سیستم های مخابراتی

دانشگاه اصفهان90گروه مهندسي برق – مهر

خدای هرکس همان است که بسیار به یاد اوست

مراجع درس Communication Systems by Simon Haykin, John Wiley & Sons Inc. 4th Ed.

مراجع درس Communication Systems Engineering by John G. Proakis , Masoud Salehi Prentice Hall2 nd Ed. 2001

مراجع درس

Digital & Analog Communication Systems Leon W.Couch Prentic Hall 6th edition 2001

مراجع درس

Communication Systems A.B Carlson Mc Graw-Hill 4th edition 2001

مراجع درس

سیستمهای مخابراتی دیجیتال و آنالوگBy K.S. Shanmugam ترجمه دکتر محمد رضا

عارف

ارزيابي

)امتحانات مقطعی )کوییز5%

30امتحان ميان ترم%60امتحان پایان ترم%10تکالیف%

سر فصل درس

مقدمه: نگاه کلی به سیستمهای مخابراتی)گذشته - حال-آینده(

) مدوالسیون امواج پیوسته ) آنالوگفرآیندهای تصادفینويز در مدوالسيون امواج پيوسته مدوالسیون پالس ) حرکت به سوی

سیستمهای دیجیتال ( ارسال پالس در باند پایه ) ارسال دیجیتال

)مروري بر مخابرات دیجیتال

نگاه کلی به سیستمهای مخابراتی

مخابرات یعنی ارسال اطالعات بین دونقطه متفاوت

بررسی تاریخی

1837اختراع تلگراف توسط ساموئل مورس :

بررسی تاریخی 1876اختراع تلفن توسط گراهام بل:

بررسی تاریخی

سیستمهایاولیه تلفنVVی

ساده و محدود گسترش در بVه

چنVد صد حوزه کیلومتر بودند

بررسی تاریخی جهانی جنگهای

شد موجVVVب تلفنی سVVیستم

دوسوی را اقیانوسها بهم متصل کند.

سیستمهایPSTN سوئیچینگ

بررسی تاریخی – مخابرات بيسيم1864 پیش :

وجود بینی امواج

الکترومغناطVVVیسبندی فرمول ی

توسط ماکسول

اورستدفارادی

فارادي

بررسی تاریخی – مخابرات بيسيم

فارادي

بررسی تاریخی – مخابرات بيسيم : اساس کار

تبدیل میدانهای الکتریکی و

مغناطیسی به همدیگر

بررسی تاریخی

1901 :سیگنالهای

از رادیویی بیش ی فاصVله

1000از دریافت کیلومتVر

شد.

بررسی تاریخی

1920 شروع : استفاده از

AMرادیوی

بررسی تاریخی

1929 ارائه :اولین سیستم

تلویزیونی

بررسی تاریخی

1933 ساخت :اولین سیستم

FMمخابراتی توسط

ارمسترانگ

بررسی تاریخی

1947 اختراع :ترانزیستور

بررسی تاریخی

1958 اولین :مدارهایV مجتمع

بررسی تاریخی

1965 اولین :سیستمهای

مخابرات ماهواره ای

تجاری

بررسی تاریخی – سالهاي اخير

بررسی تاریخی – سالهاي اخير

کابلهای نوری)پهنا باند زیاد (

بررسی تاریخی – سالهاي اخير

کامپیوتر) پردازش (

بررسی تاریخی – سالهاي اخير

مخابرات سلولی

بررسی تاریخی – سالهاي اخير

wireless network

بررسی تاریخی – سالهاي اخير

Bluetooth

سیستمهای مخابراتی امروز

رادیو وتلویزیون

Broadcasting

سیستمهای مخابراتی امروز

شبکه تلفنی ●تلفنهای خانگی از طریق زوج سیم به هم تابیده به

مراکز سوییچمتصل می شوند و از آن طریق مسیریابی می

Local Switching.شوندOffice (Exchange)

Local SwitchingOffice (Exchange)

Long Distance Lines(Fiber)Local Line

(Twisted Pair)Fax

Modem

سیستمهای مخابراتی امروز- مودمها و فاکس

خطوط تلفنی مخصوصvoice ارسال داده هاي ديجيتال با كمك پردازش و

بدون تغییر در المانهای سر راه استفاده از پهنای باند مشابه سیگنال

صحبت )استفاده بهینه از پهنای باند خطوط تلفنی (

مودمهای مخصوص مثلADSL تا نرخ چند Mbps

سیستمهای مخابراتی امروز-سیستم سلولی

● تقسيم منطقه به چند سلول برای افزایش ظرفیت

نصب آنتنهایBTS در هر سلول تخصيص یک باند فرکانسی به هر

سلول

سیستمهای مخابراتی امروز-سیستم سلولی

● باند فرکانسی سلولهای مجاور با همدیگر متفاوت است.)در اغلب موارد( و در

سلولهای دورتر تکرارمی شوند.

سیستمهای مخابراتی امروز-سیستم سلولی

ارتباط بین سلولها از طریق یک ● مرکزسوييچ.

BSBS

MTSO PSTN MTSO

BS

تهران

اصفهان

Internet

سیستمهای مخابراتی امروز-سیستم سلولی

برای ارتباط PSTNاستفاده از ● درسطح جهانی

BSBS

MTSO PSTN MTSO

BS

تهران

اصفهان

Internet

سیستمهای مخابراتی امروز-سیستم سلولی

● شبکه سلولی قدیمی: مدوالسیون FM

شبکه های جدیدتر: انواعمدوالسیونهاي دیجیتال

سیستمهای مخابراتی امروز- شبکه های محلی

Local Area Networks (LANs)

Vاتصال کامپیوترها از طریقLAN با استفاده ازکارت شبکه

تبديل بیتها به بسته ها تقسیم میشوندو ارسال روی شبکه

01011011

1011

0101 0101

101101011011

LANsشبکه های محلی

●LAN 100 های بیسیم : با برد حدود

متر01011011

InternetAccessPoint

0101 1011

سیستمهای مخابراتی امروز- شبکه WAN های

Wide Area Networks

یکbackbone در منطقه وسیع است ها را به هم MAN ها و LANکه

متصل میکند. معموال از طریق فیبرهای نوری و خطوط ماهواره ای

()سرعت باال01011011 Internet

1011

0101

Bridge MANLAN

Satellite andFiber Lines

Bridge LAN

سیستمهای مخابراتی امروز-V شبکه WAN های

اتصالMANها و LAN توسط ها)براي ترجمه Bridgeعناصري بنام

پروتكلها (01011011 Internet

1011

0101

Bridge MANLAN

Satellite andFiber Lines

Bridge LAN

WAN شبکه های

يك پروتكل جهاني براي انتقال ومسيريابي داده ها الزم است.

استفاده TCP /IP اينترنت از پروتكلي مي كند.

-سیستمهای سیستمهای مخابراتی امروزماهواره ای

سیستمهای ماهواره ای

-سیستمهای مخابراتی امروزسیستمهای ماهواره ای

ماهواره مثل يك ايستگاه ثابتفضايي عمل مي كند.

منطقه وسيعي را پوشش مي دهديك طرفه و نسبتاً گران است.

سیستمهای ماهواره ای

LEO=Low Earth Orbit

GEO=geo synchronous

سیستمهای مخابراتی امروز

Bluetooth

Bluetooth

يك روش عمومي براي جايگزينيكابل و سيم در سيستمهاي

الكترونيكي است. 2.4 باند فركانسیGHZ و برد كم

100 m -10 721 نرخ دادهkbps و سه كانال صوتي

سیستمهای مخابراتی آینده

Digital TV

سیستمهای مخابراتی آینده

:Software Radio

سخت افراز از Vطریقsoftware تغییر

.خواهد کرد

سیستمهای مخابراتی آینده

ارتباط بی سیمبا نرخ زیاد

سیستمهای مخابراتی آینده

Remote learning

سیستمهای مخابراتی آینده

Telemedicine

مسائل طراحی

طراحی سختاستفاده از افزار:

عناصر ارزان، کم حجم، کم مصرف،

سبک و سریع

مسائل طراحی

تبدیل و ارسال اطالعات : طراحی سیستم بین سخت افزارها.

نرخ زیاد داده، مقاومت در برابر نویز : الزاماتو تداخل

مسائل طراحی

:طراحی شبکهاتصال سیستم ها

در هر زمان و نقطه.

:سرعتالزامات ،امنيت

عناصر يك سيستم مخابراتي

:دیاگرام کلی یک سیستم مخابراتی

بررسي قسمتهاي مختلف يك چنين هدف :سيستمي و ارزيابي عملكرد آن در حالتهاي

مختلف

منبع اطالعاتيفرستنده لكاناگيرندهمصرف كنندهسيگنال

پيامسيگنال ارسالي

تخميني از سيگنال پيام

سیگنال دریافتی

source m(t) آنالوگ یا

رشته بیت b

sinkیا

عناصر يك سيستم مخابراتي فرستنده و گيرنده در دو نقطه مختلف قرار دارند

و كانال محيطي است كه آن دو را به هم متصل مي كند.

،منبع اطالعاتي سيگنال پيام را توليد مي كند)صداموسيقي، تصوير، داده، ...(

فرستنده سيگنال پيام را به يك سيگنال مناسببراي عبور از كانال تبديل مي كند)مثال مناسب

منبع اطالعاتيفرستنده لكاناگيرندهمصرف كنندهكانال بي سيم و يا سيمي و...(سيگنال

پيامسيگنال ارسالي

تخميني از سيگنال پيام

سیگنال دریافتی

source m(t) آنالوگ یا

bرشته بیت

sinkیا

عناصر يك سيستم مخابراتي

سیگنال از کانال عبور می کند و در تداخل، کانال دچار اعوجاج،تاخیرو ... می شود.

گیرنده با توجه به سیگنا ل دریافتیسیگنال پیام را تخمین می زند.

منبع اطالعاتيفرستنده لكاناگيرندهمصرف كنندهسيگنال

پيامسيگنال ارسالي

تخميني از سيگنال پيام

سیگنال دریافتی

source m(t) آنالوگ یا

bرشته بیت

sinkیا

محدوديت سيستمهاي مخابراتي

توان فرستنده

محدوديت سيستمهاي مخابراتي

پهناي باند

طراحي بهينه يعني استفاده بهينه از توان و پهنايباند

محدوديت سيستمهاي مخابراتي

سيگنال ناخواسته مخلوط با سيگنال اصلينويز :

محدوديت سيستمهاي مخابراتي

منبع داخلي )حرارتي( و منبع منابع نويز :خارجي )تداخل(

مدوالسیون

تبدیل سیگنال پیام به سیگنال مناسب درفرستنده = مدوالسيون

عکس این کار در گیرنده = دیمدوالسیون

مدوالسیون

به علت اعوجاج و نویزی که در کانال ایجادمی شود سیگنال خروجی گیرنده دقیقاً

مشابه فرستنده نیست. بعضی از روشهای مدوالسیون حساسیت

کمتری نسبت به نویز و اعوجاج دارند.

مدوالسیون

( مدوالسیون امواج پیوستهCW ) یک موج :سینوسی به عنوان حامل وجود دارد.

مدوالسیون امواج پيوسته

مدوالسیون دامنه Amplitude Modulation (AM ).حامل را عوض می کند jسیگنال پیام دامنۀ

مدوالسیون امواج پيوسته

مدوالسیون زاویه ای jسیگنال پیام زاویۀ :حامل را عوض میکند.

انواع مدوالسیون زاويه اي

مدوالسیون فرکانسFrequency Modulation (FM ) سیگنال پیام فرکانس لحظه

ای حامل را عوض می کند.

مدوالسیون فازPhase Modulation (PM )

سیگنال پیام فاز لحظه ای حامل را عوض می کند.

مدوالسیون

یک موج مدوالسیون امواج پیوسته :سینوسی به عنوان حامل وجود دارد.

: مدوالسیون پالس jحامل یک دنبالۀپریودیک از پالسهای مستطیل شکل است.

مدوالسیون

مدوالسیون پالس آنالوگ:

مالتی پلکسینگ

فرآیند ترکیب چندین سیگنال برایارسال همزمان روی یک کانال را

مالتی پلکسینگ گویند.

Frequency Division Multiplexing (FDM)

تخصیص حاملهای جداگانه به منابعاطالعاتی متفاوت.

.در گیرنده بانک فیلتر الزم است.طیفها نباید هم پوشانی داشته باشند

Time Division Multiplexing (TDM)

مالتی پلکسینگ با استفاده از تقسیمزمانی

تخصیصtime slot های متفاوت به منابع اطالعاتی متفاوت.

Code Division Multiplexing (CDM)

هر سیگنال پیام به صورت مخصوص به خودکد می شود.

سیگنالها در طیف و زمان هم پوشانیدارند.

Wave Division Multiplexing (WDM)

نوعیFDM.مخصوص فیبرهای نوری

)از طول موجهای مختلف )رنگهای مختلفبرای سیگنالهای پیام مختلف استفاده می

شود.

مخابرات دیجیتال و مخابرات آنالوگ● سیگنال آنالوگ تغییرات

پیوسته دارد.)اغلب سیگنالها طبیعت آنالوگ

دارند.(● پارامترهای سیگنال

دیجیتال )مثل فرکانس، دامنه، فاز و ...(مقادیر

محدودی می گیرند.

مخابرات دیجیتال و مخابرات آنالوگ

سیستم مخابراتی آنالوگ اطالعاتآنالوگ را به سیگنال مدوله شدۀ�

آنالوگ تبدیل و ارسال می کند. سیستم مخابراتی دیجیتال اطالعات

را را به بیت تبدیل می کند و از سیگنال دیجیتال استفاده می کند.

مخابرات دیجیتال و مخابرات آنالوگ

منابع آنالوگ با نمونه برداری وکوانتیزاسیون به رشته بیت تبدیل

می شوند.

سیستم آنالوگ مفاهیم ساده تریدارد ولی در اجرا سخت تر است مثالً

به علت غیر خطی بودن و ...

سیستم دیجیتال مفاهیم پیچیده تریدارد ولی در اجرا ساده تر و قابل

اطمینان تر است.

مخابرات دیجیتال و مخابرات آنالوگ

● معیار عملکرد در سیستم دیجیتال ( و دیگری احتمال bpsیکی نرخ داده )

خطا ) (است.

●Pb به توان سیگنال , مقدار نویز ومشخصات کانال بستگی دارد.

معیار عملکرد در سیستم ● آنالوگ شباهت است.

مخابرات دیجیتال و مخابرات آنالوگ

در سیستم دیجیتال می توان ثابتکرد تحت شرایطی می توان احتمال

Pb را تا اندازۀ� دلخواه به صفر نزدیک کرد.

: قضیۀ� شانونبا تعریف ظرفیت برای کانال به

صورت اگر Pbباشد Cنرخ دادۀ� ارسالی کمتر از

را می توان تا اندازۀ� دلخواه به صفر : نزدیک کرد.

: B نسبت سیگنال به نویز پهنای باند