double arrow

Жиілікті модульдеу 8 страница

Есептер:

1. Амплитудалық модульдеуі бар байланыстың радиожелісінберуші (портативті радиотелефон) қандай қуатқа ие болу керек, егер:

- сигнал/шу қатынасы барысында қабылдаушының сезімталдығы қабылдау желісіндегі қуаты бойынша - 10 мкВ;

- Қабылдаушы антеннасының әрекет етуші биіктігі - 0.5 м;

- Қабылдаушының өткізу желісі - 20 кГц;

- амплитудалық модульдеу тереңдігі - 0.3;

- байланыс арнасында сигналдың өшуі - 90 дБ аспайды;

және қабылдаушының шығу жолында +30 дБ кем болмайтындай сигнал/шу қатынасын қамтамасыз ету керек.

2. Төменгі радиотелефондық байланыс жүйесін өңдеу барысында оның құрудың екі баламалы нұсқасы ұсынылған:

1. КИМ – кодты-импульсті модульдеу жүйесі және символдық қабылдау жүйесі. 0 және 1 символдарын беруді қарама-қайшы сигналдарды қолдану арқылы беру ұсынылады.

2. УИМ-КСС – уақытты-импульстік модульдеу жүйесі, УИМ импульсі ретінде кең сызықты шу тәріздес сигнал қолданылады

Екі жағдайда да жүйе келесі талаптарға жауап беруі керек: берілетін хабарламаның дискреттелу жиілігі =10 кГц;

- Қабылдаушының ену жолындағы сигнал/шу минималды энергетикалық ара-қатынасы дискреттеу интервалына жақындатылған,

- қабылдаушының шығу жолындағы қуаттығы бойынша сигнал/шу ара-қатынасы ең нашар жағдайдың өзінде де + 30 дБ кем болмауы керек.

Берілген талаптарға жауап беретін жүйе нұсқауларының қайсысы төменгі кең сызықты болады?

Жүйелердің қайсысы егер жүйедегі жиіліктер сызығы 100 кГц аспайтындай болса, қабылдаушының шығу жолында сигнал/шудың ең жақсы ара-қатынасын қамтамасыз етеді?

3. Алдыңғы есептің шарты үшін амплитудалық және дискретті жиілікті модульдеуді пайдалану нұсқаларын қарастыру.

Тосқауылдар барысындағы сигналдарды бастапқы іріктеу әдісі көбінесе талап етілетін тосқауылға қарсы тұру жағдайы мен кодты сигналдарды қабылдау барысындағы шынайылықты қамтамасыз етпейді. Импульсті сигналдарды келісілген фильтрлеу әдісін қолдану неғұрлым жоғары тосқауылға қарсы тұру жағдайын қамтамасыз етеді.

Келісілген филтрлерді пайдалану барысында сандық амплитудалы-импульсті, импульсті-кодты және фазоимпульсті модульдеу әдістерінің сипаттамаларына салыстырмалы талдау жасайық.

Сандық амплитудалы-импульсті модульдеу

Айталық, кодты хабарлама бір реттік қабаттар ретінде үш екілі разрядты сандар ілеспелілігін білдіреді. Осылайша, барлығы 23=8 мүмкін болатын қабаттар бар. Әрі қарай сипатталатын жүйелерде әрбір 8 қабаттарға 3L үш тактілі импульс ұзындықты жекелеген сигнал қойылады. АИМ жағдайында жоғарыдағы сегіз сигналдар 20.1. суретінде көрсетілгендей сегіз мүмкін болатын мәнді амплитудасы бар импульстер формасына ие. Максималды амплитуда А-ға тең, минималды – 0, амплитуданың қалған мәндері A/7 шамасына тең бөлінген. Айталық, суретте көрсетілген сигнал q(x) тікелей арна бойынша беріледі. Берілетін АИМ сигнал спектрі импульс ұзақтығына кері пропорционалды болып табылатын 1/3L еніне ие. Егер сегіз деңгей де тең ықтималды болады деп жорамалдасақ, онда берілетін АИМ сигналдың орташа қуаттылығы Pcp= 0,36A2 екенін дәлелдеу қиын емес. Қабылдаушының ену жолындағы қысым кішірейтілген амплитудасы бар (арнадағы әлсіреуден) және n(x) бұзылған бейімділікті тосқауылы бар берілетін сигналды q(x) білдіреді делік. Қарапайымдылық үшін n(x) – тұрақты спектрлі тығыздықты G0 ақ шу және арнадағы әлсіреу жоқ деп есептейміз.

Сурет 20.1 сандық АИМ барысында сигналдардың өзгеруі

Кодты ілеспелілікті қалпына келтіру үшін, қабылдаушы әрбір 3L интервалы аралығында қабылданатын q(x)+n(x) сигналды орташа мәнге түсіреді. Бұл шудың ықпалын минимизациялайды. Орташалаудың осындайоперациясын 20.2. суретінде көрсетілген келісілген фильтр көмегімен де орындауға болады. Қабылданатын ауытқудағы пайдалы сигналға q(x) келісілген фильтрдің жауап беруі 20.1.д. суретіндегі уақытша диаграммада пунктирлі сызықпен көрсетілген үш бұрыштар сомасын білдіреді. Оның орташа квадраттық мәні мынаған тең

. (19)

Сурет 20.2 Келісілген фильтрлі АИМ сигналының қабылдаушысы

Осылайша, өңдеуші құрылғының (3.18 сурет) ену жолындағы әрбір өңдеушінің шамасы сигнал амплитудасына тең қысым сомасынан тұрады, яғни A/7, 2A/7,…,7A/7, және орташа квадраттық мәнді шу қысымынан тұрады . Алдыңғы интервалда қандай деңгей берілгені туралы шешім жоғары шынайылыққа ие болу үшін (қаьһтеліктердің төменгі жиілігін), шудің орташа квадраттық мәні деңгейлер арасындағы айырмашылықтармен салыстырғанда төмен болу керек, яғни АИМ үшін

, (20)

немесе Pcp=0,36A2 (берілетін сигналдың орташа қуаттылығы),

PcpL/G0>>5,88. (21)

Аталмыш ара-қатынас берілетін сигнал қуаттылығын және аталмыш жүйе екі реттік ақпаратты бере алатын жылдамдықты сипаттайды. Осылайша, өткізу сызығы сигнал-шу ара-қатынасына алмасатыны байқалады. Байланыс теориясының осы маңызды қағидасы модульдеу әдістерінің көптеген қасиеттерін түсіндіруге мүмкіндік береді, мысалы, АМ-ге қарағанда ЧМ басымдылығы.

Импульсті-кодты модульдеу

Импульсті-кодты модульдеу (ИКМ) және АИМ арасындағы айырмашылық 20.3. суретінде көрсетілген. Екі реттік санның әрбір разряды жекелей беріледі: 1 – L ұзындықты импульспен және B амплитудасымен, ал 0 – импульстің болмауымен. Егер 0 және 1 тең ықтималды болса, онда берілетін сигналдың орташа қуаттылығы Pcp=0,5B2, ал оның сызығы шамамен 1/L құрайды. Сәйкесінше, қарастырылып отырған мысалдағы ИКМ сигнал АИМ сигналмен салыстырғанда 3 есе кең сызыққа ие, бұл өз кезегінде АИМ кемшілігі болып табылады.

ИКМ жүйесінің қабылдаушысы АИМ сигналының қабылдаушысына ұқсас, бір айырмашылық – оның келісілген фильтрі үш есе төмен ұзақтықты және з есе көп кең сызықты импульсті сипаттамаға ие болуы керек. Ол 20.4. суретінде көрсетілген. Нәтижесінде шудың орташа квадраттық мәні қабылдаушының шығу жолында АИМ қабылдаушымен салыстырғанда 3 есе жоғары болады.

<n2r(x)>= G0/L (22)

Бұл ИКМ сигналдың кемшілігі болып табылады. Алайда қабылдаушыдағы ИКМ өңдеудің ену құрылғысындағы сигнал деңгейлері арасындағы айырмашылық В максималды сигнал амплитудасына тең, ол АИМ жүйесіндегідей 1/7 амплитудасына тең болмайды. Осыған байланысты шығу шуларының жоғары деңгейі компенсацияланады, себебі ИКМ-гі төменгі қателіктер ықтималдығына жету үшін мына шартты орындау қажет

(23)

немесе 0,5B2=Pcp,

PcpL/G0>>0,5. (24)

АИМ мен салыстырғанда ИКМ бір қатенің қайталануы себебінен сигнал күші 10 есе аз болады. ИКМ жүйесінің күші тең болғанда ол жоғары сираттамаларға ие болады.

Сурет. 20.3 ИКМ сигналының құрылымы

Фазоимпультік модуляция

Фазоимпультік модульяцияның қағидалары 20.5 суретте көрсетілген. Өзінің сипаттамасына тән қарастырылған ИКМ системасынан асып түседі, бірақ осы ұтыс ағымдар жиілігінің кеңейтілуі арқасында жүзеге асады. Әр итервалда ұзақтығы 3L тіркелген амплитуда да бір импульс беріледі, бірақ оның ұзақтығы 3L/8 құрайды және ол сегіздің бір бөлігінде уақытша орналасады. Сонымен қоса, берілген сигналдың ағымы 8/3L тең немесе сигнал АИМ ағымын 8 есе арттырады және сигнал ИКМ ағымынан 2,7 есе артық. Сигналдың орташа қуаты Рорт=0.125C2 құрайды.

Сурет 20.4 Сигнал ИКМ үшін L ұзақтығының фильтрі иапульстік ауытқуға келіседі; сигнал ФИМ үшін ұзақтығы 3L/8

Импульс сипаттамасының ұзақтығы 3L/8 құрайды. Сонда орташа квадраттық шығу мәні <nr2(x)>= 8G0/3L тең, ол ИКМ немесе АИМ мен салыстырғанда неғұрлым артық. Бірақ сигналдар деңгейі әртүрлі және маңыздылығы зор. Неғұрлым аз қателік аз жіберу үшін мына шарттармен қамтамасыз ету керек.

(25)

немесе жобалап Pорт=0,125C2,

PcpL/G0>0,33. (26)

Демек, ФИМ системасы 1/3 төмендегенде ИКМ сияқты сапаны қамтамасыз етеді, бірақ осы жағдайда ағымдағы жиілік 3 есе кеңейеді. Сонымен қоса, ағымның сигнал дыбысқа ауысуы кезінде ФИМ жүйесі ИКМ жүйесінің орнын басады.

Дельта-модуляция

Сандық формадағы сигналдың тиімді тәсілін қайта құрылуы дельта-модуляция болып табылады, ол 20.6 суретте сипатталған. Әр уақытта есеп беру сигналы мен әр қадамында ара тәрізді кернеуді төмендету d салыстырылады. Егер ара тәрізді кернеулік амплитудадан есеп беру сигналы жоғары болса, онда келесі дикретизациялау нүктеге дейін ақырғысы өседі, ал керісінше жағдайда ол төмендейді. Ара тәрізді кернеу қарапайым жүйеде барлық процесс ұзақтығыда өзгеріссіз сақталады. Ара тәрізді кернеуден алынған бинарлық сигналды ауыспалы қарастыруға болады. Полученный бинарный сигнал можно рассматривать как производную от пилообразного напряжения. Неғұрлым аз қадамды менді d таңдап, берілген жоспардын нақты сигналын алуға болады. Дельт–модуляциясының артықшылығы, салыстырмалы түрде, мысалы, ИКМ бинарлық сигналды шығарады, қанша берілген дискретизация жиілігінде өткізу нақты тұжырымдалмайды, оның қанша өткізу қарапайымдылығы болып табылады.


Сурет 20.5 ФИМ сигналдарының құрылымы


Сурет 20.6 Дельта-модуляциясында сигналдардың құрылымы

Интегралдау жолынмен бинарлы сигналдан ара тәрізді кернеуге қалыптастыруға болады, сигнал фильтірдің төменгі желісі арқылы өтетіп, аппроксимация жүзеге асады. Сандық кодтың берілу жылдамдығы берілген сапаға арналып, неғұрлым азайтуға, қолдануға болады, мысалы, алдын ала сызықтық кодтау.

Тақырып 11. Сигнал және каналдың ақпараттық сипаттамасы

Жоспар (1 сағат)

1. Сигнал мен каналдың физикалық сипаттамасына сәйкестік.

2. Хабарлама және байланыс каналдар қайнар көзінің статистикалық қасиетіне сәйкестік.

Кілттік сөздер: сигнал, канал,қасиет, қайнар көзі,хабарлама, байланыс, статистикалық, физикалық, дискреттік, өткізу мүмкіндігі, коды.

Сигнал дегеніміз физикалық құрылымдардың обьектінің немесе ортаның физикалық қасиеттері, жағдайы және тәртібі туралы берілетін ақпараттық қызмет. Жалпы алғанда сигналдарды өңдеу мақсаты деп оларда бейнеленген нақты ақпараттық мәліметтерді (пайдалысында, мақсаттысында) алып, ол мәліметтерді қабылдау және одан әрі пайда-лану үлгісіне келтіруді айтады.

Қажетті деп іріктеп алынған мақсатты сигналдарды саралау кезінде негізгі сигналдармен бірге оларға бөгет жасайтын шулармен түрлі кедергілерді тіркейді. Түрлі кедергілерге өлшеу барысы кезінде тұрақтылықты бұзатын әртүрлі факторлар, мысалы: электірлік бақылауды өлшеу кезінде бұзатын найзағай разрядтары және т.б. Ақпа-раттық сигналдардағы тіркелген барлық сигналдардан пайдалысын бөліп алу бірақ пайдалысын сақтай отырып, ақпараттық сигналдағы шулар мен бөгеттерді шекті мөлшеріне дейін жою, сигналдарды алғашқы өңдеудің(бақылау нәтижелерінің) ең басты міндеттерінің бірі саналады.

Сигналдарды пайдалысына және бөгет жасайтынына (шулар) бөліп алу шартты түрде екенін көрсету қажет. Бөгет жасайтын сигналдардың көздері болып түрлі физикалық процесстер, құбылыстар және обьектілер саналады. Бөгет жасайтын сигналдардың шығу табиғатын анықтағанда олар ақпараттық разрядтарға ауысып кетуі мүмкін.

Сигналдардың өлшемдері

Сигналдардың көп өлшемді қызметтері бар. Олар: уақытша және өзгерістерге тәуелсіз, жан-жақты таратылған. Көбінесе бір өлшемде берілген сигналдардың нәтижесінде пайда болған көп өлшемді сигналдар жиі пайдаланылады.

Көп өлшемді сигналдар өз аргументтері бойынша әртүрлі мәліметтер беретін болып кездесуі мүмкін.

Көп өлшемді сигналдар бір өлшемді сигналдардың реттелген қосындысы түрінде қаралады. Осыны ескере отырып математикалық аппараттар жеткілікті мөлшерде терең зерттейтін бір өлшемді сигнал-дарды талдау және өңдеудің көптеген принцптерімен практикалық әдістері көп өлшемді сигналдарға да пайдаланылады. Сигналдардың физикалық табиғаты сигналдардың математикалық аппараттарда өңделуінде ешбір мәнге ие бола алмайды.

Сонымен қатар көп өлшемді сигналдарды өңдеудің өз ерекшеліктері бар және олардың сандарының дәрежесі көп болуына байланысты бір өлшемді сигналдардан айырмашылықтары көп болуы мүмкін. Көп өлшемді сигналдарды дискретизациялау барысында сигналдардың тек жиілік спекторы ғана емес дискретизацияның расторлық үлгісінің де маңызы зор.

Сигналдардың математикалық жазылуы

Сигналдар теориялық зерттеу мен практикалық талдаудың обьектісі болуы үшін оны математикалық жазу әдісі - сигналдың математикалық моделі көрсетілуі қажет. Математикалық жазу сигналдың физикалық табиғатынан және оны жеткізетін материалдық үлгіден оқшаулауға, сигналдарда кластық топқа бөлуге, оларды салыстыруға, дәрежелерін анықтауға, сигналдарды өңдеудің жүйесін моделдендіруге жағдай туғызады. Тәртібінде сигналдарды жазу сигналдың белгілі ақпараттық параметрлерінің тәуелді ауыспалы (аргумента) – s(х), y(t)-нен сигналдың қызметтік тәуелділігіне ауыстыруға жағдай туғызады. Сигналдардың математикалық қызметін жазу заттай да сол сияқты кешенді де болуы мүмкін.

Сигналдардың математикалық моделдері

Физикалық мәліметтерді талдау теориясы мен өңдеу тиісті физикалық өрістер мен процесстердің математикалық моделіне негізделеді. Моделдер кесте, графика, қызметтік тәуелділік, заттың бір күйінен екінші күйіне ауысу және теңесу жағдайларымен беріледі. Егер үлгідегі тізбелер істің зерттеліп отырған обьектінің жағдайы мен тәртібін белгілі дәлдікпен болжауға мүмкіндік беретін болса математикалық моделдердің түп нұсқасы болып саналуы мүмкін.

Тәуелсіз үзілістерге берілген тапсырмалардың интервалы арқылы анықталатын және сигналдың таралу аумағы, сигналдың математикалық моделінің кез келген бөлінбес бөлшегі. Үзілістерге арналған интервал тапсырмаларының мысалдары:

a ≤ x ≤ b, x Î [a,b].

A < y ≤ b, y Î (a,b].

a < z < b, z Î (a,b).

Тәуелсіз үзілістердің мәнінің таралу аумағы –Ґ тен дейін әдеттегідей R:=(-Ґ,+Ґ), x Î R индексімен белгіленеді. Сонымен қатар сигналдарды анықтау аумағы үзілістердің мәнін сандық түрде айқындалуы мүмкін (бүтіндік, рационалдық, заттық, комплекстік).

Моделдердің сигналдық түрлері.

Физикалық деректерд талдауда сигналдардың математикалық моделдерін құруға екі түрлі әдісті пайдалануға болады.

Бірінші әдіс мазмұны кез келген уақытта немесе кеңістіктің жай нүктесінде мәлім және дәл анықталған болуы мумкін аударылған (детерминированными) сигналдарға негізделеді. Математикалық әдістерде аударылған сигналдар – бұл жеткілікті дәрежеде дәлдеп есептеп оны математикалық формулалармен немесе есептеу алгоритмдермен нақтылап жазуға болады.

Екінші әдіс кездейсоқ сигналдар мәнін көрсетеді олар кейбір мүмкіндіктерді еске алып нақты мазмұнға ие болатынынескеріп және статистикалық суреттемелерді пайдаланып жазу қажет.

Кездей соқ жағдайлардың болуына сигналдардың өзіне тән физикалық табиғилылығы себеп болады. Мысалы: ядролық геофизикалық әдістер және тіркелген сигналдардың уақытқа немесе пайда болған орнына, мазмұнына байланысты болады. Осы тұрғыдан алғанда сигналдардың кездейсоқтығы өзінің табиғатына, обьектілердің физикалық қасиетіне байланысты кездейсоқ анықталатын параметрлермен немесе құрылысы күрделі, нәтижесін анықтау қиын геологиялық ортаның әсерлерінен алынған бейне деп қарауға болады.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: