کتاب سیستم های مخابراتی کارلسون ترجمه فارسی

ویرایش 5

نویسندگان: بروس کارلسون و پاول کریلی

ترجمه :مهسا تکیه نژاد

تایپ شده با کیفیت بالا 

833 صفحه

فرمت :PDF

دانلود کتاب

 بخشی از متن کتاب:

1 عناصر و محدودیت های سیستم های مخابراتی

یک سیستم مخابراتی اطلاعات را از منبع خود به یک مقصد منتقل می کند. برنامه های کاربردی مختلفی از سیستم های مخابراتی وجود دارد که ما نمی توانیم تلاش کنیم تا هر نوع را پوشش دهیم، و همچنین نمی توانیم تمام قسمت های فردی را که یک سیستم خاص را تشکیل می دهند، بحث کنیم. یک سیستم معمولی شامل اجزای متعددی است که محدوده های مختلف مهندسی برق، الکترونیک، الکترومغناطیسی، پردازش سیگنال، ریزپردازنده ها و شبکه های مخابراتی را اجرا می کنند تا چند مورد از زمینه های مربوطه را نام ببرند. علاوه بر این، یک رفتار  قطعه ای از نقطه ضروری است که یک سیستم مخابراتی یک کل یکپارچه است که واقعا از مجموع قطعات آن تجاوز می کند.

بنابراین ما به موضوع از دیدگاه کلی تر نزدیک می شویم. به رسمیت شناختن اینکه تمام سیستم های مخابراتی دارای همان عملکرد اساسی انتقال اطلاعات هستند، ما به دنبال اصول و مشکلات انتقال اطلاعات در فرم الکتریکی هستیم. این ها در عمق کافی برای توسعه تحلیل ها و روش های طراحی مناسب برای طیف گسترده ای از برنامه ها مورد بررسی قرار می گیرند. به طور خلاصه، این متن مربوط به لینک های مخابراتی به عنوان سیستم است.

اطلاعات، پیام ها و سیگنال ها

واضح است که مفهوم اطلاعات برای مخابرات مرکزی است. اما اطلاعات یک کلمه بارگذاری شده است، به این معنی است که مفاهیم معنایی و فلسفی را تعریف می کند که تعریف دقیق را از بین می برد. ما از این مشکلات اجتناب می کنیم، به جای آن با پیام، به عنوان تظاهرات فیزیکی اطلاعات به عنوان تولید شده توسط منبع تعریف شده است. هر فرم پیام را می گیرد، هدف یک سیستم مخابراتی این است که در مقصد یک نسخه قابل قبول پیام منبع تولید شود. انواع منابع اطلاعاتی، از جمله ماشین ها و همچنین افراد وجود دارد و پیام ها به صورت های مختلف ظاهر می شوند. با این وجود، ما می توانیم دو دسته پیام مشتق، آنالوگ و دیجیتال را شناسایی کنیم. این مشتق، به نوبه خود، معیار ارتباط موفقیت آمیز را تعیین می کند

 دانلود کتاب سیستم های مخابراتی کارلسون 

این که آیا آنالوگ یا دیجیتال، منابع چند پیام به طور ذاتی برق هستند. در نتیجه، اکثر سیستم های مخابراتی دارای مبدل های ورودی و خروجی هستند که در شکل 1.1-1 نشان داده شده اند. مبدل ورودی پیام را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کند، می گویند یک ولتاژ یا جریان، و دیگری مبدل در مقصد، سیگنال خروجی را به فرم پیام دلخواه تبدیل می کند. به عنوان مثال، مبدل ها در یک سیستم مخابراتی صوتی می تواند یک میکروفون در ورودی و بلندگو در خروجی باشد. ما بعدا فرض می کنیم که مبدل های مناسب وجود دارد، و ما عمدتا بر روی وظیفه انتقال سیگنال تمرکز خواهیم کرد. در این زمینه، اصطلاحات سیگنال و پیام به صورت تعویض استفاده می شود، زیرا سیگنال، مانند پیام، یک تجسم فیزیکی از اطلاعات است.

عناصر یک سیستم مخابراتی

فرستنده سیگنال ورودی را پردازش می کند تا سیگنال منتقل شده را به ویژگی های کانال انتقال متصل کند. پردازش سیگنال برای انتقال تقریبا همیشه شامل مدولاسیون است و همچنین ممکن است شامل کدینگ باشد.

کانال انتقال رسانه های الکتریکی است که فاصله را از منبع به مقصد هدایت می کند. این ممکن است یک جفت سیم، یک کابل کواکسیال یا یک موج رادیویی یا پرتو لیزر باشد. هر کانال برخی از مقدار تلف انتقال یا تضعیف را معرفی می کند، بنابراین توان سیگنال به طور کلی با افزایش فاصله به تدریج کاهش می یابد.

مدولاسیون برای غلبه بر محدودیت های سخت افزاری طراحی یک سیستم مخابراتی ممکن است با هزینه و دسترسی سخت افزار محدود شود، سخت افزار که عملکرد آنها اغلب به فرکانس های مربوطه بستگی دارد. مدولاسیون نشان  می دهد طراح برای قرار دادن یک سیگنال در برخی از محدوده فرکانس که از محدودیت های سخت افزاری اجتناب می کند. یک نگرانی خاص در این خط، مسئله پهنای باند کسری است که به عنوان پهنای باند مطلق تعریف شده توسط فرکانس مرکزی تعریف شده است. اگر پهنای باند کسری در عرض 1 تا 10 درصد نگهداری شود، هزینه های سخت افزاری و عوارض به حداقل برسد. ملاحظات پراکنده پهنای باند برای این حقیقیت که واحدهای مدولاسیون در گیرنده ها و همچنین فرستنده ها یافت می شود، حساب می شود.

به همین ترتیب، این نشان می دهد که سیگنال ها با پهنای باند بزرگ باید بر روی حامل های فرکانس بالا مدولاسیون  شوند. از آنجا که نرخ اطلاعات متناسب با پهنای باند است، طبق قانون هارتلی-شانون، ما نتیجه گرفتیم که نرخ اطلاعات بالا نیاز به فرکانس حامل بالا دارد. به عنوان مثال، یک سیستم مایکروویو 5 گیگاهرتزی می تواند 10،000 بار اطلاعاتی را در یک فاصله زمانی مشخص به عنوان یک کانال رادیویی 500 کیلوهرتز قرار دهد. حتی در طیف الکترومغناطیسی بالاتر می رود، یک پرتو لیزر نوری دارای پتانسیل پهنای باند بالقوه معادل 10 میلیون کانال تلویزیونی است.

دانلود کتاب سیستم های مخابراتی کارلسون زبان فارسی

در عوض برای افزایش پهنای باند، رمزگذاری باینری از نمادهای منبع ، دو مزیت را ارائه می دهد. اول، سخت افزار کمتر پیچیده برای رسیدگی به یک سیگنال دودویی که شامل دو شکل مختلف متفاوت است، مورد نیاز است. دوم، هر چیز دیگری برابر بودن، نویز اضافه  کننده اثر کمتری بر سیگنال دودویی دارد تا اینکه آن را بر روی سیگنال تشکیل شده از شکل های مختلف m انجام دهد، بنابراین اشتباهات کمتری ناشی از نویز وجود دارد. از این رو، این روش کدینگ اساسا یک تکنیک دیجیتالی برای کاهش نویز پهنای باند است. استثناء به قانون فوق، اگر هر یک از شکل های مختلف M بر روی فرکانس های مختلف، فضا منتقل شود یا به طور متقابل متعامد بود.

کدگذاری کانال یک تکنیک استفاده شده برای معرفی افزونگی کنترل شده برای بهبود قابلیت اطمینان عملکرد در یک کانال پر نویز است. کدگذاری کنترل خطا در جهت کاهش نویز پهنای باند بیشتر می شود. با اضافه کردن ارقام اضافی چک به هر کد کلید دوتایی، ما می توانیم تشخیص، و یا حتی درست، بسیاری از خطاهای رخ می دهد. کدگذاری خطای کنترل هر دو پهنای باند و کانوولشن سخت افزاری را افزایش می دهد، اما با توجه به نسبت سیگنال به نویز کم، از لحاظ ارتباط دیجیتال تقریبا بدون خطا پرداخت می شود.

در حال حاضر، بیایید سایر محدودیت های سیستم اساسی را بررسی کنیم: پهنای باند. بسیاری از سیستم های مخابراتی بر روی شبکه تلفن تکیه می کنند. از آنجا که پهنای باند سیستم انتقال توسط مشخصات طراحی دهه های قدیمی محدود می شود، به منظور افزایش سرعت داده، پهنای باند سیگنال باید کاهش یابد. مودم های با سرعت بالا (مدولاتور داده / دمودلاتور) یک برنامه کاربردی است که نیاز به کاهش داده ها دارد. تکنیک های کدگذاری منبع از دانش آماری سیگنال منبع استفاده می کنند تا رمزگذاری کارآمد را فعال کنند. بنابراین، کدگذاری منبع را می توان به عنوان دوگانه از کدگذاری کانال مشاهده کرد که باعث کاهش کارآیی برای دستیابی به کارایی مورد نظر می شود

خرید کتاب سیستم های مخابراتی کارلسون

سیگنال های مخابراتی الکتریکی مقادیر زمانی مختلفی مانند ولتاژ یا جریان است. اگر چه سیگنال فیزیکی در دامنه زمانی وجود دارد، ما همچنین می توانیم آن را در دامنه فرکانس نشان دهیم که در آن سیگنال را به عنوان متشکل از اجزای سینوسی در فرکانس های مختلف مشاهده می کنیم. این توصیف فرکانس دامنه، طیف نامیده می شود.

تجزیه و تحلیل طیفی، با استفاده از سری فوریه و تبدیل، یکی از روش های اساسی مهندسی مخابرات است. این نشان  می دهد تا ما را به رفتار  تمام کلاس های سیگنال هایی که دارای خواص مشابهی در دامنه فرکانس هستند، به جای اینکه در تجزیه و تحلیل دقیق دامنه سیگنال های فردی از بین بروند. علاوه بر این، هنگامی که همراه با ویژگی های واکنش فرکانس پاسخ فیلترها و سایر اجزای سیستم همراه است، رویکرد طیفی، بینش ارزشمندی را برای طراحی ارائه می دهد.

بنابراین این فصل به سیگنال ها و تجزیه و تحلیل طیفی اختصاص داده شده است، توجه ویژه ای به تفسیر فرکانس دامنه خواص سیگنال دارد. ما طیف های خط را بر اساس گسترش سری فوریه سیگنال های دوره ای و طیف های پیوسته  بر اساس تبدیل فوریه سیگنال های غیر فرکانس بررسی خواهیم کرد. این دو نوع طیف در نهایت با کمک مفهوم ضربه ای انتگرال خواهند شد.

به عنوان اولین گام در تجزیه و تحلیل طیفی ما باید معادلات را نشان می دهد که نشان دهنده سیگنال ها به عنوان توابع زمان است. اما چنین معادلات تنها مدل های ریاضی دنیای حقیقی و مدل های ناقص در آن هستند. در واقع، یک توصیف کاملا وفادار از ساده ترین سیگنال فیزیکی، برای اهداف مهندسی بسیار پیچیده و غیر عملی خواهد بود. از این رو، ما سعی می کنیم مدل هایی را که با حداقل کانوولشن نشان دهنده خواص قابل توجهی از سیگنال های فیزیکی هستند، طراحی کنیم. مطالعه بسیاری از مدل های سیگنال مختلف ما را با پس زمینه مورد نیاز برای انتخاب مدل های مناسب برای برنامه های خاص فراهم می کند. در بسیاری از موارد، مدل ها تنها به کلاس های خاصی از سیگنال ها اعمال می شود. در طول فصل طبقه بندی های اصلی سیگنال ها برای خواص خاص خود برجسته می شوند

کابل های فیبر نوری در دهه 1960 بسیار از دست رفته بودند، با ضرر حدود 1000 دسی بل در کیلومتری، و برای استفاده تجاری غیر عملی بود. امروزه این زیان ها به ترتیب 0.2 تا 2 دیافراگم / کیلومتر بسته به نوع فیبر مورد استفاده و طول موج سیگنال است. این کمتر از جفت پیچ خورده و سیستمهای کابل کواکسیال است. مزایای بسیاری برای استفاده از کانال های فیبر نوری علاوه بر پهنای باند بزرگ و کم تلف وجود دارد. اموال رهبری دی الکتریک فیبر نوری آن را کمتر به تداخل از منابع خارجی حساس می کند.

از آنجایی که سیگنال منتقل شده به جای جریان، نور است، هیچ یک از میدان الکترومغناطیسی خروجی وجود ندارد که تولید تداخل را تولید کند و انرژی RF اشباع شده برای تداخل در سایر سیستم های مخابراتی وجود ندارد. علاوه بر این، از آنجا که حرکت فوتون ها در ارتباط نیستند، هیچ نویز در داخل فیبر نوری تولید نمی شود. کانال های فیبر نوری برای نصب و نگهداری امن تر هستند، زیرا هیچ جریان یا ولتاژ زیادی برای نگرانی وجود ندارد. علاوه بر این، از آنجایی که تقریبا غیرممکن است به یک کانال فیبر نوری بدون شناسایی آن، آنها به اندازه کافی برای برنامه های نظامی امن باشند. آنها ناهموار و انعطاف پذیر هستند و بیش از یک تنوع درجه حرارت بزرگتر از کابل فلزی عمل می کنند. اندازه کوچک (در مورد قطر موی انسان) و وزن به این معنی است که آنها فضای ذخیره سازی کمتر را جذب می کنند و برای حمل و نقل ارزان تر هستند. در نهایت، آنها از کوارتز یا پلاستیک ساخته می شوند، که وابسته به آن است. در حالی که هزینه های نصب بالایی بالاتر است، پیش بینی می شود که هزینه های بلند مدت در نهایت کمتر از کابل های مبتنی بر فلز باشد.