Байланыс жүйесіндегі цифрлық сигнал және оны өту жолағы шектелген арна арқылы тарату

 Кіріспе

 

 

Қоғамның дамуына қарай ғылым мен техника да, оны басқару жүйесі де өзгеріп отыратыны белгілі, осыған орай маман қызметінің мазмұны жаңарып, жаңа мақсат, жаңа көзқарас, жаңа шешімдер мен жаңа мүмкіншіліктерді қажет етеді.

Цифрлық жүйенің өте тез дамуы ғылым мен техниканың жаңа бағытының пайда болуына әкеледі. Ол құрылыстық принциптерді жобалау әдістерін және цифрлық жүйелердің техникалық жасау тәсілдерін зерттейтін- цифрлық техника саласы. Сонымен қатар, цифрлық техника математикалық логика, кибернетика, электроника және қолданбалы ғылымдардың дамуына қолданылды.

Цифрлык техникада пайданалынатын негізгі терминдер және анықтаулар:

Бірінші-хабарлау I-4004 микропроцессор шығару бойынша 1971 жылда Intel фирмасы жариялады. Интегралдық схеманың өндіру технологиясын мейлінше жетілдіру және дамыту миропроцессорды жасауға әкелді. ЭСМ-нің архитектурасын бір интегралдық схемада іске асыруға әкелді. Микросхеманың интеграция дәрежесін жоғарылату МП берілген программа бойынша жұмыс істейді.

Микропроцессор аппаратының құралдары ЭЕМ процессорының структурасын қайталайды. Соның ішінде: арифметикалық логикалық құрылығысы; басқару құрылғысы және бірнеше жұмысшы регистрлер бар. МП бір немесе бірнеше интегралдық схемадан тұруы мүмкін. Бұл ИС-лар орындайтын функция принципі бойынша бөлінген.

Микропроцессор – жұмыс атқару жүйесін программалық түрде өзгерте отырып, мәліметтерді өңдеп, түрлендіріп бере алатын бір немесе бірнеше үлкен интегралды схемалар жинағы.

Интегралдық схеманың өндіріс технологиясын мейлінше жетілдіру бойынша МП-дың бес буындары пайда болды, олар өзінің техникалық сипаттамаларымен айрылады:

Бірінші – баяу әрекеттегі төртразрядтық МП (10-20 мкс команданы орындайтын уақыты) – жиынтығы, жадының көлемі және адресацияның түрлері біршама шектелген болуы.

Екінші – 2-5 мкс команданы орындайтын уақыты бойынша төрт және сегізразрядтық МП-лар командалардың жиынтығы, жадының көлемі және әр түрлері адресацияның (үлкейтілген) кеңейтілген болуы. Бұл МП-ларды пайдаланғанда оңай болады, себебі үлкен ИС-лар бірге тіркесетін комплектісімен және өзара бірін-бірі толықтырумен шығарады.

Үшінші – шапшаңдылық секциялық МП (100…300 нс-команданы орындайтын уақыты) биполярлық технологияны пайдалану бойынша орындалынған және микропрограммалық бесқару принципімен сонымен қатар 16-разрядтық процессор, арнайы процессорлар.

Төртінші – кірістірілгендер енгізу-шығару порттар және сақтайтын құрылғылар мен ішінде біркристалдық микроЭСМ, 32-разрядтық МП-лар.

Бесінші – 64-разрядтық МП-лар. Қазіргі уақытта МП-лар барлық қызмет аудандарын қатынасылады.

Космос кемесі, әскери техника, өндіріс роботтар және тұрмыс құрылғылары микроЭСМ арқылы басқарылады.

Микропроцессорлық техниканың кең көлемде енудің негізгі себептері:

- микропроцессорлық жүйесінде  цифрлік тәсілмен информацияны көрсетуді пайдалану. Бұл себеп құрылғылардың бөгетке орнықтылығын көтереді, информацияны шығындарсыз аударады және оның ұзақ мерзімге сақтайды;

      - Программалық тәсілді информацияны өңдеуде қолдану. Бұл себеп (унификациялау) бір ізге келтірілген техникалық жабдықтарды жасауға рұқсат береді;

      - МП-дың жабдықтардың тұтастығы, тығыздығы жоғары сенімділігі болады, тұтыну қуаты төмен болады;

- МП жабдықтардың  біршама төмен бағасы және олардың биік дәрежесінің тиімділігі.

Негізгі терминдер және анықтаулар

Адрес – Регистрді, жады ұяшығын, есте сақтау құрылғысының алқабын, сыртқы құрылғыны немесе желі торабының өзгешеліктерін, анықтаушы сан код немесе индентификатор. 2-команданың операнды көрсетуші бөлігі. 3 хабардың адресатты (алушыны) көрсетуші бөлігі. ЭСМ-дің есте сақтайтын объектінің тұрған орнын көрсету.

 Алгоритм – берілген есепті қадамдық процедура түрінде шешу үшін қажетті операциялардың мазмұны мен орындау тәртібін түпкілікті анықтайтын нұсқаулар жиынтығы.

Аналогті – цифрлық түрлендіргіш (АЦТ) – аналогті (үздіксіз) сигналды талдап оны дискретті (үздікті) сигналға түрлендіретін құрылғы. арифметикалық-логикалық құрылғы (АПҚ) – ЭВМ құрамындағы арифметикалық және логикалық операцияларды орындайтын құрылғы. Ассемблер тілі – элементтерінің құрылымы машина тілінің командаларының форматтарына сәйкес келетін төменгі деңгейлік программалау тілі.

Байт – информацияның 8 битке тең өлшем бірлігі. Мұны компьютер біртұтас бірлік ретінде қарастырады. Байтпен компьютерде қолданылатын қажетті символдарды кодтайды.

 Бит – информация мөлшерін өлшеудің екілік кодтағы бірлігі. Оның шамасы мүмкіндігі (ықтималдығы) тең тек екі жағдайдың бірі туралы информацияға тең («бит» - ағылшынша екілік сан деген сөз).

Бод – информацияны беру жылдамдығының өлшемі, 1 бод секундына 1 бит информация беру деген сөз.

Буфер – мәліметтер алмасуы кезіндегі алмасу жылдамдықтарының, мәліметтер блогының өлшемдерінің және оқиғалардың пайда болуының кезеңдерінің айырмашылықтарын үйлестіруге пайдаланатын машина жадысының өрісі немесе арнайы құрылғы.

 Графиксалғыш – мәліметтерді графикалық пішінде қағазға және т.б. мәлімет тасуышқа шығару құрылғысы. Өлшемі, дәлдігі, жылдамдығы, шығару түстері, басқа да көрсеткіштеріне қойылатын талаптарға сәйкес графиксалғыштардың көптеген түрлері кездеседі.

Дисплей – деректерді ЭВМ-ге енгізу және электронды-сәулелік түтік экранында тіркеп, кескіндеу мен оны немесе экранды пульт. Олар ЭВМ мен маман-оператордың арасында оперативті (қолма-қол) түрде информация алмасуы қажет жағдайларда қолданылады. ЭВМ-ге деректерді енгізу, қайта шығарып алу, т.с.с. клавиатура және «сәулелі қаламұш», «джойстик» арқылы жасалынады.

Сөздің ұзындығы – бір машиналық сөзде биттің саны.

Жады – информацияны сақтауға арналған құрылғы.

Интерфейс – микропроцессор мен сыртқы құрылғылар арасындағы деректер ағыны мен олардың көлемін (форматтарын) басқаратын құрылғылар.

Команда – нұсқау деп компьютерге қажетті амалдарды (операцияларды) орындауға берілетін кез-келген бұйрықты, нұсқауды айтады. Белгілі операцияны орындаушы құрылғының орындауына сәйкес келетін басқарушы сигнал.

Контролер – сыртқы құрылғыларды басқаратын құрылғы. Орташа, үлкен және үлкен ЭВМ-дерде бұл құрылғыларды басқаратын құрылғы деп атайды және ол аса күрделі болып келеді. Дербес компьютерлерде, МИНИ және микро ЭВМ-дерде контролер микрропроцессор құрамына енгізілген, яғни БИС – пайдаланылған жүйелер ішіндегі модуль болып есептелінеді. Программа – ЭВМ орындаған кезде қойылған мәселені (есепті) шешуге болатын командалар мен оперторлардың реттелген тізімі

Магистарль – микропроцессор құрылымының микропроцессорлық жүйенің әр түрлі элементтерінің перифейлік құрылғылармен информация алмасуына арналған әмбебап шина.

Микропроцессорлық комплект (МПК) – микропроцессорлық үлкен интегралдық схемалар комплекті – микропроцессорлар мен микропроцессорлық жүйелерді құрастыруға арналған үлкен интегралдық схемалардың бір-бірімен тіркестіруге, жалғастыруға ыңғайланған жиынтығы. Микропроцессорлық жүйе (МПС) – информацияны түрлендіру процесін іске асыру үшін пайдаланылатын микропроцессорлық өңдеуші жады және енгізу-шығару құрылғыларының жиынтығы.

Модем (модулятор-демодулятор) – мәліметтерді белгілі байланыс жолы бойымен ары-бері жеткізу үшін жарамды түрде түрлендіретін құрылғы. Регистр – берілген мәліметтерді, информацияны өңдеу барысында уақытша есте сақтауға арналған электрондық (функционалдық) құрылғы (блогі).

 Стек – адресіз ес түрі. Стек көрсеткіші атты регистр арқылы адрестелетін жады аумағы. Стек көсреткішіндегі дерек жады аумағының түбіндегі ұяшықтың адресін көрсетеді.

 

1 Электромагниттік толқындар. Радиобайланыс 

 

 

1888 жылы орыс ғалымы А.С. Попов электромагниттік толқындар арқылы алыс қашықтықтарға сигнал жеткізудің ғылыми  болжамын ұсынды. Бұл проблеманың  практикалық шешімін ол 1896 жылы тапты. Сол жылдың 24 наурызында Ресейдің физика – химия қоғамының мәжілісінде А. С. Попов әлемінде бірінші рет 250м қашықтықта сымсыз радиограмма арқылы Генрих Герц деген екі сөзді жеткізді.

Поповтың бір мезгілде радиобайланыс идеяларын дамытып, радиоаппаратура жасау мәселесімен италияндық ғалым Г.Маркони  де шұғылданды. Ол 1897 ж.  Электормагнитті толқындарды пайдаланып, хабар таратуға болатындығы жөнінде патентті А.С. Поповтан бұрын алған. Теориялық ізденістер мен практикалық зерттеулер ақпаратты алысқа жеткізуде өлшейтін синусоидалық электормагниттік тербелістердің аса манызды екенін көрсетті. Осыған байланысты ақпарат таратуда шығатын радиотолқынның қуаты жиіліктің төртінші дәрежесіне тура пропорционал, яғни Р ~ V 4  болатынын білген жөн. Міне, сондықтан ақпаратты өте алысқа жіберерде, жиілігі үлкен қуатты радиотолқындар пайдаланылады. 1894 ж. Попов генераторлар мен радиотолқындарды қабылдайтын қондырғыларға ұзын сымдарды жалғағанда, радиобайланыстардың жақсаратынын байқады. Осылай радиотаратқыштар мен радиоқабылдағыштардың маңызды бөлігі болып табылатын антенна ойлап шығарылды. Антенна ашық тербелмелі контур болып табылады. Оның электромагниттік өрісі кеністіктің үлкен бөлігін қамтиды. Сондықтан антенна электормагниттік толқындарды жақсы шығара да, қабылдай да алады.

Электромагниттік толқындардың қысқа және ұзақтау импульстарынан құралатын телеграф сигналдарын ғана жеткізу емес, онан әрі электромагниттік толқындардың көмегімен сөзді, музыканы жеткізу мүмкіндігі туды, яғни, сенімді және жоғары сапалы радиотелефон байланысы іске асырылды.

Модуляция. Радиотелефон байланысын жүзеге асыру үшін, антенна күшті шығарып тарататын, жиілігі жоғары тербелістерді пайдалану қажет. Жиілігі жоғары өшпейтін гармониялық тербелістерді генератор, мысалы, транзисторлы генератор өндіріп береді. Дыбысты жеткізу үшін осы тербелістерді өзгертеді, яғни басқа сөзбен айтқанда, модуляциялайды. Оны жиілігі төмен электр тербелістерінің көмегімен жасайды. Мысалы, жиілігі жоғары тербеліс амплитудасын дыбыстыкіндей жиілікпен өзгертуге болады. Бұл тәсілді амплитудалық модуляция дейді де, ал жиілік өзгерсе жиіліктік модуляция деп атайды.

Детектирлеу. Қабылдағыш ішінде жиілігі жоғары модуляцияланған тербелістерден жиілігі төмен тербелістерді айырып, бөліп алады. Сигналды осылай түрлендіру процесін детектирлеу деп атайды.Детектирлеу нәтижесінде алынған сигнал, хабарлағыштың микрофонына әсер еткен дыбыс сигналына сәйкес болады. Жиілігі төмен электр тербелістерін күшейтіп алып, дыбысқа айналдырады және басқа мақсаттар үшін де пайдаланады.

Кез - келген электормагниттік сәулелер сияқты радиотолқындар да өздері түскен беттен кері шағыла алады. Бұл құбылысты алыстағы денелерді радиотолқындар арқылы анықтайтын радиолокацияда қолданады. Радиолакация арқылы нысанның қозғалу жылдамдығын және одан бақылаушыға дейінгі арақашықтықты табуға болады. Ол үшін кеңістіктің белгілі бір аймағына бағытталған электромагниттік сигнал тарататын арнайы радиотелескоптың антеннасы қолданылады.

Телехабар. Телехабарлық  радиосигналдар тек ультрақысқа толқын диапозонында ғана жіберіледі. Осындай толқындар әдетте антеннаның тікелей көру шегінде ғана тарайды. Сондықтан телехабармен үлкен атырапты қамту үшін телехабар таратқыштарды жиірек орналастыру және олардың антенналарын жоғарырақ көтеру керек.

Радиорелелі байланыстың сымдарында (линия) ультрақысқа толқындар пайдаланады. Осы толқындар тікелей көріну шегінде тарайды. Сондықтан сымдар шағын қуатты радиостанциялар тізбегінен құралады да, әрқайсысы сигналды көршілеріне эстафета  бойынша  дерлік жеткізіп отырады.

Космостық радиобайланыс саласындағы жетістіктер «Орбита» делінетін жаңа байланыс жүйесін жасап шығаруға мүмкіндік берді. Бұл жүйеде ретрансляциялық байланыс спутнигі пайдаланады. «Молния» сериялы байланыс спутниктері аса созылыңқы орбитаға жіберіледі. Олардың айналыс периоды шамамен 12 сағ.

Телеграф пен фототелеграф сияқты едәуір ескі байланыс құралдары да жетілдіріліп жаңа мақсаттар үшін қолданылатын болды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Сигнал. Сигналдардың түрлері

 

 

Сигнал (французша – Signal — белгі) – қандайда, оқиға, құбылыс  нысананың  күйі жөніндегі    хабарды   тасымалдаушы, не  басқару командасын, хабарландыруды тағы  басқа, жеткізуші физикалық процесс немесе  құбылыс.

Сигнал өзінің табиғатына қарай :

1) Механикалық ( деформация,  P-ның өзгеруі )

2) Жылулық ( температураның  өзгеруі )

3) Жарықтық ( жарқыл көзге көрінбеитін бейне )

4) Электрлік ( U-ң,  I- ң өзгеруі )

5) Электромагниттік ( радиотолқындар )

6) Дыбыстық ( акустик, тербелістер  т.б)

Жиілік, амплитуда, фазаның  өзгеруі  арқылы  үздіксіз сигналдың  диспретті  сигналдарға  түрленуі сигналдың  квантталуы  деп аталады.  Сигнал ұғымы алғаш рет кибернетикада  тұжырымдалды.

Сигналдың түрлері аналогты (үздіксіз),  дискретті (үздікті) болып келеді. Телеграф сигналы - дискретті, дауыс сигналы – аналогты болады.

Адам сөйлегенде  дауыс  жилігі  80Гц – тен 12 000Гц, ал есту  мүмкіншілігі 16Гц – тен 20 000Гц аясында болады. Дауыс сигналын байланыс жолымен тарату үшін оның  жиілік  аясы     300Гц – тен 3400Гц – ке дейін    болғанда,  сөйлеген  дыбыс деңгейінің  90%, ал сөздің есту анықтылығы  99% табиғи  үнін сақтайды.

 

 

2.1 Аналогты және цифрлық сигналдармен  хабар таратудың ерекшеліктері

 

Телеграф  алғашқы күннен бастап  цифрмен жұмыс істеді. Алғашқы  телеграфта пайдаланылған  МОРЗЕ әліппесінде «нүкте» мен «сызықша» белгілері  кейіннен екі цифрлы «0» мен «1» — ге ауысты. Телефонмен  байланыс  көпке дейін аналогты басып келеді. Аналогты жүйенің  уақыт сұранысын  қанағаттандыра алмауы жаңа цифрдық  технологиялық өркендеуіне жол ашты. Төменде аналогты және цифрлық сигналдармен хабар таратудың салыстрмалы кейбір ерекшеліктері көрсетілген: