آموزش رایگان مخابرات پیشرفته

سیستم‌های مخابراتی به‌عنوان یکی از دروس دانشگاهی در رشته مهندسی برق تدریس می‌شود که مباحث ابتدایی آن در مقطع کارشناسی و مباحث پیشرفته در مقطع کارشناسی ارشد ارائه می‌شود.

درس تئوری پیشرفته مخابرات یکی از دروس رشته مهندسی برق در مقطع کارشناسی ارشد است؛ این درس با هدف ارائه مطالب پیشرفته سیستم‌های مخابراتی، اصول ریاضی را در جهت آموزش قسمت‌های مختلف سیستم‌های مخابراتی مانند مدولاتور، دی مدولاتور و کانال به کار می‌گیرد.

در همین راستا مکتب‌خونه دوره‌ی رایگان مخابرات پیشرفته که به همت دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل تهیه کرده است تا علاقه‌مندان و دانشجویان تحصیلات تکمیلی رشته مهندسی برق بتوانند از آن نهایت استفاده را داشته باشند. در این درس سعی می‌شود تا مفاهیم لازم برای درک بلوک‌های سامانه مخابراتی دیجیتال آموزش داده شود. پیش‌نیاز برای شرکت در این دوره گذراندن دروس آمار و احتمال و تجزیه‌وتحلیل سیستم (سیگنال و سیستم) است چراکه در اکثر کشورها نیز این درس با مروری بر مفاهیم آمار و احتمال شروع می‌شود.

در ادامه تدریس آشنایی با مدولاسیون‌های دیجیتال در فضای برداری ارائه خواهد شد، در حالت کلی این درس شامل مطالب زیر می‌باشد:

• نمایش سیگنال‌های قطعی و تصادفی
• نمایش برداری سیگنال‌ها و سیستم‌ها
• مروری بر انواع مدولاتورهای دیجیتال
• محاسبه چگالی طیفی خروجی مدولاتور دیجیتال
• ساختار گیرنده بهینه
• گیرنده بهینه در کانال ایده‌آل با نویز سفید و گوسی و تحلیل عملکرد آن
• گیرنده بهینه برای کانال تصادفی و نویز گوسی غیر همدوس
• بررسی کانال با محدودیت پهنای باند
• حداکثر نرخ ارسال با ISI کنترل شده
• معرفی کانال‌های چندمسیره و متغیر با زمان
• پدیده محوشدگی در کانال‌های متغیر با زمان
• مدل‌سازی ریاضی و آماری انواع کانال‌های محوشدگی
• سیگنالینگ مناسب برای مقابله با محوشدگی و ساختار گیرنده بهینه و تحلیل عملکرد آن

سیستم‌ مخابراتی چیست؟

سیستم‌های مخابراتی سیستم‌هایی هستند که اطلاعات را از مبدأ به مقصد رسانده و کاربردهای متعددی هم دارند، اما اصلی‌ترین کار این سیستم‌ها انتقال اطلاعات است. تلویزیون، رادیو، تلفن و مدارهای دوربرد از جمله سیستم‌های مخابراتی هستند. سیستم‌های مخابراتی از اجزای مختلفی تشکیل شده‌اند که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌شود.

اجزای سیستم‌های مخابراتی

فرستنده: پس از پردازش سیگنال ورودی، سیگنال با مشخصات کانال انتقال را ایجاد کرده و به همراه کدگذاری فرایند انتقال را انجام می‌دهد.

کانال مخابراتی: ارتباطی بین مبدأ و مقصد است که از یک زوج سیم، کابل هم‌محور، منبع رادیویی یا پرتو لیزر تشکیل شده است. با افزایش فاصله توان سیگنال تلفات انتقال نیز کاهش پیدا می‌کند.

گیرنده: این بخش سیگنال مناسب را برای ارسال به مقصد ایجاد می‌کند و از دمدولاسیون و کدگشایی برای معکوس کردن پردازش سیگنال و برطرف‌کردن تلفات انتقال، استفاده می‌کند. یکی از وظایف گیرنده فیلترکردن است.

تمامی جزوات مورد استفاده در این درس و نیز تمرین‌ها و پروژه‌ها در لینک زیر قابل دسترسی هستند:

https://drive.google.com/drive/folders/1C_7Sv0ndn_3wXTdaFXZMex5_wbgKxT_v?usp=sharing

توجه: مباحث اصلی مخابراتی از جلسه شماره ۲۵ شروع می‌گردد. تا پیش از این جلسه مربوط به مرور ریاضیات لازم برای درس است که دانشجوی آشنا به مبحث می‌تواند از آن گذر کند.

سرفصل‌های این دوره

در طی این دوره محاسبه احتمال خطا در حضور نویز گوسی و تداخل بین سمبولی، روش مبارزه با تداخل بین سمبولی شامل همسان‌ساز (Equalizer)، OFDM و CDNA معرفی می‌شود. در ادامه روش‌های سنکرون‌سازی مانند تصحیح خطای فاز و فرکانس از طریق PLL آموزش داده می‌شود.

به‌طورکلی این دوره از آموزش‌های رایگان مکتب‌خونه، در قالب یک‌فصل و 42 جلسه می‌باشد.

در این جلسات ضمن ارائه مقدمه و مروری بر احتمالات که پیش‌نیاز اصلی این درس است، توزیع گوسی و کران چرنوف آموزش‌داده‌شده و برای فهم بیشتر مطالب از دانشجویان چند تمرین تحویلی از نوع محاسباتی و شبیه‌سازی در نظر گرفته شده است تا درک بهتری نسبت به الگوریتم‌های مخابراتی برای آن‌ها ایجاد شود.

در طول دوره نیز مثال‌های واقعی از چند استاندارد مخابراتی شامل تلویزیون دیجیتال و وای‌فای ارائه می‌شود تا دانشجویان بتوانند با مباحث ارتباط بهتر و بیشتری داشته باشند.

مخابرات پیشرفته : 

انتقال اطلاعاتی که طی زندگی روزمره ما رخ میدهد، در قالب انتقال سیگنال ها میباشد. این سیگنال ها، چون سیگنال های صوتی، حاوی طبیعت آنالوگ هستند. ولیکن آن گاه که لازم است در یک فاصله ای دور ارتباط برقرار گردد، آن زمان سیگنال پیام آنالوگ به طریق سیم های ارتباطی، انتقال می یابد. در این شیوه به تکنیک هایی اکتفاء خواهد گشت که انتقال اطلاعات را به امری مؤثرتر مبدل میسازد. حال بهتر است کمی دقیق تر به آموزش مخابرات دیجیتال بپردازیم لطفاً با ما همراه شوید. 

 سیگنال دیجیتال

ضمن شیوه های سنتی آموزش مخابرات، از سیگنال های آنالوگ به منظور انتقال اطلاعات به مسافت های دور بهره گرفته میشد. مخابرات آنالوگ حاوی نقاط ضعف بسیاری چون؛ 

•  اعوجاج. 
• تداخل ها. 
•  شکاف های امنیتی. 

میباشد. به منظور تسلط یافتن بدین مشکلات، سیگنال را با بهره گیری از شیوه های گوناگون به سیگنال دیجیتال مبدل میسازیم. به عبارتی سیگنال های دیجیتال امکان مخابره نمودن؛ شفاف تر، بدون ضعف و دقیق تر را مهیا میسازد. 

 عناصر تشکیل دهنده ی مخابرات دیجیتال

• منبع

منبع ضمن یک سیستم مخابراتی میتواند شامل یک سیگنال آنالوگ چون سیگنال های صوتی باشد. 

•  ترانیدیوسر ورودی

این ناحیه از سیستم، ترانیدیوسر به خود نام میگیرد. آن نیز یک ورودی فیزیکی را اخذ نموده و آن را به یک سیگنال الکتریکی مبدل میسازد. میکروفون گونه ای از ترانیدیوسر ورودی به شمار میرود. این بلوک نیز از یک مبدل آنالوگ به دیجیتال به وجود آمده است که ضمن آن یک سیگنالی دیجیتال رقم میخورد و در راستای پردازش های بیشتر به سایر بلوک ها منتقل خواهد شد. اغلب یک سیگنالی دیجیتال را با اعداد باینری ارائه میدارند. 

•  انکودر منبع

در آموزش مخابرات، داده های موجود را به اندک ترین تعداد بیت های ممکن فشرده خواهد کرد. این امر نیز به بهره گیری بهینه از پهنای باند موجود کمک خواهد نمود. نیز از سویی در انکودر { بیت های افزونگی } هم نیز به بیت های غیر الزامی و زائد حذف خواهند گشت. 

• انکودر کانال

آن نیز در راستای تصحیح خطاها، عمل کد گذاری را به انجام میرساند. در روند انتقال سیگنال پیام، به علّت وجود نویز در کانال، امکان دارد سیگنال دگرگون شود. به منظور پیش گیری از وقوع این پدیده، انکودر کانال تعدادی بیت افزونگی را به سیگنال مبادله گردیده می افزاید. بدین بیت ها، بیت های تصحیح خطا اطلاق میشود. 

•  مدولاتور دیجیتال

در این بخش سیگنالی که میبایست در کانال مخابراتی انتقال یابد را، به سیگنال حامل مدولاسیون مینمایند. نیز همچنین برای آن که سیگنال در روند کانال و یا آن که واسط انتقال یابد، برای باری دیگر با اکتفاء به مبدل دیجیتال به آنالوگ به یک سیگنال آنالوگ مبدل میگردد. 

•  کانال

واسط و یا کانال در بطن اموزش مخابرات، به یک سیگنال مخابراتی آنالوگ اجازه میدهد، که از سوی فرستنده به سوی گیرنده انتقال یابد. 

•  دمدولاتور دیجیتالی

آن نیز ابتدایی ترین گام در سوی گیرنده محسوب خواهد شد سیگنال دریافت شده ابتدا در گیرنده مخابراتی، دمدوله خواهد شد. نیز از سویی در این بلوک سیگنال دمدوله گردیده از یک سیگنالی آنالوگ به سیگنال دیجیتال مبدل میگردد. 

• دیکودر کانال

بعد از آشکار نمودن دنباله ورودی، عملیات تصحیح نمودن خطاها را به انجام خواهد رساند. ضمن این مرحله بعضی اعوجاجات که امکان دارد در روند منتقل گشتن سیگنال اضافه شده باشد، به واسطه ی اضافه نمودن بیت های افزونگی به سیگنال تصحیح خواهد شد. اضافه نمودن بیت های افزونگی منجر میگردد، در ناحیه ی گیرنده بازسازی جامع تری از سیگنال اصلی صورت پذیرد. 

•  دیکودر منبع

سیگنال حاصل شده، برای باری دیگر به واسطه ی دیجیتال سازی و همچنین کوانتیزاسیون به سیگنالی دیجیتالی مدل خواهد گشت. بدین ترتیب خروجی دیجیتال خالص بدون از میان رفتن اطلاعات به دست آید. 

• ترانسدیوسر خروجی

آن نیز پایانی ترین بلوک از یک سیستم آموزش مخابرات محسوب میگردد. مسئولیت آن، این است که سیگنال ورودی خویش را به فرم فیزیکی اصلی مبدل سازد که در قسمت ورودی فرستنده وجود داشته است. این بلوک سیگنال الکتریکی را به یک خروجی فیزیکی مبدل خواهد ساخت. ما میتوانیم به نمونه ای از آن، یعنی بلندگوی صوتی اشاره نماییم. 

• سیگنال خروجی

سیگنال خروجی که پس از پایان کل روند عاید میگردد. سیگنال صوتی که از گیرنده اخذ میگردد، گونه ای از سیگنال خروجی میباشد. 

 سخن آخر

ما امیدوار هستیم که در این متن از آموزش مخابرات دیجیتال، شما را به خوبی توانسته باشیم با جوانب گوناگون آن آشنا ساخته باشیم. مهندسی برق از جمله شاخه هایی میباشد که موارد بسیاری را در بطن خود جای داده است و شما میتوانید در صورت وجود سؤالات بیشتر با مهندسان ما در ارتباط باشید.