Манипуляция

21.1 манипуляция түрлері

дискретті модуляция (манипуляция) – гармоникалық тасушы тербелістің дискреттік (цифрлық) модуляциялайтын сигналмен модуляциялау. Тасушының модуляцияланатын параметрлері секірмелі түрде ауысып отырады. Манипуляция процесін іске асыратын құрылғы манипулятор деп аталады.

Дискретті модуляцияланатын сигнал ретінде дискретті хабарламалардың кодалық комбинацияларының символдарын анықтайтын біріншілік сигнал жатады.

Біріншілік дискретті сигналдардың мысалдары: телеграфтық, ақпарат тасымалдау, ИКМ.

Манипуляцияның келесідей түрлері бар:

-тасымалдаушының өзгеретін параметрлеріне байланысты:

- амплитудалық (АМн; ағылшын термин – amplitude shift keying, ASK),

- жиіліктік (ЖМн; ағылшын термин – frequency shift keying, FSK),

- фазалық (ФМн; ағылшын термин – phase shift keying, PSK),

- амплитуда-фазалық (АФМн; ағылшын термин – APK/PSK, немесе amplitude phase keying, APK).

АМн кезінде таымалданатын сигналдың әрбір мүмкін мәніне сәйкесінше гармоникалық тасушы тербелістің амплитудасы қойылады,ЖМн кезінде – жиілік, ФМн кезінде – фаза, ал АФМн кезінде –амплитуда мен бастапқы фазаның комбинациясы;

-қолданылатын кодаларға байланысты:

- көппозициялы немесе -арлы (ағылшынша– m-ary),

- екілік (ағылшынша – binary).

Көппозициялы манипуляция модуляцияның бір жылдамдығында тасымалдау жылдамдығын көбейту үшін қолданылады. - көппозициялы кодалың негізі – түрлі символдарының саны. Практикада көбінесе екінің нөлдік емес дәрежесі қолданылады: , мұндағы - екілік цифрлар саны (битов). Екілік манипуляция (, ) көппозициялының жиі қайталанатын жағдайы болып табылады.

21.2 Екілік АМн

Екілік кодада біріншілік сигнал 0 және 1 кодалық символдарына сәйкес келетін мәндерді қабылдайды:

- (-U_mи, U_mи) –екіполярлы сигнал;

- (0, U_mи) –бірполярлы сигнал.

Екілік АМн-де (BASK) 1 символына гармоникалық тасушы тербелістің кесіндісі алынады, 0 символына – тербеліс жоқтығы (үзіліс), сондықтан АМн-ді пассивті үзілісті манипуляция деп атайды.

Модуляцияланатын сигнал ретінде меандрлыны аламыз –1010 қайталанатын екілік коданың тізбектілігін айқындайтын сигнал.

21.1- сурет – АМн және модуляцияланатын сигналдардың уақыттық диаграммалары

АМн-ді спектрі гармоникаға бай сигналды модуляция ретінде қарастыруға болады: меандрлы сигнал спектрі тақ гармоникалардың шексіз спектрінен тұрады. АМн сигналдың спектрі жиілігі тасушы жиілігімен тең құраушыдан және екі шектік жолақтардан тұрады.

21.2-сурет –модуляцияланатын және АМн сигналдардың спектрал диаграммалары.

Теориялық тұрғыдан АМн кезіндегі сигнал спектрі шексіз. Практикада шексіз спектр фильтрдің өткізу жолағымен шектеледі. АМн сигналдың спектрінің ендігін есентеу қатынастары:

,

Мұндағы -модуляция жылдамдығы, Бод – бірлік уақытта берілетін кода символдарының саны (1 с);

- символдық (тактовый) интервал –бір символды тасымалдауға арналған уақыт интервалы.

АМн сымсыз телеграфия үшін 20 ғасырдың басында ойлап табылды. Қазіргі таңда цифрлы байланыс жүйелерінде АМн қолданылмайды.

21.3 Екілік ЖМн

Екілік ЖМн кезінде (BFSK) 1 символына жиілігі болатын гармоникалық тербеліс кесіндісі сәйкес келеді, ал 0 символына жиілігі , мұндағы - жиілік девиациясы – орташа тасымалдау мәніне салыстырмалы жиілік өзгерісі 1 (0). ЖМн кезінде пассивті үзіліс жоқ, сондықтан оны активті үзілісті манипуляция деп атайды.

ЖМн-нің екі жағдайы бар: фаза үзілуімен және үзілуінсіз (continuous-phase FSK – CPFSK).

Фаза үзілуі бар ЖМн-де әрбір өз жиілігіндегі екілік символдың тағайындалуы туынды болып табылады. Алынған сигнал фаза секірістерінен тұрады.

t

t

21.3-сурет –уақыттық сигналдар: фаза айырылуы бар ЖМн және модуляцияланатын.

Фаза айырылулары сигнал спектінің айқын емес болуына әкеледі. Бұл қабылдаудың кедергіге төзімділігін кемітеді және өзге байланыс жүйелеріне кедергі келтіреді. Сондықтан жиілік таңдауда жиілікті сигналдан жиілікті сигналға ақырын ауысу керек:

және,

мұндағы-симводық интервал ішіндегі период саны.

21.4-сурет – сигналдардың уақыттық диаграммалары:модуляцияланатын және фаза айырылуынсыз.

ЖМн сигнал екі бөлек АМН сигналдардың қосындысы ретінде алуға болады, біреуі тек бірліктерді айқындау және тасушы жиілігі үшін ғана қолданылады, ал екіншісі тек нөлдерді ғана.

21.5-сурет – ЖМн сигналдың спектрал диаграммасы.

Екілік ЖМн-ды сигнал спектрінің ендікгі келесідей табылады:

,

Мұндағы -жиілік тасымалы–және жиіліктері арасындағы қашықтық.

- жиілік девиациясы –1 (0) тасымалы кезіндегі орташа мәніне салыстырмалы жиілік өзгерісі.

ЖМн радиорелейлі және серіктік байланыс жүйелерінде қолданылады.

21.4 Екілік ФМн

Абсолют және салыстырмалы ФМн болып бөлінеді (СФМн; differential PSK – DPSK).

ФМн кезінде ақпарат сигнал фазасының абсолют мәніне енгізіледі, демек тасушы тербеліс фазасына салыстырмалы модуляцияланатын сигнал фазасының ығысуы. СФМн кезінде сигнал фазасын келесі сигнал элеентінің фазасына дейін санайды.

Екілік ФМн кезінде (BPSK) 1 тасымалына фазасы тасушы фазасымен сәйкес келетін гармоникалық тербеліс кесіндісі салыстырмалы, ал 0 тасымалына фазасы бойынша 180-ге айырмашылық жасайтын.

21.6-сурет – модуляцияланатын және ФМн сигналдардың уақыттық диаграммасы.

ФМн сигналды екі АМн сигнал қосындысы ретінде қарастыруға болады, оларды алу үшін біріншісіне , ал екіншісіне - қолданылады. ФМн сигналдың амплитудаларының спетрі АМн сигналдың спектрін құраушылардан тұрады, тек тасушы жиілігі өзгеше. Шектік құраушылар амплитудалары екі есе көп болады. Реалды кодалық сөздерді тасымалдағанда құраушы амплитудасы нөлге тең емес, алайда біршама аз болады.

21.6-сурет – ФМн сигнал спектрі.

СФМн кезінде 0 символы сигналдың алдыңғы элементіне сәйкес гармоникалық тербеліс кесіндісінің бастапқы фазасымен беріледі, ал 1 символы – алдыңғы элементінен 180°-қа айырмашылық жасайтын, немесе керісінше.

21.7-сурет –модуляциялайтын және СФМн сигналдың уақыттық диаграммасы.

СФМн сигнал спектрі АМн сигнал спектріне ұқсас.

ФМн сигналдың жиіліктер жолағы АМн сигналға ұқсас:

.

ФМн алыс космос зерттеулері программасы дамуының басында пайда болған және коммерциялық және әскери байланыс жүйелерінде қолданылады.

22 ИМПУЛЬСТІК МОДУЛЯЦИЯ

22.1 Импульстік модуляция түрлері

Импульстік модуляция –тікбұрышты импульстердің периодтық тізбектері сияқты тасушы тербелісті аналогтық модуляциялайтын сигналмен модуляциялау.

Импульстік тасымалдаушы 4 параматрмен сипатталады: амплитудамен , ұзақтықпен , тізбектелу жиілігі (Котельников теоремасы бойынша қолданылады) және импульстер фазасымен (22.1, а суретте). Оларды тасымалдау сигналының зағымен өзгерте отырып импульстік модуляцияның негізгі төрт түрін аламыз:

- амплитуда-импульстік (АИМ) – импульс амплитудасы өзгереді(22.1, в-суреті). АИМ сигналдары екіге жіктеледі: бірінші текті сигнал (АИМ-1) – импульстер шыңы ақпараттық сигналдардың заңын қайталайды және –екінші текті сигнал (АИМ-2) –импульстер шыңы жазық болып келеді;

- жиілікті-импульстік импульсную (ЖИМ) – импульстер тізбегінің жиілігі өзгереді (22.1, г-сурет);

- ендікті-импульстік немесе ұзақтық-импульстік (ҚИМ немесе ҰИМ) – импульстер ендігі өзгереді (ұзақтық) (22.1, д - суреті). ҚИМ-нің біржақты және екіжақты түрлері бар.

- фаза-импульстік (ФИМ) – тасушының импульсінің басы, ортасы немесе соңымен сәйкес келетін тактілік нүктелерге салыстырмалы қозғалады. (22.1, е – суретте дөңгелекпен келтірілген).

22.1-сурет –импульсті модуляциялар түрлері:

а)тікбұрышты импульстердің тасушы тізбектілігі;

б)модуляцияланатын сигнал;

в) амплитуда-импульс-модуляцияланған сигнал;

г) жиілік-импульс-модуляцияланған сигнал;

д) ендік-импульс-модуляцияланған сигнал;

е) фаза-импульс-модуляцияланған сигнал.

22.1 Импульсті-модуляцияланған сигналдар спектрі.

Модуляцияның импульсті түрлеріндегі спектр модуляциялайтын сигнал спектріне байланысты. Модуляция кезінде әр гармоникалық тасушыны индивидуал тасушы ретінде қарастыруға болады (сурет- 22.2). Жолақтар пайда болуы гармоникалық тасушы модуляциясының заңы бойынша жүреді.

Қуыстық q>10 кезінде шектік жиіліктер жолағы тасушы спектрімен салыстырғанда елеулі үлкею бермейді. Демек, модуляцияның импульсті түрлеріне спектр ендігі модуляция түріне, параметрлеріне, импульстер тізбектелу периодына байланысты емес:

, ,

мұндағы -тасушы импульсінің ұзақтығы;

- модуляцияланған сигналдың импульсінің минималды ұзақтығы.

22.2 -сурет – Спектрал диаграммалар:

а) тасушы тербеліс(ПППИ қуыстық 2);

б) ақпараттық сигнал;

в) АИМ сигнал.

23.1 Аналогты-цифрлы түрлену.

Цифрлы модуляция аналогты сигналды цифрлықа ауыстыруда қолданылады.

Үздіксіз сигналдың цифрлықа ауысуы үш операция көмегімен іске асады:

-уақыт бойынша дискретизация;

- деңгей бойынша квантталу;

- кодалау.

Олар аналогты-цифрлы түрлендіргіш деп аталатын және дискретизатор, кванттауыш және кодері бар құрылғыда іске асады.

23.1-сурет –АСТ құрылымдық сұлбасы.

Дискретизация – үздіксіз сигналдың дискретті есептеулеріндегі тізбектілікті ақпараттық құрауымен эквивалентті берілуі. Бұл шара Котельников теоремасы бойынша іске асады.

Есептеулерді жасау үшін уақыт интервалында өзгеретін электрон кілтті қолдануға болады.

Квантталу –импульс шамаларына квантталған мәндер беру, демек уақыт бойынша дискреттіден деңгей бойынша дискретті сигнал құру. Кванттау қадамы - кванттау деңгейлері арасындағы айырмашылық. Кванттау деңгейлерінің жиынтығы кванттау шкаласы деп аталады. Егер кванттау қадамы кванттау деңгейіне байланысты болмаса, кванттау біртегіс деп аталады, егер олай болмаса- біртегіс емес деп аталады. АИМ деңгейі бойынша кванттау нәтижесінде квантталған АИМ сигналды аламыз.

Квантталу кезіндегі дөңгелену есебінен қате пайда болады, себесі есептеудің квантталған түрі нақты мәнінен өзгешеленеді. Келесідей табылады: .Біртегіс квантталу шуы импульстардың кездейсоқ тізбектігі деп аталады(23.2 сурет), кванттау өадамының жартысынан аспайды.

.

Бұдан кванттау шуының импультер амплитудасы кванттау өадамына байланысты екенін көреміз. Кванттау деңгейлерін көбейте отырып кванттау қателігін азайтуға болады.

КОДАЛАУ – деңгей және уақыт бойынша дискретті сигналдардың кодқа түрлену процесі. Кодалаудың келесі түрлері:

- тікелей – квантталған есептеулер кванттау деңгейіне сәйкес номерді анықтайтын кодалық комбинацияларға түрленеді (23.2 сурет). ИКМ кезінде іске асады;

- түрлі – нақты және алдын ала алынған мәндерінің түрлілігі кодалалады. Дифферециалды ИКМ (ДИКМ), дельта-модуляция (ДМ) кезінде қолданылады.

Дата добавления: 2014-10-31