شهریور ۲۶, ۱۳۹۵ 0

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

نوشته شده توسط :arezuysf درشهریور ۲۶, ۱۳۹۵

مخابرات بيسيم
ارتباطات بيسيم يكي از روش هاي ديرينه ارسال اطلاعات در فواصل دور مي باشد . عمده ترين مزيت استفاده از آن سيار و قابل جابجايي بودن آن در مكان هاي مختلف است . استفاده از بي سيم در ماشين ها , هواپيماها , كشتي ها و وسايل حمل و نقل نتيجه اين مزيت است . از سالها قبل مشخصه هاي اصلي انتقال راديويي از قبيل مدولاسيون ,آنتن , محيط انتقال و اجزاي تشكيل دهنده شامل فرستنده و گيرنده تماماً شناسايي شده اند . با ظهور الكترونيك ديجيتال و استفاده از داده هاي ديجيتالي براي نشان دادن مقادير عددي , تكنيك هاي ارسال راديويي نيز متحول شده است . با استفاده از اين تكنيك ها سيستم هاي راديويي ديجيتال مزيت هاي زيادي پيدا نموده اند . انتشار امواج راديويي در فضا و كيفيت ارتباطات راديويي به پارامترهاي محيط بين دو نقطه مبدا و مقصد وابسته است . عوامل محيطي عبارتند از : – با افزايش فاصله بين دو نقطه ارتباطي ،افت فضاي آزاد مسير افزايش مي يابد كه در نتيجه توان دريافتي درگيرنده كاهش مي يابد . – ارتقاع و مشخصات موانع موجود بين مسير ارتباطي سبب افزايش افت توان موج ارسالي شده كه اين افت ناشي ازافت شكست, تفرق و انعكاس موج در مسير بين دو نقطه بوجود مي آيد. -روابط جوي محيط از عوامل تاثيرگذار بر كيفيت ارتباط راديويي است كه باعث ايجاد فيدينگ در امواج مي شود.  عوامل سيستمي عبارتند از : • در انتشار امواج راديويي فركانس موج (فركانس كارير) از پارامترهاي مهم و تعيين كننده در محاسبه افت فضاي آزاد, انعكاس و شكست موج ارسالي بشمار مي آيد. • با افزايش ارتفاع آنتن ها, افت هاي انعكاس و انكسار موج ارسالي كاهش يافته و منجر به كاهش افت نهايي مسيرمي شود. • امواج ارسالي كانالهاي مجاور و يا دور يك لينك راديويي توسط آنتن گيرنده دريافت شده و باعث تداخل راديويي وايجاد نويز و خطا در پيغام اصلي مي شود. • مدولاسيون سيگنالهاي ارسالي به صوررت هاي مدولاسيون دامنه, (AM) فاز (PM) و فركانس انجام مي گيرد. كه مزاياي آن عبارتند از : جلوگيري از تداخل بين كانالهاي مجاور , فائق آمدن بر مشكلات تشعشع امواج راديويي ,غلبه بر محدوديت هاي محيط ارسال راديويي و مناسب سازي ابعاد آنتن هاي مورد استفاده مي باشد .

تعاريف و اصطلاحات
مدلاسيون:  مدولاسيون در مهندسي عبارت است از سوار کردن سيگنال اطلاعات (سيگنال باند پايه يا پيام) بر روي سيگنال معمولاً فرکانس بالاتري (سيگنال حامل به منظور افزايش برد سيگنال و بهره‌وري انتقال و استفاده بهتر از پهناي باند کانال. در مدولاسيون يکي از خواص سيگنال حامل (مثلاً دامنه، فرکانس، فاز يا …) با توجه به تغييرات سيگنال پيام تغيير داده مي‌شوند.
ضرورت مدلاسيون: ۱- از پهناي باند استفاده‌اي بهينه شود و هر پيام در کانال خاصي قرار گيرد.  ۲- مسافت انتقال پيام (که در فرکانس‌هاي پايين کم است.) افزوده شود. ۳- اگر کانال مخابراتي شامل فضاي آزاد باشد در اين صورت براي انتشار و دريافت سيگنال آنتن‌هايي مورد نياز است طول اين آنتن‌ها متناسب با طول موج سيگنال فرستاده شده‌است. بسياري از سيگنال‌هاي صوتي داراي مولفه فرکانسي ۱۰۰ هرتز يا پايين تر هستند. براي ارسال اين سيگنال‌ها اگر سيگنال مستقيما انتشار يابد به آنتن‌هايي با طول حدود km ۳۰۰ نياز است. اما اگر از مدولاسيون براي سوار کردن سيگنال بر روي يک فرکانس حامل مثلاً Mhz ۱۰۰استفاده کنيم در اين صورت طول آنتن‌ها حدود يک متر خواهد بود.
– نقشه يک لينک راديويي
نقشه لينک راديويي
مولتي پلکسينگ (تسهيم) :  براي مدولاسيون همانطور که اشاره شد احتياج به يک کارير داريم که با اين همه گستردگي اطلاعات احتياج به ميليارده کارير و آنتن ميباشد که غير ممکن است براي جلوگيري از اين مشکل از مولتي پلکس استفاده ميشود که موجهاي پيام را با فرکانسهاي دلخواه ماند قطاري در کنار هم قرار ميدهيم و با يک فرکانس کلي مدولاسيون را انجام ميدهيم . ارسال همزمان چند سيگنال پيام روي يک کانال را مولتي پلکس ميگوييم.  FDM : مولتي پلکس فرکانسي (در بالا توضيح داده شده است)  TDM : مولتي پلکس زماني براي سنکرون کردن استفاده ميشود.  PCM : مدولاسيون کد – پالس که در شبکه تلفن کاربرد دارد

شرح کلي ساختار مخابراتي:

ساختار کلي سيستم مخابراتي
۱- منبع سيگنال ميکروفن – دوربين ويا ساير مبدل هاي معمول است که اطلاعات خبر را به سيگنال مناسب الکتريکي تبديل مي کند .
۲- سيگنال الکتريکي توليد شده به اندازه کافي تقويت شده و غالبا“ از يک فيلتر پايين گذر براي محدود شدن پهناي باند کل سيستم عبور داده مي شود.
۳- نوسان ساز بکار رفته موج حامل راديويي فرکانس بالاي مورد نياز فرستنده را توليد مي کند.دربعضي ازفرستنده ها براي افزايش فرکانس کار موج حامل از ضرب کننده هاي فرکانس استفاده مي شود. مهم ترين خصوصيت لازم براي نوسان ساز پايداري فرکانس ( Frequency Stability) است و به اين جهت از نوسان ساز کريستالي براي توليد موج حامل استفاده مي شود.
۴- براي افزايش دامنه نوسانات توليد شده يک و يا چندين طبقه تقويت کننده لازم است تا دامنه لازم براي عملکرد درست مدولاتور فراهم آيد.
۵- مدولاتور سيگنال هاي خبر و موج حامل را با هم ترکيب و سيگنال مدوله شده بدست مي آيد يکي از مشخصات اين سيگنال متناسب با اطلاعات خبر و طيف فرکانس حوالي فرکانس موج حامل قرار داده مي شود.
۶- براي افزايش فرکانس موج حامل در بسياري از فرستنده ها از يک نوسان ساز ديگر و مخلوط کننده ) mixer) که بين مدولاتور و تقويت کننده RF قرار مي گيرد استفاده مي شود.
۷- تقويت کننده RF براي افزايش دامنه سيگنال مدوله شده جهت اعمال به آنتن به کار رفته است اين تقويت کننده شامل چندين طبقه و آخرين طبقه آن تقويت کننده اي با توان بالا است که به آنتن وصل مي شود.
۸- عناصر فعال در فرکانس هاي بالا داراي مدار معادلي شامل خازن هستند براي انتقال حداکثر توان از خروجي تقويت کننده به بار- لازم است مدار هاي تطبيق امپدانس بين بار ( آنتن ) و خروجي تقويت کننده قرار داد تا شرايط تطبيق امپدانس ( Impedance Matching ) به وجود آيد.
۹- آنتن فرستنده سيگنال الکتريکي را به موج الکترومغناطيس با مشخصات مطلوب از جهت انتشار و نوع پلاريزاسيون مناسب تبديل مي کند .ساده ترين نوع آنتن دوقطبي نصف طول موج است که داراي طول فيزيکي ) ۲/ גּ ) و גּ طول موج در فرکانس موج حامل است .
ساختار گيرنده سيستم مخابراتي
۱- در سمت گيرندگي در بخش آنتن گرنده موج الکترومغناطيس ارسال شده به سيگنال الکتريکي تبديل مي شود در واقع آنتن گيرنده مبدل موج الکترومغناطيس از فضاي آزاد به ورودي گيرنده است و سيگنال مناسب براي تقويت کننده را فراهم مي آورد.
۲- براي انتقال حداکثر توان از آنتن به ورودي لازم است مدار تطبيق امپدانس بين آنتن و تقويت کننده قرار داد تا از حداکثر توان دريافتي که عموما“ مقدار کمي است استفاده کرد.
۳- تقويت کننده فرکانس راديويي پس ازآنتن براي تقويت کننده سيگنال فرکانس بالاي دريافت شده به کار رفته است اين تقويت کنننده از نوع سيگنال کوچک و پهناي باند نسبتا“ کم است از وظايف مهم اين مدار محدود کردن نويز ورودي به گيرنده –حذف سيگنال تصوير ( Image Signal ) و ساير سيگنال ها و فرستنده ناخواسته مي باشد . همچنين افزايش توان سيگنال به اندازه کافي و مناسب در ورودي مخلوط کننده از ديگر وظيفه اين قسمت مي باشد .
۴- مخلوط کننده براي کاهش فرکانس مرکزي سيگنال مدوله شده به کار رفته است داراي دو ورودي سيگنال مدوله شده و سيگنال ديگر نوسان ساز محلي  (Local Oscillator – lo ) است و سيگنال مدوله شده را به فرکانس مياني IF منتقل ميکند . عمل انتقال فرکانسي يک سيگنال در مدار مخلوط کننده به عناصر غير خطي نياز دارد.
۵- نوسان ساز محلي در گيرنده چنان تنظيم مي شود که سيگنال دريافتي به فرکانس مياني مورد نظرمنتقل شود در سيستم هاي پخش براي دريافت فرستنده هاي مختلف مي توان با تنظيم همزمان فرکانس اين نوسان ساز وپاسخ فرکانس تقويت کننده RF ورودي سيگنال مدوله شده تمام فرستنده ها را بهفرکانس ثابت مياني تبديل نمود و گيرنده سوپرهترودين بدست آورد.
۶- تقويت کننده فرکانس مياني (Intermediate Frequency) توان سيگنال را به اندازه مناسب براي اعمال به طبقه آشکار ساز افزايش مي دهد. هم چنين پاسخ فرکانسي اين تقويت کننده چنان است که تمام سيگنال هاي نا خواسته حذف و سيگنال مورد نظر انتخاب و تقويت مي شود . حالت انتخاب گري ( Selectivity ) گيرنده مخابراتي در اين مدار انجام مي شود.
۷- آشکار ساز ( Detector ) به عنوان بار آخرين طبقه تقويت کننده IF قرار دارد و سيگنال اطلاعات اوليه را بازيابي مي کند .
۸- فيلتر و تقويت کننده بعد از آشکار ساز براي حذف سيگنال هاي اضافي و تقويت سيگنال اطلاعات مورد نظر به کار رفته است . اين تقويت کننده توان سيگنال آشکار شده را به اندازه کافي براي پخش در طبقه نهايي افزايش مي دهد .
۹- آخرين واحد گيرنده مدار کنترل بهره اتوماتيک ( Automatic Gain Control ) است . در مواردي که فاصله بين گيرنده و فرستنده زياد است توان کمي در ورودي به گيرنده خواهد رسيد هم چنين وقتي فاصله بين اين دو کم است توان نسبتا“ زيادي به گيرنده خواهد رسيد و ممکن است خروجي طبقات مختلف خصوصا“تقويت کننده IF به شرايط حدي قطع و اشباع برسد.
براي جلوگيري از اين مسئله و به جهت آنکه در شرايط مختلف خروجي آشکار ساز سيگنالي با دامنه تقريبا“يکسان درشرايط مختلف باشد لازم است بهره طبقات مختلف تقويت کننده IF را کنترل نمود. اين کار با کنترل کارعناصر فعال توسط مدار AGC انجام مي پذيرد.
۱۰ – اسيلاتور مداري است که وظيفه آن توليد امواج متناوب با دامنه و فرکانس ثابت است .عوامل محيطي باعث تغييرات در نوسان مي شود.براي غلبه بر اين موضوع از کريستال کوارتز که پايداري بالاي دارد استفاده مي شود. ساختمان اسيلاتور از دو قسمت تشکيل شده است. ۱- تقويت کننده  ۲- مدار برگشتي يا فيديک

بلوک دياگرام گيرنده /فرستنده

بلوک دياگرام کامل سيستم گيرنده مخابراتي
فرستنده / گيرنده استفاده شده در اين پروژه از مدلاسيونهاي FSK استفاده مي کند و مي توان از آن در کاربردهاي FDMA بهره برد که در اين بخش ابتدا به شرح انواع مدلاسيون و سپس به شرح کامل FSK مي پردازيم و در نهايت به توضيح FDMA مي پردازيم . مدولاسيون انواع مختلفي دارد. همچنين مدولاسيون به انواع آنالوگ و ديجيتال هم تقسيم مي‌شود. براي اشاره به مدولاسيون‌هاي ديجيتال بيشتر از اصطلاح کليدزني استفاده مي‌شود. در مدولاسيون سيگنال فرکانس بالا (حامل) بر اساس سيگنال پيام تغيير داده مي‌شود. سيگنال حامل خواص مختلفي دارد که مي‌تواند بر اساس سيگنال پيام تغيير داده شوند و از اين رو انواع مختلفي از مدولاسيون پديد مي‌آيد. مدولاسيون دامنه (AM ): سطح يا دامنه سيگنال حامل بر اساس تغييرات سيگنال پيام تغيير داده مي‌شود.  مدولاسيون فركانس (FM ): فركانس سيگنال حامل بر اساس تغييرات سيگنال پيام تغيير داده مي‌شود.  مدولاسيون فاز (PM ): فاز سيگنال حامل بر اساس تغييرات سيگنال پيام تغيير داده مي‌شود.

Leave a Reply

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

طراحی و پیاده سازی : آژانس خلاقیت سایتینجا آژانس خلاقیت سایتینجا