Mojtaba Montakhabi 587 روز پیش SS
بازدید 476 بدون دیدگاه

سیگنال های آنالوگ و دیجیتال

سیگنال های آنالوگ و دیجیتال، در هر سیستم ارتباطی، اطلاعاتی که قرار است منتقل شوند، عموماً به عنوان یک سیگنال الکتریکی در دسترس می باشند، که ممکن است به شکل آنالوگ یا دیجیتال باشد. در مورد آنالوگ، سیگنال (برای مثال، جریان الکتریکی) به طور پیوسته با زمان تغییر می کند، همانطور که به صورت شماتیک در شکل 1.1 (a) نشان داده شده است. مثال بهتری جهت درک شامل سیگنال‌ های صوتی و تصویری است که زمانیکه یک میکروفون صدا را تبدیل می‌کند یا یک دوربین فیلم‌برداری تصویر را به سیگنال الکتریکی تبدیل می نماید، به دست می‌آید. در مقابل، سیگنال دیجیتال تنها چند مقدار مجزا می گیرد. در نمایش دودویی یک سیگنال دیجیتال، تنها دو مقدار ممکن می باشد: صفر و یک. (0,1)

 

فهرست مطالب

  1. سیگنال های آنالوگ و دیجیتال
    1. تعریف
    2. نمونه برداری و نویز کوانتیزاسیون
    3. محدوده دینامیکی

 

ساده ترین حالت یک سیگنال دیجیتال باینری، حالتی است که در آن جریان الکتریکی یا روشن است و یا خاموش می باشد، همانطور که در شکل 1.1 (b) نشان داده شده است. این دو احتمال “بیت 1” و “بیت 0” نامیده می شوند (بیت یک شکل انقباضی رقم دودویی یا binary است). هر بیت در یک دوره زمانی معین TB پایداری دارد که به عنوان دوره بیت یا شکاف بیت شناخته می شود.

از آنجایی که یک بیت از اطلاعات در یک بازه زمانی TB منتقل می شود، نرخ بیت B که به عنوان تعداد بیت در ثانیه تعریف می شود، به سادگی برابر B = TB-1 می باشد. یک مثال شناخته شده از سیگنال های دیجیتال توسط داده های کامپیوتری ارائه شده است. به هر حرف از الفبا همراه با سایر نمادهای رایج (اعداد اعشاری، علائم نگارشی و غیره) یک عدد رمز (کد ASCII) در محدوده 0-127 اختصاص داده می شود که نمایش باینری آن مربوط به یک سیگنال دیجیتال 7 بیتی است. کد ASCII اصلی جهت نمایش 256 کاراکتر ارسال شده از طریق بایت های 8 بیتی گسترش یافته است.

سیگنال های آنالوگ و دیجیتال هر دو با پهنای باندشان مشخص می شوند که اندازه گیری محتوای طیفی سیگنال است. پهنای باند سیگنال محدوده فرکانس های موجود در سیگنال را نشان می دهد و از طریق تبدیل فوریه آن به صورت ریاضی تعیین می شود.

 

 

شکل (a) یک سیگنال آنالوگ و (b) یک سیگنال دیجیتال

شکل 1.1 شکل (a) یک سیگنال آنالوگ و (b) یک سیگنال دیجیتال.

 

سیگنال های آنالوگ و دیجیتال

یک سیگنال آنالوگ را می توان با نمونه برداری از آن در فواصل زمانی معین به شکل دیجیتال تبدیل نمود. شکل 1.2 روش تبدیل را به صورت شماتیک نشان می دهد. نرخ نمونه برداری توسط پهنای باند Δf سیگنال آنالوگ تعیین می شود. با توجه به قائده نمونه برداری، یک سیگنال محدود با پهنای باند را می توان به طور کامل با نمونه های گسسته، بدون اطلاعات افت، نشان داد، مشروط بر اینکه فرکانس نمونه برداری fs معیار نایکوئیست fs ≥ 2Δf را برآورده نماید. (Nyquist criterion)

 

نمونه برداری و نویز کوانتیزاسیون

مرحله اول شامل نمونه برداری از سیگنال آنالوگ در فرکانس مناسب است. مقادیر نمونه برداری شده می توانند هر مقداری را در محدوده 0 ≤ A ≤ Amax  داشته باشند، که در آن Amax حداکثر دامنه سیگنال آنالوگ داده شده است. فرض نمایید که Amax به فواصل گسسته M (نه لزوماً با فاصله یکسان) تقسیم می گردد. هر مقدار نمونه، کوانتیزه می گردد تا مطابق با یکی از این مقادیر گسسته باشد. واضح است که این روش منجر به نویز اضافی می شود که به نویز کوانتیزاسیون معروف است، که در ولقع به نویز موجود در سیگنال آنالوگ می افزاید.

 

محدوده دینامیکی

اثر نویز کوانتیزاسیون را می توان با انتخاب تعداد سطوح گسسته به حداقل رساند به طوری که M > Amax/AN، که در آن AN دامنه نویز ریشه میانگین مربع سیگنال آنالوگ است. نسبت Amax/AN محدوده دینامیکی نامیده می شود و به رابطه نسبت سیگنال به نویز (SNR) وابسته است.

محدوده دینامیکیمعادله 1.1

 

SNR با واحد دسی بل (dB) بیان می گردد. هر نسبت R را می توان با استفاده از تعریف کلی 101og10R به دسی بل تبدیل نمود.

سه مرحله (a) نمونه برداری، (b) کمی سازی، و (c) کدگذاری مورد نیاز برای تبدیل سیگنال آنالوگ به سیگنال دیجیتال باینری

شکل 1.2 سه مرحله (a) نمونه برداری، (b) کمی سازی،
و (c) کدگذاری مورد نیاز برای تبدیل سیگنال آنالوگ به سیگنال دیجیتال باینری

 

معادله 1.1 حاوی ضریب 20 به جای 10 است، چراکه SNR برای سیگنال های الکتریکی با توجه به توان الکتریکی تعریف می شود، در حالی که A به جریان الکتریکی (یا ولتاژ) وابسته می باشد.

مقادیر نمونه برداری کوانتیزه شده را می توان با استفاده از یک تکنیک تبدیل مناسب به فرمت دیجیتال تبدیل نمود. در یک طرح، که به عنوان مدولاسیون موقعیت پالس شناخته می شود، موقعیت پالس در شکاف بیت معیاری از مقدار نمونه برداری است. در تعریف دیگر، که به عنوان مدولاسیون مدت زمان پالس شناخته می شود، عرض پالس از بیتی به بیت دیگر مطابق با مقدار نمونه تغییر می نماید. این تکنیک‌ها به ندرت در سیستم‌های ارتباطی نوری به شکل عملی استفاده می‌شوند، چراکه حفظ موقعیت پالس یا عرض پالس با دقت بالا در طول انتشار در داخل فیبر نوری بسیار دشوار است. تکنیکی که تقریباً به شکل جهانی مورد استفاده قرار می‌گیرد، به عنوان مدولاسیون کد پالس (PCM) شناخته می‌شود، بر اساس یک طرح دودویی است که در آن اطلاعات از طریق نبود یا وجود پالس‌هایی که در غیر این صورت یکسان هستند، منتقل می‌شود.

یک کد باینری جهت تبدیل هر مقدار نمونه برداری شده به رشته ای از بیت های 1 و 0 استفاده می شود. تعداد بیت‌های m مورد نیاز جهت کدگذاری هر نمونه به تعداد سطوح سیگنال کوانتیزه‌ شده M وابسته است و توسط رابطه زیر نشان داده می شود.

معادله فیبر نوری

معادله 1.2

 

بدیت ترتیب نرخ بیت مرتبط با سیگنال دیجیتال PCM به شکل زیر می باشد

محاسبه و معادلات PCMمعادله 1.3

که در آن معیار Nyquis به شکل  fs ≥ 2Δf است. با توجه به  اینکه M > Amax/AN، و استفاده از معادله (1.2) همراه با log2 10 ≈3.33،

 

محاسبات فیبر نوری PCM

معادله 1.4

 

بدین ترتیب، معادله (1.4) حداقل نرخ بیت مورد نیاز جهت نمایش دیجیتال سیگنال آنالوگ با پهنای باند Δf و یک SNR مشخص را فراهم می نماید. چنانچه SNR > 30 دسی بل باشد، نرخ بیت مورد نیاز از 10(Δf) فراتر می رود، که نشان دهنده افزایش قابل توجهی در پهنای باند مورد نیاز سیگنال های دیجیتال است. با وجود این افزایش، فرمت دیجیتال تقریباً همیشه برای سیستم های ارتباطی نوری مورد استفاده واقع می شود.

این انتخاب به دلیل عملکرد برتر سیستم های انتقال دیجیتال انجام شده است. سیستم‌های طول موجی در مقایسه با سیستم‌های امواج مایکروویو چنان افزایش عظیمی در ظرفیت (با ضریب 10-5) را ارائه می‌دهند که می‌توان مقادیری را جهت بهبود عملکرد پهنای باند کسب نمود.

برای نمونه از معادله. (1.4)، تبدیل دیجیتال سیگنال صوتی تولید شده در تلفن را در نظر بگیرید. سیگنال صوتی آنالوگ دارای فرکانس هایی در محدوده 0.3تا3.4 کیلوهرتز با پهنای باند Δf = 3.1 KHz  و دارای SNR حدود 30 دسی بل است. معادله (1.4) نشان می دهد که B > 31 kb/s.

در عمل، یک کانال صوتی دیجیتال با سرعت 64 کیلوبایت بر ثانیه فعالیت می نماید. سیگنال آنالوگ در فواصل 125 μs
(نرخ نمونه برداری fs = 8 KHz) نمونه برداری می شود و هر نمونه با 8 بیت نمایش داده می شود. نرخ بیت مورد نیاز جهت انتقال یک سیگنال ویدئویی دیجیتال دارای ضریبی 1000 برابر بیشتر می باشد. سیگنال تصویری آنالوگ دارای پهنای باند ~ 4 MHz با SNR حدود 50 دسی بل است. حداقل نرخ بیت از معادله (1.4) 66 مگابیت بر ثانیه می باشد. در عمل، یک سیگنال ویدئویی دیجیتال به نرخ بیتی معادل 100 مگابیت بر ثانیه یا بیشتر نیاز دارد، مگر اینکه با استفاده از یک فرمت استاندارد (مانند MPEG-2) فشرده شود.

 

کابل های فیبر نوری

تجهیزات فیبر نوری

 

سوکت شبکه استاندارد

link

 

 
 

نظرات کاربران

  •  چنانچه دیدگاهی توهین آمیز باشد و متوجه اشخاص مدیر، نویسندگان و سایر کاربران باشد تایید نخواهد شد.
  •  چنانچه دیدگاه شما جنبه ی تبلیغاتی داشته باشد تایید نخواهد شد.
  •  چنانچه از لینک سایر وبسایت ها و یا وبسایت خود در دیدگاه استفاده کرده باشید تایید نخواهد شد.
  •  چنانچه در دیدگاه خود از شماره تماس، ایمیل و آیدی تلگرام استفاده کرده باشید تایید نخواهد شد.
  • چنانچه دیدگاهی بی ارتباط با موضوع آموزش مطرح شود تایید نخواهد شد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

زمینه‌های نمایش داده شده را انتخاب نمایید. بقیه مخفی خواهند شد. برای تنظیم مجدد ترتیب، بکشید و رها کنید.
  • تصویر
  • شناسۀ محصول
  • امتیاز
  • قيمت
  • موجودی
  • دسترسی
  • افزودن به سبد خرید
  • توضیح
  • محتوا
  • وزن
  • اندازه
  • اطلاعات اضافی
برای مخفی‌کردن نوار مقایسه، بیرون را کلیک نمایید
مقایسه