شهریور ۲۶, ۱۳۹۵ 0

سیستم های مخابراتی، مدولاسیون و انواع آن(بخش دوم)

نوشته شده توسط :arezuysf درشهریور ۲۶, ۱۳۹۵

مدلاسيون

مدولاسيون دامنه AM شامل فرايند تغيير دامنه يک موج حامل که معمولا يک موج حامل بسامد راديويي طبق مشخصات سيگنال يا علامتي ديگر(مانند سيگنال‌هاي صوتي حاصل از صداي انسان يا وسايل موسيقي)و يکي از روش‌هاي ارسال خبر به وسيله امواج راديويي مي باشد.

مدلاسيون دامنه و فاز

مدولاسيون فرکانس FM نوعي از پخش راديويي است. اينها سيگنال هايي هستند که توسط ايستگاههايي راديويي ايجاد مي‌شوند و نواحي مختلف پخش مي‌شوند. نوع ديگر مدولاسيون آنالوگ PM ميباشد که به اندازه FM کار برد ندارد.

مدلاسيون فاز

نوع ديگر مدلاسيون SM ميباشد که نوعي از مدلاسيون دامنه است . نوع ديگر مدلاسيون آنالوگ QAM است که نوعي ترکيب مدلاسيون آنالوگ و ديجيتال ميباشد. از ديگر انواع مدلاسيون دامنه با حذف کنار باند SSB است که نسبت به مدولاسيون معمولي پهناي باند کمتري دارد.
PCM بيتي يک سيگنال آنا لوگ مدولاسيون کد پالس pcm يک شيوه کدگذاري رقمي سيگنال انالوگ در مخابرات است. در اين مدلاسيون بزرگي سيگنال در فواصل زماني ثابت و مساوي اندازه‌گيري شده و سپس کوانتيزه مي‌شود. نتيجه کوانتيزه‌کردن سيگنال آنالوگ به صورت عضوي از مجموعه‌اي محدود قابل نمايش است (به عنوان نمونه عددي بين ۰ تا ۲۵۵). از آن‌جا که اعضاي اين مجموعه با عددي صحيح قابل بيان‌اند مي‌توان از روش‌هاي متداول مخابرات ديجيتال براي ذخيره‌سازي، مقاوم سازي نسبت به خطا و ارسال سيگنال بر کانال مخابراتي استفاده کرد. از کدينگ PCM در تلفن‌هاي ديجيتال، سيستم‌هاي صوتي ديجيتال، صداي کامپيوتر و برخي پخشکننده‌هاي صوت ديجيتال استفاده مي‌شود.
اين مدولاسيون به دو عامل بستگي دارد:  سرعت نمونه برداري و تعداد سطوح کوانتيزه‌کردن. شرط لازم براي سرعت‌نمونه‌برداري اين است که فرکانس نمونه‌برداري بيش‌تر از فرکانس ناي کو ئيست سيگنال آنالوگ باشد. هم‌چنين با افزايش تعداد سطوح کوانتيزه‌کردن سيگنال ديجيتالِ معادل تقريب بهتري از سيگنال آنالوگ اوليه خواهد بود. در مدولاسيون کد پالس استفاده‌شده در CD هاي صوتي فرکانس نمونه‌برداري ۴۴٫۱کيلوهرتز و تعداد سطوح کوانتيزه‌کردن ۶۵۵۳۶ (معادل ۱۶ بيت) است. مدلاسيون مورد استفاده ماژول HM-TR از مدلاسيون FSK استفاده مي کند از اين رو در ادامه FSK را بيشتر شرح ميدهم .
مدولاسيون (FSK ): (Frequency-Shift keying) يک شماي مدولاسيون فرکانس است که در آن اطلاعات ديجيتال از طريق تغييرات گسسته فرکانس موج حامل ارسال مي شود. ساده ترين نوع FSK نوع FSK باينري ( BFSK) مي باشد. BFSK به صورت ضمني بيان کننده استفاده از دو فرکانس جدا براي ارسال اطلاعات باينري (۰ها و ۱ ها) مي باشد. با اين شما، “۱” به عنوان فرکانس علامت و “۰” به عنوان فرکانس فاصله ناميده مي شود. نمودار حوزه زمان FSK در شکل ۲-۴ نشان داده شده است

شکل هاي ديگر FSK Minimum-Shift keying Minimum Frequency-Shift keying يا Minimum-Shift keying يک شکل خاص کارآمدتر FSK همزماني است. در MSK اختلاف بين فرکانس بالاتر و پايين تر برابر نصف نرخ بيت است. بنابراين، شکل موج هاي استفاده شده براي نشان دادن بيت ۰ و ۱ دقيقاً برابر نصف دوره تناوب حامل اختلاف دارند. اين کوچک ترين انديس مدولاسيون FSK است که مي توان انتخاب کرد تا شکل موج هاي ۰ و ۱ متعامد باشند. يک نوع از MSK که GMSK ناميده مي شود در استاندارد تلفن همراه GSM استفاده مي شود. FSK به طور عام در کاربردهاي Caller ID و اندازه گيري از راه دور مورد استفاده قرار مي گيرد.
Audio FSK Audio Frequency-Shift keying يک روش مدولاسيون است که در آن اطلاعات ديجيتال به وسيله تغييرات فرکانس (گام) آهنگ صدا، نشان داده مي شود، در حالي که سيگنال کد شده حاصل مناسب براي ارسال از طريق راديو يا تلفن شود. به طور عادي صداي ارسال شده بين دو آهنگ صدا تغيير مي کند: يکي، همان “علامت”، نشان دهنده يک باينري؛ ديگري، همان “فاصله”، نشان دهنده صفر باينري. AFSK از FSK معمول در اجراي مدولاسيون در فرکانس هاي باند پايه متفاوت است. در کاربرد هاي راديويي، سيگنال مدوله شده AFSK به صورت عادي براي مدوله کردن يک حامل RF (با استفاده از يک روش مرسوم، مثل AM يا FM) براي ارسال استفاده مي شود. AFSK هميشه براي ارتباطات پر سرعت استفاده نمي شود، زيرا کارآيي اين روش هم از نظر توان و هم از نظر پهناي باند خيلي کمتر از روش هاي ديگر مدولاسيون مي باشد. علاوه بر سادگي آن، AFSK مزيتي دارد که سيگنال کد شده از ميان لينک هاي AC-coupled، شامل بيشتر تجهيزاتي در اصل براي حمل موسيقي يا گفتار طراحي شده اند.
کاربردها بيشتر مودم هاي خط تلفن هاي اوليه از Frequency-Shift keying براي ارسال و دريافت داده، با نرخ هاي حداکثر تا ۳۰۰ بيت بر ثانيه استفاده کردند. براي مثال مودم رايج Bell 103 از اين روش استفاده کرد. حتي امروزه، Caller ID امريکاي شمالي از باود ۱۲۰۰ AFSK با استاندارد Bell 202 استفاده مي کند. برخي ميکرو کامپيوتر هاي اوليه از نوع خاصي از مدولاسيون AFSK، استاندارد کانزاس سيتي، براي ذخيره داده ها بر روي کاست هاي صوتي استفاده کردند. AFSK هنوز هم به طور گسترده اي در راديوهاي آماتور استفاده مي شود. دستگاه کنترل راديويي از FSK، استفاده مي کند، ولي آن را در عوض FM و PPM مي نامند. AFSK همچنين در سيستم اعلام فوريت ايالات متحده (USEAS) براي ارسال اطلاعات اخطار استفاده مي شود. همچنين در سيستمهاي هواشناسي راديويي امريکا و کانادا و … اين روش به کار برده مي شود.

FSK روشي براي ارسال سيگنال هاي ديجيتال است . اگر دو حالت باينري موجود يعني صفر و يک منطقي را توسط يک شکل موج آنالوگ تعريف کنيد ، صفر منطقي در اين روش توسط يک موج با فرکانس خاص و يک منطقي نيز توسط موجي ديگر با فرکانس متفاوت تعريف مي شود . يک مدم FSK اطلاعات باينري موجود در کامپيوتر را به سيگنال FSK تبديل مي کند تا بتوان آن ها را روي خطوط تلفن ، کابل ها ، فيبر نوري و يا به صورت بي سيم ارسال کرد . اين مدم همچنين ميتواند سيگنال هاي FSK رسيده را نيز به حالت هاي صفر و يک ديجيتال تبديل کند تا کامپيوتر بتواند آن ها را بفهمد .

روش FSK

روش هاي مدولاسيون ديجيتال FSK : FSK يکي از روش هاي مدلاسيون ديجيتال است که در آن فرکانس موج سينوسي حامل بر اساس سيگنال پيام تغيير مي کند . از ديگر روش هاي مدولاسيون ديجيتال ASK و PSK را مي توان نام برد که در ASK دامنه و در PSK فاز موج حامل تغيير مي کند. در روش FSK از يک حامل ( يا دو حامل ) با فرکانس هاي متفاوت براي ۰ و ۱ استفاده مي شود . سيگنال مدوله شده منتج ممکن است همچون جمع دو سيگنال دامنه مدوله شده باشد که فرکانس حامل شان متفاوت بوده است .
مدلاتور FSK : به دليل اينكه اغلب كانال‌هاي مخابراتي، پاسخ بسيار ضعيفي در مجاورت فركانس صفر دارند، لذا به عنوان كانال ميان‌گذر در نظر گرفته مي‌شوند. براي انتقال اطلاعات توسط كانال‌هاي ميان‌گذر، اطلاعات را بايستي توسط يك موج حامل با فركانس مناسب ارسال نمود. با توجه به اينكه اطلاعات ورودي ديجيتال است و كانال انتقال آنالوگ، لذا بايستي از مدلاسيوني استفاده كرد كه داده‌هاي ديجيتال را به آنالوگ تبديل كند تا به سهولت از كانال انتقال عبور داد. FSK يکي از روش هاي مدلاسيون ديجيتال است که در آن فرکانس موج سينوسي حامل، بر اساس سيگنال پيام تغيير مي‌کند. اگر موج كرير اصلي را ACos(ωct) در نظر بگيريم، آنگاه در مدلاسيون FSK هنگامي كه ورودي برابر با صفر منطقي باشد، مدلاتور موج كريري با مشخصه ACos((ωc-ωd)t) را به ديتاي ورودي نسبت مي‌دهد و هرگاه ورودي برابر با يك منطقي باشد، مدلاتور موج كريري با مشخصه ACos((ωc+ωd)t) را به ديتاي ورودي نسبت مي دهد. در واقع در اين نوع از مدلاسيون ديجيتال، به ازاي صفر و يك منطقي دو موج سينوسي با دو فركانس متفاوت ارسال مي‌كنيم. امروزه FSK رايج ترين روش مدولاسيون است که در ساخت مودم‌هاي PLC براي کاربردهاي خانگي يا اصطلاحا indoor استفاده مي‌شود و تقريبا بيشتر مودم‌هاي PLC که تا کنون توليد شده‌اند، از اين نوع مدلاسيون استفاده مي‌کنند.  تراشه‌اي كه در اين پروژه عمل مدلاسيون را انجام مي‌دهد، PLL مي‌باشد.
VCO : اسيلاتور کنترل شده با ولتاژ به اختصار VCO يک اسيلاتور الکترونيکي است، که براي کنترل فرکانس نوسان توسط ولتاژ، طراحي شده‌است. فرکانس نوسان متناسب با ولتاژ DC ورودي، تغيير مي‌کند، مي‌توان سيگنال پيام را به VCO (اسيلاتور کنترل شده با ولتاژ) داد و مدولاسيون فرکانس (FM)، مدولاسيون فاز (PM) و مدولاسيون پهناي پالس (PWM) را بدست آورد.
کنترل فرکانس در VCO: در فرکانس‌هاي بالا، عنصر کنترل شونده با ولتاژ، عموماً ديود واراکتور است که به قسمتي از مدار تانک اسيلاتور LC ، متصل است .در فرکانس‌هاي پايين ، ديگر روش‌هاي تغيير فرکانس همچون دگرگوني در سرعت شارژ خازن ، يعني منبع جريان کنترل شونده با ولتاژ ، استفاده مي‌شود .
اسيلاتور کريستالي کنترل شونده با ولتاژ: يک اسيلاتور کريستالي کنترل شونده با ولتاژ (VCXO) زماني استفاده مي‌شود که ، فرکانس کار به مقدار تنظيمات نسبي کوچک (مقدار دقيق فرکانس يا فاز اسيلاتور بسيار حياتي باشد) يا با اعمال يک ولتاژ متغير در ورودي کنترلي اسيلاتور ، مي‌خواهيم ، تداخلات راديو فرکانسي را بر روي يک رنج فرکانسي براي رفع ايراد ، حذف کنيم . اسيلاتورهايي هستند که بر روي رنج‌هاي فرکانسي پهناور کار مي‌کنند . اسيلاتورهاي متغيير فرکانس (VFOs) ، به وسيله مقدار يکي از مدارات تعيين کننده فرکانس ، فرکانس خود را تغيير مي‌دهند . يک اسيلاتور کنترل شونده با ولتاژ (VCO) يکي از عناصر تعيين کننده فرکانس است که به صورت الکتريکي کنترل مي‌شود .
کاربردهاي VCO: VCOها در مواردي همچون زير استفاده مي‌شوند: فانکشن ژنراتور  براي تغيير تن موزيک در تهيه موزيک الکترونيکي  حلقه فاز قفل شونده PLL
يک حلقه قفل فاز قفل شده يا PLL : مباني عملکرد PLL : PLL در تمامي مدارات الکترونيکي نقش کليدي دارد. با وجود PLL مي توان نقطه شروع و پايان تصوير را در تلويزيون ثابت نگاه داشت. در تلويزيونهاي رنگي به PLL ديگري نياز است تا رنگهاي تصوير حفظ شوند و به عنوان مثال رنگ آبي به سبز متمايل نشود. در تمام سيستمهاي مخابراتي بدون وجود PLL کيفيت سيگنال دمدوله شده کاملا تصادفي بوده و بسته به نوع روش مدولاسيون در فرستنده، سيگنال شامل اطلاعات دچار تضعيف و يا اغتشاش۳ خواهد شد. PLL مداري است که باعث مي شود خروجي يک سيستم، خروجي سيستم ديگري را دنبال نمايد. به عبارت دقيقتر PLL مداري است که که سيگنال خروجي را که توسط يک نوسان ساز۴ ايجاد شده با سيگنال ورودي يا سيگنال مرجع۵ يکسان مي سازد. در حالت يکسان سازي۶ يا حالت قفل۷، خطاي فاز ميان خروجي نوسان ساز و سيگنال مرجع صفر يا بسيار کوچک است. اگر خطاي فاز افزايش يابد يک مکانيسم کنترلي به گونه اي روي نوسان ساز عمل مي کند که خطا تا کمترين حد کاهش يابد. در اين مکانيسم کنترلي فاز سيگنال خروجي روي فاز سيگنال مرجع قفل مي شود که به همين دليل حلقه قفل فاز۸ خوانده شده است. اساس کار PLL توسط مثالي از PLL خطي يا LPLL توضيح داده شده است. يک PLL متشکل از بخشهاي زير مي باشد . ۱- يک نوسان ساز کنترل شونده با ولتاژ (VCO) 2- يک آشکارساز فاز (PD) 3- يک فيلتر پايين گذر (LPF) در برخي از PLL ها به جاي VCO از ۹ CCO استفاده مي شود که در اين حالت خروجي آشکارساز فاز يک منبع جريان کنترل شده است با اين وجود عملکرد آنها کاملا يکسان است. در فهرست زير سيگنالهاي مورد علاقه در مدار PLL آورده شده است. * سيگنال ورودي يا مرجع  * فرکانس زاويه اي سيگنال مرجع  * سيگنال خروجي VCO  * فرکانس زاويه اي سيگنال خروجي  * سيگنال خروجي آشکارساز فاز  * سيگنال خروجي فيلتر پائين گذر * خطاي فاز که اختلاف فاز ميان سيگنالهاي و است.
حال پس از يک نگاه کلي به PLL، به شرح عملکرد سه بخش سازنده سيستم الف مي پردازيم. VCO در فرکانس زاويه ي نوسان مي کند که توسط سيگنال خروجي فيلتر تعيين مي شود و از رابطه زير پيروي مي کند: فرکانس (زاويه اي) مرکزي VCO و ضريب VCO با واحد است. PD که آشکارساز فاز نيز ناميده مي شود وظيفه مقايسه فاز سيگنال خروجي و سيگنال مرجع را بر عهده دارد که رابطه آن دربازه محدودي به صورت خطي متناسب با خطاي فاز است.  سيگنال خروجي از PD متشکل از يک مولفه dc و يک مولفه ac سوار شده بر آن است که نامطلوب مي باشد و توسط يک فيلتر پايين گذر که معمولا از درجه يک است حذف مي شود. يک سيستم کنترلي الکترونيکي است، که يک سيگنال قفل شده فاز متناسب با ورودي يا مرجع، مي‌سازد. PLL در يک فيدبک منفي مشترک توسط مقايسه خروجي «اسيلاتور کنترل شونده با ولتاژ (VCO)» و ورودي فرکانس مرجع، با آشکارساز فاز، انجام مي‌پذيرد. آشکارساز فاز براي هدايت فاز اسيلاتور، به سيگنال مرجع ورودي، استفاده مي‌شود. اين نوع از مدارات بطور گسترده در راديو، ارتباطات مخابراتي، کامپيوترها و ديگر کاربردهاي الکترونيکي استفاده مي‌شود، که به اين ترتيب است: ساخت يک يا چند فرکانس، که از لحاظ پايداري و ثبات به فرکانس مرجع برسد.
فناوري دسترسي:  سه نوع روش معمول جهت دسترسي به سيستم انتقال اطلاعات توسط شبكه‌هاي راديوئي عبارتنداز:  – دسترسي چند‌گانه‌ي تقسيم بسامدي FDMA : كه هر تماس را برروي يك بسامد مجزا قرار مي‌دهد.  – دسترسي چندگانه‌ي تقسيم زماني TDMA : هر تماس را به بخشي از يك زمان روي يك بسامد واگذار مي‌كند.  – دسترسي چندگانه‌ي تقسيم كدي CDMA : كه به هر تماس يك كد منحصر اختصاص داده و به كل طيف پخش مي‌كند. در قسمت اول هر يك از اين سه روش عبارت «دسترسي چندگانه» را مي‌بينيم، اين بدين مفهوم است كه هر سلول امكان برقراري ارتباط بيش از يك نفر را در يك زمان فراهم مي‌آورد.  ۱- FDMA: در اين روش كل طيف بسامد به چندين كانال تقسيم مي‌شود، اين روش اكثراً جهت سامانه‌هاي آنالوگ به كار مي رود ولي قابليت طراحي به صورت ديجيتال را نيز دارد، اما جهت سامانه ‌هاي ديجيتالي كارآيي موثر نخواهد داشت.
۲- TDMA: از يك پهناي باند نازك ۳۰khz كيلوهرتز و به طول ۶.۷ ميلي‌ثانيه جهت تقسيم زمان به سه بخش استفاده مي‌كند. هر مكالمه ۱/۳ حجم زماني معمول را در اين حالت اشغال نموده و موجب فشرده‌سازي و افزايش بهره‌وري مي‌گردد و باعث افزايش تعداد كانال‌هاي هر سلول خواهد شد. اين سامانه در باند‌هاي ۹۰۰ و ۱۸۰۰ مگاهرتز در اروپا و آسيا و نيز ۱۹۰۰ مگاهرتز در آمريكا مورد استفاده قرار دارد. متأسفانه باند ۱۹۰۰ GSM كه در آمريكا كاربرد دارد با سامانه ‌هاي جهاني همساز نيست.
۳- CDMA:  يك تفاوت كلي با سامانه TDMA دارد. در اين روش بعد از تبديل سيگنال‌ها به ديجيتال آن‌ها را بر روي كل پهناي باند موجود انتشار مي‌دهند و همچنين به هر تماس و سيگنال‌ يك كد منحصر به فرد اختصاص مي‌دهند. در اين حالت گيرنده‌ نيز جهت بازيابي اطلاعات از كد مشابه مختص هر تلفن استفاده مي‌نمايد. بازده‌ي اين سامانه ۸ الي ۱۰ برابر سامانه ‌هاي آنالوگ (AMPS) است و ظرفيت را به ميزان چشم‌گيري افزايش خواهد داد.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

طراحی و پیاده سازی : آژانس خلاقیت سایتینجا آژانس خلاقیت سایتینجا