Цифровая система связи

Тақырыбы:     Сандық байланыс жүйесі. Сабақтың мақсаты:  1. Білімділігі :                  Сандық байланыс жүйесі бойынша білім беру, жаңа,   тың   мәліметтер   беру,   студенттерді   ғылым   негізімен   таныстыру, сандық   сигналдың   әртүрлі   модуляция   түрлерімен   берілуін,түрленуін ұғындыру, болжам ұсына білуге білімін қалыптастыру және басқа арнаулы пәндерді оқып­үйренудің негізін қамтамасыз ету. 2. Дамытушылық:    Сандық   байланыс   жүйесі   туралы   білімдерін қалыптастыру бойынша жұмыс жасау, есте сақтау, сөйлеу мәнерін, жалпы қабілеттілікті, пәнге деген қызығушылығын арттыру, логикалық қорытынды жасай алуды және шығармашылық элементтерін дамыту. 3. Тәрбиелік:               Қоршаған ортаға эстетикалық көзқараспен қарауға тәрбиелеу, өз бетімен жұмыс істеуді қалыптастыру, адамгершілік тәрбиесіне баулу.           Оқу өндірістік жұмыстарға қажетті заттар:  Презентациялық слайд, зертханалық   стенд,   осциллограф,   жалғағыш   кабельдер,   ауыстырмалы   блок (МОДУЛЯТОР­ДЕМОДУЛЯТОР) .   Сабақтың барысы: І.     Ұйымдастыру кезең:     1. Студенттермен сәлемдесу, журнал бойынша түгендеу.     2. Студенттердің арнайы өндірістік киімдерін бақылау.     3. Оқу құралдарын тексеру.  ІІ.  Үй тапсырмасын сұрау: 1. Байланыс дегеніміз не? 2. Сигнал дегеніміз не? 3. Электрлік байланыс дегеніміз не? 4. Сигналдар қандай толқындардан таралады? 5. Радиотолқындарды қандай контурмен аламыз,      оның қандай элементтері бар? ІІІ. Кіріспе бөлім: 1. Жаңа сабақтың тақырыбы мен мазмұнын баяндау. 2. Оқу материалы бойынша студенттерге нұсқау беру. 3. Техникалық қауіпсіздік ережесімен таныстыру. 4. Зертханалық жұмыс жасау. А) Сандық байланыс жүйесі туралы түсінік.             Ә) Сандық байланыс жүйелерінің негізгі элементтері және функционалды                сұлбасы.             Б) №1 Зертханалық жұмыс «Сандық байланыс жүйесі» Қазақстанда   қазіргі   кезде   байланыс   құралдарының   ең   жаңа   үлгілері   іске қосылуда. Республикамыздың байланыс жүйесінде сандық телефон станциялары, ұялы телефон, арнайы карточка көмегімен байланысқа шығуға мүмкіндік беретін таксофондар, факс және пейджинг, жердің жасанды серіктері арқылы байланысу елеулі орын ала бастады. 1994 жылдан бері Қазақстан әлемдік интернет жүйесіне тұрақты қосылды. 20 ғасырдын басында Қазақстанда 250 почта ­ телеграф пункті болды.   Электр   байланысының   техника   құралдары   мен   телевизияны   пайдалану 1950­1960   жылдары   басталды.   Осы   кезеңге   дейін   республикалық   байланыс құралдарының негізін бағаналы желілер мен коммутациялық қондырғылар құрады. ХХ   ғасырдың   аяғына   қарай   Қазақстандағы   Байланыс   желілері телекоммуникацияның   санды   жүйелері   негізінде   өзгертіле   бастады. Республикадағы   халықаралық   телефон   байланысы   2   жер   үстілік   телепорттар арқылы жүзеге асырылады. Республикада халықаралық телефон байланысы 1992 жылы Алматыда  және 1995 жылы Ақмолада Жер серігі телеайлақтары арқылы қамтамасыз  етілді. Аумағы  зор,  халқының  орналасу   тығыздығы  әркелкі,  кабель желілерін тартуға болмайтын қиын жерлері көп Қазақстанда ғарыштық спутник арқылы байланыс аса тиімді. 20 ғасырдың 90­жылдары Қазақстанда байланыстың телефакс,   ұялы   радиобайланыс,   пейджинг,   транкинг,   интернет   сияқты   жаңа түрлері   пайда   болды.   1996—1997   жылдары   пайдалануға   берілген   Ақмола— Қарағанды   талшықты­оптикалық   желі   Қазақстандағы   халықаралық   сандық байланыс торабының негізін қалады. Сандық байланыстың функционалдық сызбасы Суретте   келтірілген   функционалды   сұлбада   сигналдың   таралуын   және қарапайым сандық байланыс жүйесінде оның өңделу кезеңі көрсетілген.  Диаграмманың   жоғарғы   бөлігі   –   форматтау,   көзді   (источник)   кодтау, шифрлеу,   каналдық   кодтау,   нығыздау,   импульстік   модуляция,   жолақтық модуляция,   спектрдің   кеңеюі   және   көптеген   басқа   да   мүмкіндіктер   ­   сигнал көзінен таратқышқа дейінгі жолда сигналды түрлендіреді.  Диаграмманың төменгі бөлігі – қабылдағыштан акпаратты алушыға дейінгі жолда сигналдың түрленуі, негізінде ол жоғарғы бөлікке қарама­ қарсы.  Суретте   жүйенің   жоғарғы   (таратқыш)   және   төменгі   (қабылдағыш) бөліктерінің   блок   ұқсастығы   көрсетілген.   Таратқышта   орны   бар   сигнал   өңдеу деңгейлері   қабылдағыш   деңгейлеріне   кері   болып   келеді.   Суретте   көрсетілген сигнал   өңдеудің   негізгі   блоктарын   қарастырамыз.   DCS   жүйесі   үшін   тек   қана форматтау, модуляциялау, демодуляциялау/детекторлеу және синхронизациялау деңгейлері керекті болып саналады.      Форматтау шыққан ақпаратты биттерге түрлендіреді, осылайша DCS жүйесімен ақпарат   және   сигналды   өңдеу   функциясының   үйлесімділігін   қамтамасыз   етеді. Суреттің   осы   нүктесінен   импульсті   модуляция   блогына   дейін   ақпарат   биттер ағынының түрінде болады.   Сандық байланыс саласында жиі қолданылатын кейбір негізгі терминдер:        Ақпарат көзі  (information source). Ақпаратты DCS жүйесі арқылы тарататын құрылғы. Ақпарат көзі аналогты және дискретті болуы мүмкін. Аналогты көздің шығысы үзіліссіз амплитуда диапазонының кез келген мәніне ие болуы мүмкін, ал дискретті көздің шығысы көптеген амплитудалардың соңғы мәндеріне ие болады. Аналогты ақпарат көздері сандық ақпарат көздеріне дискреттеу және кванттау арқылы түреленеді. Мәтіндік   хабарлама   Символдардың   реттілігі. Мәліметтердің сандық таратылуы кезінде хабарлама өз кезегінде символ немесе алфавиттің түпті жиынына жататын сан және символдардың реттілігін білдіреді.  (textual   message). Белгі(character) Алфавит элементі немесе символдар жиынтығы. Белгілер екілік сандардың реттілігімен көрінуі мүмкін. Белгіні кодтау үшін қолданылатын бірнеше   стандартты   кодтар   бар,   олардың   ішінде   ASCII   (ақпарат   алмасу   үшін американдық   стандарттық   код),   код   EBCDIC   (ақпарат   алмасуға   арналған кеңейтілген екілік код),  Холлерит коды, Бордо коды, Муррей коды және Морзе коды (әліппе) Екілік сан  (binary digit) (бит) (bit). Барлық   сандық жүйелер үшін бастапқы ақпарат бірлігі. «Бит» термині ақпарат көлемінің бірлігі ретінде де қолданылады.  Биттер ағыны  (bit stream). Екілік сандардың реттілігі ( ноль және бірлік). Биттер ағынын көбіне видеосигнал немесе төменгі жиілікті сигнал деп атайды; бұл спектр   құраушылары     тұрақты   құраушылармен   белгілі   бір   соңғы   мәнде орналасқан. Ол мән әдетте бірнеше мегагерцтен аспайды.           Символ (symbol) (сандық хабарлама) (digital message).   Символ – біртұтас жүйе ретінде қарастырылатын k бит тобы. Әрі қарай бұл блокты символдар немесе алфавиттердің соңғы жиынынан тұратын  хабарлама символы (message symbol) mi (i=1, …, M)   деп атайтын боламыз. Алфавит көлемі М 2k­ға тең, бұл жердегі k – символдағы бит саны.  Төменгі жиілікпен   (baseband) берілгенде әр  mi    символ видеоимпульстің  g1(t), g2(t),…, gM(t)  жиынының бір бөлігі ретінде беріледі. Кейде мұндай импульстердің кезектесіп берілуі                 кезінде        импульстерді тарату   (сигналдарды   тарату)     жылдамдығын   сипаттау   үшін  бод  (baud)   бірлігі қолданылады  Сандық сигнал,   сандық мағына беретін  ток күші немесе кернеу деңгейімен сипатталатын сигнал. Сигнал сипаттамасы (   импульс үшін­ амплитуда, ұзақтық және қалпы немесе синусоида үшін­ амплитуда, жиілік және фаза) оны әліппенің соңғы символы ретінде идентификациялауға мүмкіндік береді.  Мәлімет тарату жылдамдығы (data rate). Бұл шама секундына бит (бит/с) R=k/T=(1/T)log2M (бит/с) формуласымен беріледі, бұл жерде k битті М=2k – әліппе символын анықтайды, Т – k­биттік символының ұзақтығы. Детерминделген және кездейсоқ сигналдар. Сигналдарды   детерминделген   ((при   отсутствии   неопределенности относительно его значения в любой момент времени)  кез­келген уақытта белгілі бір мәні болады)және кездейсоқ деп бөлуге болады. Детерминделген сигналдар мына   формуламен   сипатталады:  x(t)=5cos  10t.  Кездейсоқ     сигнал   үшін   мұндай формула   жазу   мүмкін   емес.   Кездейсоқ   сигналды   ұзақ   уақыт   бойы   қадағалау барысында   ықтималдылық   және   ортастатистикалық     терминдермен   сипаттауға келетін кей заңдылықтар байқалады. Кездейсоқ процесстің ықтималдық сипатталу формасы байланыс жүйесіндегі сигналдар мен шуылдарды сипаттау үшін пайдалы. Сигналдың  спектрлік  тығыздығы  энергия немесе сигнал қуатының жиілік диапазоны   бойынша     реттелуімен   сипатталады.   Осы   түсінік   байланыс жүйелеріндегі   фильтрацияны   қарастырғанда   ерекше   маңызға   ие   болады.   Біздің фильтр шығысындағы сигнал мен шуылды (шум) бағалауға мүмкіндігіміз болуы керек.   Осындай   бағалау   өткізгенде   энергияның   спекрлік   тығыздығы   немесе қуаттың спектрлік тығыздығы қолданылады. Зертханалық жұмыс №1 «Сандық байланыс жүйесі» Жұмыстың мақсаты Дискретті   және   аналогты   сигналдарды   беруге   арналған   сандық   байланыс жүйесінің негізгі функционалды түйіндерімен  танысу. Байланыс жүйесінің жеке блогтарындағы   әртүрлі   модуляция   түрлерімен   және   кодтаудағы   сигналдардың түрленуін бақылау. Байланыс жүйесінің бөгеуге қарсы тұрақтылығын көрсету. Зерттелетін тізбектер мен сигналдарға қысқаша сипаттама Бұл   жұмыста   «МОДУЛЯТОР­ДЕМОДУЛЯТОР»   әмбебап   ауыстырмалы блогы   қолданылады.   Байланыс   жүйесі   моделінің   құрамында   стендтің функционалдық   түйіндер   жиынтығы   және   ауыстырмалы   блог   бар,   олар   сыртқы байланыспен   қосылған:   КОДЕР­1,   МОДУЛЯТОР,   БАЙЛАНЫС   АРНАСЫ, ДЕМОДУЛЯТОР, ДЕКОДЕР­1.  КОДЕР­1­де 5 символды комбинация қолмен басқарылады.  МОДУЛЯТОР     негізгі   манипуляция   түрлерін   көрсетеді   (АМ,   ФМ,   ЧМ, және ОФМ). Модулятордың 0­түрін көрсеткен кезде модулятордың шығысы оның кірісімен байланысады.  БАЙЛАНЫС АРНАСЫ  бұл сигнал жинақтағышы модулятордың шығысы және ШУ ГЕНЕРАТОРЫНЫҢ (ГШ) ұяшығынан түсетін шумен  байланысады. ДЕМОДУЛЯТОРДА манипуляцияланған сигнал төменгі  жиіліктегі сандық сигналға   түрленеді,   берілген   тактілік   интервалда   қандай   символ   берілгендігі туралы     шешімді   шешуші   құрылғының   (РУ)   компараторында   қабылдайды   және келесі шешімге дейін ұяшықтың жадында сақталады.  Ауыстырмалы   блогтағы   тумблер   фи   тербелістің   фазасын   орнатуға мүмкіндік   береді.   0   немесе   пи   (қабылданған   сигналдың   фазасына   қатысты). Демодулятордың қалыпты жұмыс істеуінде фи тең 0­ге.  Қолмен басқарылатын потенциометр (тек қана АМ үшін) сол жақ жағдайда болу керек. Бұл кезде жарық диоды жанбайды.  ДЕМОДУЛЯТОРДАН   кейін   қабылданған   екілік   тізбегі   ДЕКОДЕР­1­дің кірісіне   түседі   және   ПРИНЯТО   таблосында   индуцирленеді.   Сандық   байланыс жүйесінде   КОДЕР­1­де     жинақталған   және   қабылданған   сандық   сигналға ДЕКОДЕР­1 қажет емес. Аналогты   сигналдарды   сандық   байланыс   жүйесі   арқылы   берген   кезде КОДЕР­1   АЦП   бөлігімен   алмастырылады,   ал   ДЕКОДЕР­1   сандық   аналогты түрлендіргішпен   (ЦАП)   алмастырылады.   Стендтің   АЦП   және   ЦАП   блогтары әртүрлі разрядтықта жұмыс жасайды. (3,4,5 және 8 разрядтар). Қысқыш түймешік босатылған кезде 8 разрядты түрлендіру жүреді. АЦП блогы 2 кіріс: ашық (=) және жабық (   ) және 2 шығыс: негізгі (оң жақ ұяшық) және уақыт бойынша дискреттелген  кіріс  сигналы  (төменгі ұяшық).  АЦП  блогының  төменгі жағында тумблер орналасқан, онымен жиіліктің  дискретизациясын өзгертуге болады.  ЦАП   блогы   стендтің   оң   жақ   бөлігінде   орналасқан.   АЦП   және   ЦАП блогтарының тікелей байланысында тумблер   «0»­ге келтіру керек, ал модуль мен демодуляторды   қолданған   кезде   « »   жағдайына   келтірілу   керек.   Себебі демодулятор 1 тактілі интервал кідірісін береді. ЦАП блогының 2 шығысы бар: 1 шығысында сатылы сигнал қалыптасады, 2 шығыста ФНЧ (төменгі жиілік) сигнал қалыптасады. τ τ 1. Тақырыпқа қатысты қосымша мәліметтер қарастыру. Үй тапсырмасы 1. Байланыс   жүйесінің   әртүрлі   нүктесінде   әртүрлі   модуляция   түріндегі Зертханалық тапсырмалар сигналдарды бақылау. 2. Модуляцияның әр түрімен танысу. 3. Бөгеулер   әсері   кезіндегі   байланыс   жүйесі   арқылы   сигналдардың   өтуін бақылау. 1. Канал арқылы дискретті сигналдардың бөгеусіз берілуі. 1.1 КОДЕР­1,   МОДУЛЯТОР,   БАЙЛАНЫС   КАНАЛЫ,   ДЕМОДУЛЯТОР Әдістемелік нұсқаулар блогтарын жалғау. 1.2 Модуляторды АМ түріне орнатыңыз. 1.3 КОДЕР­1   тумблерінде   кодты   комбинацияны   қосу.   Сигнал осциллограммасын салу.  КОДЕР­1 шығысында;  МОДУЛЯТОР шығысында;  ДЕМОДУЛЯТОР шығысында.                1.4 МОДУЛЯЦИЯ ТҮРІН қосып, модулятор шығысында сигналды салу. Әртүрлі модуляция түрінде «0» және «1» қалай өзгеретініне көңіл аударыңыздар.  2. Дискретті сигналдарды канал бөгетімен жіберу. 2.1 Генератор шуды ГШ шығысынан канал кірісіне сигнал жіберу (сигналдар көзі блогында). 2.2 ФМ модуляция түрін құру. 2.3 Сигналды шуды жоғарылата отырып, осциллографтың шығыс сигналында үздіксіз   үзілістердің   пайда   болуын   қамтамасыз   ету.   (Демодулятордың шығысында).   Бұны   ПРИНЯТО   таблосынан   немесе   ауыстырмалы   блогтағы қате индикаторынан бақылауға болады.  2.4   Модуляция   түрін   АМ­ға   ауыстырып,   жиілік   үзілісінің   жоғарылауын бақылау. Шудың қысымын өзгертпей, осы бақылауды модуляцияның басқа түрлеріне жүргізу.  Есепте ең жақсы және ең нашар модуляция түрін бөгетке қарсы  жағынан  2.5  Шудың   деңгейін  өзгертпей,  АМ   кезінде   МОДУЛЯТОРДЫҢ   шығысын және ДЕМОДУЛЯТОРДЫҢ кірісін осциллограммада шығару. ІV. Студенттердің өндірістік жұмыстары және ағымдағы нұсқау:        1. Студенттердің бригадалық жаттығу жұмыстары.        2. Студенттердің:                   ­ жұмыс орнының дұрыс ұйымдастырылуы;                   ­ технологиялық тәртіптің қатаң сақталуы;                    ­ еңбек қауіпсіздігі ережесін қатаң сақтау;                   ­ кемшіліктерін түзетуге көмек көрсету; V. Қорытынды нұсқау: 1. Сабақты қорытындылау: ­ Әрбір студенттің жұмысын қабылдау және бағалау. ­ Жұмыс орнын тазалау, жинау. Өндірістік оқыту шебері:                                Касымова М. Технологиялық карта       Сандық байланыстың функционалдық сызбасы №1 «Сандық байланыс жүйесі» зертханалық жұмысының жалғануы                                    Осциллограф   –   уақытқа   байланысты   электр   тогының   немесе   кернеуінің өзгерісін   көзбен   бақылауға   немесе   жазуға   арналған,   сонымен   қатар   әртүрлі электрлік   шамаларды:   кернеуді,   ток   күшін,   ток   жиілігін,   фазалар   ығысуын, импульстердің ұзақтығын және қайталау жиіліктерін өлшеуге арналған құрал. Нәтижесіз байланыс. Осциллографта ешқандай сигнал  жоқ. Нәтижелі байланыс. Бұл жерде осциллографтан сигнал көзін көруімізге болады.