فرادرسمخابرات دیجیتال چیست؟ — از صفر تا صد
در مطالب قبلی مجله فرادرس به بیان انواع مختلف روش‌های مدولاسیون آنالوگ مانند مدولاسیون دامنه، مدولاسیون فاز، مدولاسیون فرکانس و نیز تکنیک‌های مدولاسیون DSBSC و مدولاسیون SSBSC پرداختیم و با مزایا و نیز معایب هر یک آشنا شدیم. به فرایند انتقال اطلاعات به صورت دیجیتالی، در اصطلاح مخابرات دیجیتال می‌گویند. در این مطلب قصد داریم به بررسی ضرورت استفاده از مخابرات دیجیتال بپردازیم و بخش‌های مختلف سیستم مخابرات دیجیتال و مزایای استفاده از آن را توضیح دهیم.
ضرورت استفاده از مخابرات دیجیتال
انتقال اطلاعاتی که در زندگی روزمره ما اتفاق می‌افتد، در قالب انتقال سیگنال‌ها است. این سیگنال‌ها مانند سیگنال صوتی، دارای طبیعت آنالوگ هستند. اما زمانی که لازم باشد در یک فاصله دور ارتباط برقرار شود، آن‌گاه سیگنال پیام آنالوگ از طریق سیم‌های ارتباطی منتقل می‌شوند. برای این کار از تکنیک‌هایی استفاده می‌شود که انتقال اطلاعات به صورت موثرتری انجام گیرد.
در روش‌های سنتی مخابرات، از سیگنال‌های آنالوگ برای انتقال اطلاعات به مسافت‌های دوردست استفاده می‌شد. مخابرات آنالوگ دارای نقاط ضعف زیادی از جمله اعوجاج (Distortion)، تداخل (Interference) و شکاف‌های امنیتی است. برای غلبه بر این مشکلات، سیگنال را با استفاده از روش‌های مختلف به سیگنال دیجیتال (Digitized) تبدیل می‌کنیم. سیگنال‌های دیجیتال امکان مخابراتی شفاف‌تر، دقیق‌تر و بدون ضعف را فراهم می‌آورد.
در تصویر زیر تفاوت بین دو سیگنال آنالوگ و دیجیتال نشان داده شده است.
سیگنال دیجیتال از مقادیر یک و صفر تشکیل شده است که به ترتیب نشان دهنده مقادیر High و Low هستند.
مزایای مخابرات دیجیتال
در مخابرات دیجیتال سیگنال‌های آنالوگ به دیجیتال تبدیل می‌شوند. این کار مزایای فراوانی دارد که از آن جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- تاثیر نویز، اعوجاج و تداخل روی مخابرات دیجیتال نسبت به مخابرات آنالوگ بسیار کمتر است؛ زیرا سیگنال دیجیتال ذات تاثیرناپذیرتری دارد.
- مدارات دیجیتال از قابلیت اطمینان بسیار بالاتری برخوردار هستند.
- طراحی مدارات دیجیتال آسان‌تر و نیز ارزان‌تر از طراحی مدارات آنالوگ است.
- ادواتی که در طراحی یک مدار دیجیتال مورد استفاده قرار می‌گیرند نسبت به ادوات یک مدار آنالوگ از نعطاف‌پذیری بالاتری برخوردارند.
- پدیده «مکالمه متقابل» (Cross-Talk) در مخابرات دیجیتال بسیار به ندرت اتفاق می‌افتد، در حالی که در مخابرات آنالوگ این پدیده احتمال وقوع بالاتری دارد.
- در مخابرات دیجیتال سیگنال بدون تغییر باقی می‌ماند؛ زیرا پالس به یک اغتشاش سطح بالا نیاز دارد تا مشخصه‌های خود را تغییر دهد که این امر بسیار دشوار است و معمولا اتفاق نمی‌افتد.
- عملگرهای پردازش سیگنال مانند «رمزگذاری» (Encryption) و «فشرده‌سازی» (Compression)، در مدارات دیجیتال به منظور حفظ امنیت سیگنال پیام مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- احتمال وقوع خطا را می‌توان از طریق به کار بردن «آشکارسازهای خطا» (Error Detecting) و «کدهای تصحیح خطا» (Error Correcting Codes) تا حد بسیار زیادی کاهش داد.
- «تکنیک طیف گسترده» (Spread Spectrum Technique) را می‌توان برای جلوگیری از پارازیت سیگنال مورد استفاده قرار داد.
- ترکیب سیگنال‌های دیجیتال با استفاده از «مالتی پلکسینگ تقسیم زمانی» (Time Division Multiplexing) یا TDM نسبت به ترکیب سیگنال‌های آنالوگ با استفاده از «مالتی پلکسینگ تقسیم فرکانسی» (Frequency Division Multiplexing) یا FDM بسیار آسان‌تر است.
- پروسه پیکربندی سیگنال‌های دیجیتال نسبت به سیگنال‌های آنالوگ آسان‌تر است.
- سیگنال‌های دیجیتال را می‌توان نسبت به سیگنال‌های آنالوگ با سهولت بیشتری ذخیره‌سازی و بازیابی کرد.
- بسیاری از مدارات دیجیتال دارای تکنیک‌های رمزگذاری متداولی هستند و به همین دلیل از ادوات مشابهی می‌توان برای چند هدف استفاده کرد.
- با استفاده از سیگنال‌های دیجیتال می‌توان از قسمت عمده ظرفیت کانال بهره برد.
عناصر مخابرات دیجیتال
برای درک ساده‌تر، عناصر یک سیستم مخابرات دیجیتال در بلوک دیاگرام زیر نشان داده شده است.
قسمت‌های مختلف این سیستم را در ادامه بیشتر توضیح می‌دهیم:
منبع: منبع در یک سیستم مخابراتی می‌تواند یک سیگنال آنالوگ مانند سیگنال صوتی باشد.
ترانسدیوسر ورودی: این قسمت از سیستم، «ترانسدیوسر» (Transducer) نام دارد که یک ورودی فیزیکی را دریافت می‌کند و آن را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. میکروفن نمونه‌ای از یک ترانسدیوسر ورودی است. این بلوک همچنین از یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) تشکیل شده است که در آن یک سیگنال دیجیتال تولید می‌شود و برای پردازش‌های بیشتر به بلوک‌های دیگر منتقل می‌شود. یک سیگنال دیجیتال را معمولا با رشته‌ای از اعداد باینری نمایش می‌دهند.
انکودر منبع: «انکودر منبع» (Source Encoder) داده‌ها را به کمترین تعداد بیت‌های ممکن فشرده می‌کند. این عمل به استفاده بهینه از پهنای باند موجود کمک می‌کند. همچنین در انکودر منبع، «بیت‌های افزونگی» (Redundant Bits) و نیز بیت‌های غیرضروری و زائد حذف می‌شوند.
انکودر کانال: «انکودر کانال» (Channel Encoder) برای تصحیح خطاها عمل کدگذاری را انجام می‌دهد. در طول انتقال سیگنال پیام، به دلیل وجود نویز در کانال، ممکن است سیگنال تغییر یابد. برای اجتناب از وقوع این پدیده، انکودر کانال تعدادی بیت افزونگی را به سیگنال مبادله شده اضافه می‌کند. به این بیت‌ها، بیت‌های تصحیح خطا می‌گویند.
مدولاتور دیجیتال: در این قسمت سیگنالی که باید در کانال مخابراتی منتقل شود را با یک سیگنال حامل مدولاسیون می‌کنند. همچنین برای اینکه سیگنال در طول کانال یا واسط منتقل شود، مجددا با کمک یک مبدل دیجیتال به آنالوگ یا DAC به یک سیگنال آنالوگ تبدیل می‌شود.
کانال: کانال یا واسط، به یک سیگنال مخابراتی آنالوگ اجازه می‌دهد که از سمت فرستنده به سمت گیرنده منتقل شود.
دمدولاتور دیجیتالی: دمدولاتور دیجیتالی اولین گام در سمت گیرنده محسوب می‌شود. سیگنال دریافت شده در گیرنده مخابراتی ابتدا دمدوله می‌شود. همین طور در این بلوک سیگنال دمدوله شده از یک سیگنال آنالوگ به سیگنال دیجیتال تبدیل می‌شود.
دیکودر کانال: «دیکودر کانال» (Channel Decoder) پس از آشکارسازی دنباله ورودی، عملیات تصحیح خطا را انجام می‌دهد. در این مرحله برخی اعوجاجات که ممکن است در طول فرایند انتقال به سیگنال افزوده شده باشد، توسط اضافه کردن بیت‌های افزونگی به سیگنال تصحیح می‌شود. اضافه کردن بیت‌های افزونگی باعث می‌شود که در سمت گیرنده بازسازی کامل‌تری از سیگنال اصلی انجام گیرد.
دیکودر منبع: سیگنال به دست آمده، یک بار دیگر توسط دیجیتال سازی و کوانتیزاسیون تبدیل به سیگنال دیجیتال می‌شود تا خروجی دیجیتال خالص بدون از دست رفتن اطلاعات به دست آید. دیکودر منبع خروجی منبع را بازسازی می‌کند.
ترانسدیوسر خروجی: ترانسدیوسر خروجی آخرین بلوک از یک سیستم مخابراتی به حساب می‌آید. وظیفه ترانسدیوسر خروجی این است که سیگنال ورودی خود را به فرم فیزیکی اصلی تبدیل کند که در ورودی فرستنده وجود داشت. این بلوک سیگنال الکتریکی را به یک خروجی فیزیکی تبدیل می‌کند. یک بلندگوی صوتی نمونه‌ای از ترانسدیوسر خروجی است.
سیگنال خروجی: این همان خروجی است که بعد از اتمام کل فرایند به دست می‌آید. سیگنال صوتی که از گیرنده دریافت می‌شود نمونه‌ای از سیگنال خروجی است.
اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزشهای زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:
- مجموعه آموزشهای مهندسی مخابرات
- آموزش مخابرات ۱
- مجموعه آموزشهای مهندسی الکترونیک
- آموزش مبانی الکترونیک – مفاهیم تئوریک به همراه شبیه سازی عملی و کاربردی
- دمدولاسیون دامنه — از صفر تا صد
- انرژی و توان سیگنال — از صفر تا صد
- مدولاسیون فاز — راهنمای جامع
^^
اموزش بهتر ان بتوانم لازمات را انجام بدهم