКМ жүйесінің қабылдағышы АИМ дабыл қабылдағышына ұқсас жэне өзгешелігі мынада: оның келісілген факторы, 45-су- ретте көрсетілгендей, өткізудің 3 есе үлкен жолағы мен ұзындығы |
Хабар | 01 01 11 | 1 0 1 | 01 1 1, | 1 1, 1 |
зь | 61, | 91. | 12Ь, | ||
“І” | “5”’ | “2” | “7”’ | ||
4
Ө(хь) 1 |
♦ | (Қате) | 1
♦ |
||
* | » | ||||
зь | 61 | 9һ. | 12Ь, | ||
Қабылдау ‘ нәтижесі | 1 0. | 0) 1 | 1 | 0 1 | 0 | -і Һ |
Қате |
42-сурет. Цифрлық АИМ кезінде дабылдарды түрлендіру |
үш есе кіші импульстік сипаттамаға ие болуы тиіс. Нэтижесінде қабылдағыштан шығардағы шуылдардың орташаквадраттық мэні:
<п;(х)>= О/Ь (131) АИМ қабылдағыш мэнімен салыстырғанда 3 есе жоғары. Бұл ИКМ дабылдың кемшілігі болып саналады. Бірақ қабылдағыштағы ИКМ іріктемесі құрылғысының кірердегі дабылының деңгейлері арасындағы айырым АИМ жүйедегі сияқты. 1/7 амплитудаға емес, В дабылдың ең үлкен амплитудасына тең. |
Осының арқасында, шығатын шуылдардың жоғары деңгейінің орны босалқы қормен (запаспен) толтырылады, өйткені ИКМ жүйеде қателердің аз ықтималдықтарына жету үшін мына шартты орындау қажет болады: |
Өу(х)+Пу(х) |
43-сурет. Келісілген сүзгімен АИМ дабылдың қабылдағышы |
в (132)
немесе 0,5В2=Р аламыз, орт 7 сонда РортЬ/Сд»0,5. (133) ИКМ жүйенің, сол бір ықтималдықтар кезінде АИМ-мен салыстырғанда дабылының қуаты шамамен 10 есе аз болуы мүмкін. Қуаттары тең болған кезде ИКМ жүйенің сипаттамасы бүдан да анағұрлым жақсырақ болады. Фазалық-импульстік модуляцияның (ФИМ) қағидаты 46-сурет- те кескінделген. Өзінің сипаттамалары бойынша ол қарастырылған ИКМ жүйеден асып .түседі, бірақ осындай ұтысқа жиіліктер жолақтарын кеңейту есебінен ғана жетуге болады. Әрбір интервал- да ЗЬ ұзақтықпен амплитудасы тіркелген бір импульс беріледі, бірақ оның ұзақтығы бар болғаны ЗІ/8 құрайды және ол сегіз уақытша қалып жағдайдың бірінде болады. Осылайша, көрсетілген дабылдың жолағы 8/ЗЬ-ге тең немесе АИМ дабылдың жолағынан 8 есе асып |
Хабар| 00 і|іОі|оі 1 | 1 1 і| |
Қабылдау
нэтижесі |
|о 0 1 |1 0 1 |0 1 і|і 1 і| |
I
Қате 44-сурет. Дабылдардың ИКМ-ге түрлендірілуі |
X |
түседі және ИКМ дабыл жолақтарынан 2,7 есе үлкен. Дабылдың ор- таша қуаты Рдрт=0,125С2 құрайды.
Келісілген сүзгінің импульстік сипаттамасының ұзақтығы ЗЬ/8 құрайды. Сол уақытта шығатын шуылдың орташаквадраттық мэні <пг2(х)>=8С0/ЗЬ кұрайды жэне бұл ИКМ-мен немесе АИМ- мен салыстырғанда анағұрлым үлкен. Бірақ бұл ретте дабылдар деңгейлері арасындағы айырма да елеулі үлкен болады. Қателердің төмен ықтималдығына жету үшін төмендегі шарттың орындалуын |
қамтамасыз ету қажет: |
4ЩЩ( с |
(134) |
немесе Р =0,125С2 деп аламыз, онда
орт 5 |
Р Ь/С>0,33.
орт 0 |
(135) |
Демек, ФИМ жүйе дабылдың орташа қуатын 1/3-ге төмендету кезінде, ИКМ-дегі сияқты сапаны қамтамасыз етеді, бірақ бұл жағдайдағы талап етілетін жиіліктер жолағы үш есе кеңейеді. Осылайша, жолақтарды дабыл-шуыл арақатынасына айырбастау мағынасында, ФИМ-жүйе ИКМ-жүйеге орын береді. |
45- сурет. ИКМ дабыл үшін ұзақтығы Ь, ФИМ дабыл үшін ұзақтығы ЗЬ/8 келісілген сүзгінің импульстік үндесуі47-суретте кескінделген дельта-модуляция дабылдарды цифрлық формаға түрлендірудің тиімді тәсілі болып саналады. Санаудың эрбір мезетінде дабыл сі дискретизациялаудың эрбір қадамында ара тэрізді кернеумен салыстырылады. Егер дабылды санау амплитуда бойынша ара тэрізді кернеуден артып кетсе, онда соңғысы дискретизациялаудың келесі нүктелеріне дейін өсе береді, ал оған керісінше жағдайда ол басылып қалады. Ең қарапайым жүйедегі ара тэрізді кернеудің көлбеулігі үдерістің бүкіл бойында өзгеріссіз сақталады. Алынған бинарлық дабылды ара тэрізді кер- неуден алынған туынды ретінде қарастыруға болады. сі қадамның аса кіші мэнін таңдай отырып, дабылды көрсетудің кез келген берілген дэлдігін алуға болады. ИКМ-мен салыстырғандағы дельта- модуляцияның артықшылығы — бинарлық дабылды туғызуы. |
1/Ь |
+- х |
0 |
ь |
0 1 1 |
1 1 1 |
Хабар | 0 0 1 | 1 0 |
Қате |
46- сурет. Дабылдардың ФИМ-ге түрлендірілуі |
Аратэрізді кернеуді біріктіру (интегралдау) жолымен бинарлық дабылдан қалпына қайта келтіруге болады, ал неғұрлым тегістеу аппроксимацияға дабылды кейіннен төменгі жиіліктер сүзгісі арқылы өткізу жолымен жетуге болады. Берілген сапада алу үшін қажет цифрлык кодтарды беру жылдамдыгын, мысалы, алдын ала болжай отырып сызықтық кодтауды пайдаланып, елеулі түрде азайтуға болады. |
11011000001001 110110 |
47- сурет. Дельта-модуляция кезінде дабылдың түрлендірілуі ҚОРЫТЫНДЫ
• Хабар параметрлердің өзгерулерінен, яғни олардың лездік мәндерінен тұруы мүмкін. Сол уақытта хабар алу үшін дабыл параметрлерін сүзгіден өткізуді орындау қажет болады. Сүзгіден өткізу міндеті, негізінен, параметрлерді бағалауға қарағанда, неғұрлым күрделі болып саналады. • Дабылдарды беру жүйелерін құру кезінде, жылдамдьщты артты- ру, ақпараттарды берудің сенімділігі мен кедергіден қорғалушылық көзқарасы тұрғысынан модуляция-демодуляцияның оңтайлы режимдерін анықтайтын эдістер мен математикалық модельдерді эзірлеу негізгі міндеттер болып саналады. • Егер ақпараттық дабылдың, дабыл-тасымалдағыштың түрі мен байланыс желілерінің сипаттамалары берілген болса, онда дабыл- дарды оңтайлы қабылдау негізгі есептер болып саналады. • Хабарларды қабылдау есептері екі класты — когерентті жэне когерентті емес қабылдауға бөледі (тиісінше, ақпараттар беру арасындағы синхрондаудың болуы жэне жоқ болуы кезінде). Когерентті (синхронды) кабылдау эдістері, негізінен, неғұрлым қарапайым жэне сенімді. Когерентті емес (асинхронды) қабылдау |
неғұрлым жоғары тез әрекет етуді қамтамасыз етеді, бірақ жүзеге асырылуы неғұрлым күрделі.
• Амплитудалық-модульденген дабылдың демодуляциясы оны детектордан шығарда төменгі жиіліктерде детектирлеу жэне сүзгіден өткізу кезінде айналып шығатын дабыл-тасымалдағыштың бөлінуі жолымен жүзеге асырылады. • Модуляцияның цифрлык түрлері кодталған хабарларды дискреттік әдістермен беру үшін пайдаланылады. Берілетін үзіліссіз дабылдың уақыт ішінде дискретизацияланатыны, деңгейі бойынша квантталатыны жэне уақыттың келесі дискреттік мезеттерінде алы- натын есептердің кодтық комбинацияларға түрленетіні, цифрлық модуляцияның мэні болып табылады. СОӨЖ және СӨЖ тапсырмалары 1. Тақырып бойынша бакылау сүрақтарына жауап беру: 1. Модуляция дегеніміз не? 2. Үзіліссіз модуляция әдістерінің анықтамасы. 3. Қандай модуляцияны дискреттік деп атайды? 4. Хабарларды қабылдау есептері қандай түрлерге бөлінеді? 5. Модуляцияның цифрлык эдістерінің артықшылыктарына не жатады? 6. Дельта-модуляция тэсілінін мэні қалай? 2. Тақырып бойынша тест тапсырмаларының сүрақтарына жауап беру: 1. Дискретті процестер жүйе негізінде немен үлгіленеді? A) персонал B) кұрал-жабдықпен C) иерсонал және құрал-жабдықпен О) Петри желісі, динамикалық шешімдер кестесі, продукциондық жүйе Е) желі арқылы 2. Активті тәжірибелерді жоспарлаудын мақсаты — A) үлкен шығындармен үлгі параметрлерін бағалау B) шығындарды болдырмау |
)52 |
С) параметрлерді бағаламау Б) бастартуды болдыру
Е) ең аз шығындармен үлгі параметрлерін бағалау 3. Дискретті процестерді басқару қандай бағдарламалау әдісімен жүзеге асырылады? A) математикалық B) логикалық C) синтаксистік О) семантикалық Е) эмпирикалық 4. Басқару алгоритмі келесідей жүзеге асырыла алады: A) графикалық B) сызбалы, бағдарламалы, ұйымдастырушылық C) синтаксистік Б) семантикалық Е) эмпирикалык 5. Басқару алгоритмінін бірінші жағдайында: A) бағдарлама B) нұсқама құрылады C) арнайы кұрылғы Б) семантикалық Е) эмпирикалық 6. Басқару алгоритміпін екінші жагдайында: A) семантикалық B) нұсқама кұрылады C) арнайы құрылғы Б) бағдарлама Е) эмпирикалық 7. Басқару алгоритмінің үшінші жагдайында: A) семантикалық B) эмпирикалық • C) арнайы кұрылғы О) бағдарлама Е) нұсқама кұрылады 8. БАЖ ¥ТЖ-ң ерекшелігі — |
A) бағдарламалық баскарудың сызбалықтан жэне ұйымдастырушылыктың бағдарламалыктан басымдылығы жатады
B) Петри желісі, динамикалык шешімдер кестесі, продукциондық жүйе C) бейімделушілікті каматамасыз ететін БАЖ ¥ТЖ-ң тікелей кұрамды бөлігі О) ЭАЖ-де өңделетін ақпараттар үшін жұмсалатын шығындар объектіде осы акпаратты қолдану экономикалық ұтыстан аз болмау керек Е) барлық жауап дұрыс 9. Операцияларды зерттеу қай елде екінші дүниежүзілік соғыс кезінен бастап жүргізілді (кейіннен осы бағытты өцдеуді АҚШ жалғастырды)? A) Ресейде B) Англияда C) Францияда Б) КСРО-да Е) ондай болған емес 10. Сигнал дегеніміз не? A) физикалық құрылымдардың обьектінің немесе ортаның физикалық қасиеттері, жағдайы жэне тэртібі туралы берілетін ақпараттық қызмет B) Петри желісі, динамикалық шешімдер кестесі, продукциондық жүйе C) бейімделушілікті қаматамасыз ететін БАЖ ¥ТЖ-ң тікелей кұрамды бөлігі Э) ЭАЖ-де өнделетін акпараттар үшін жұмсалатын шығындар, объектіде осы ақпаратты қолдану экономикалық ұтыстан аз болмау керек Е) барлық жауап дұрыс 11. Жалпы алғанда сигналдарды өцдеу максаты деп нені айтамыз? A) физикалық кұрылымдардың обьектінің немесе ортаның физикалық қасиеттері, жағдайы жэне тэртібі туралы берілетін ақпараттық қызмет B) оларда бейнеленген нақты ақпараттык мәліметтерді (пайдалысын да, максаттысын да) алып, ол мәліметтерді қабылдау жэне одан эрі пайдалану үлгісіне келтіруді айтады C) бейімделушілікті қаматамасыз ететін БАЖ ¥ТЖ-ң тікелей құрамды бөлігі |
Б) ЭАЖ-де өңделетін ақпараттар үшін жұмсалатын шығындар,
обьектіде осы ақпаратты қолдану экономикалық ұтыстан аз болмау керек Е) барлық жауап дұрыс 12. Сигалдарға қажетті деп нені айтамыз? A) физикалық құрылымдардың обьектінің немесе ортаның физикалық қасиеттері, жағдайы жэне тэртібі туралы берілетін ақпараттық қызмет B) Петри желісі, динамикалық шешімдер кестесі, продукциондық жүйе C) іріктеп алынған мақсатты сигналдарды саралау кезінде негізгі сигналдармен бірге оларға бөгет жасайтын шулармен түрлі кедергілерді тіркейді Б) ЭАЖ-де өңделетін ақпараттар үшін жұмсалатын шығындар объектіде осы ақпаратты қолдану экономикалык ұтыстан аз болмау керек Е) барлық жауап дұрыс 13. Сигналдарды қандай түрлерге бөледі? A) жалпы B) символды C) тек шулар Э) пайдалы жэне бөгет жасайтын Е) барлық жауап дұрыс 14. Бөгет жасайтын сигналдардың шыгу табигатын анықтаганда олар ауысып кетуі мүмкін: A) символға B) белгіге C) таңбаға О) ешнәрсеге айналмайды Е) ақпараттык разрядтарға 15. Қандай өлшемде берілген сигналдардын нәтижесінде пайда болган көп өлшемді сигналдар жиі пайдаланылады? A) бір B) екі C) үш Б) төрт Е) бес |
16. Көп өлшемді сигналдар бір өлшемді сигналдардың …. түрінде қаралады?
A) реттелген көбейтіндісі B) реттелген косындысы C) реттелген азайтындысы О) реттелген бөліндісі Е) реттелген дәрежесі 17. Көп өлшемді сигналдарды өңдеудің өз ерекшеліктері бар және олардың сандарыныц дәрежесі көп болуына байланысты бір өлшемді сигналдардан айырмашылықтары қандай болуы мүмкін? A) аз B) орташа C) көп Б) біреу ғана Е) тек шектеулі 18. Сигналдар теориялық зерттеу мен практикалық талдаудын объектісі болуы үшін оны математикалық жазу әдісі — сигналдыц қандай моделі көрсетілуі қажет? A) алгоритмдік B) физикалық C) эмпирикалық О) математикалық Е) логикалық 19. Физикалық деректерді талдауда сигналдардын математикалық моделдерін қүруда екі түрлі әдісті пайдалануга болады: A) физикалык құрылымдардың обьектінің немесе ортаның физикалық қасиетгері, жагдайы жэне тэртібі туралы берілетін ақпараттық кызмет B) Петри желісі, динамикалық шешімдер кестесі, продукциондық жүйе C) бейімделушілікті қаматамасыз ететін БАЖ ¥ТЖ-ң тікелей қүрамды бөлігі О) ЭАЖ-де өңделетін ақпараттар үшін жұмсалатын шығындар объектіде осы акпаратты колдану экономикалык ұтыстан аз болмау керек Е) математикалык эдістерде аударылған сигналдар, эдіс кездейсоқ сигналдар мэнін көрсетеді |
261 |
20. Математикалық әдістерде аударылған сигналдар —
A) жеткілікті дәрежеде дэлдеп есептеп, оны математикалық формулалармен немесе есептеу алгоритмдермен нақтылап жазуға болады B) кездейсок жағдайлардың болуына сигналдардың өзіне тэн физикалық табиғилылыгы себеп болады C) мазмұнына байланысты О) тіркелген сигналдардың уақытқа немесе пайда болған орнына, мазмұнына байланысты болады Е) барлык жауап дұрыс |