Τα ηλεκτρονικά σήματα πληροφορίας διακρίνονται ανάλογα με τη μορφή τους σε δύο κατηγορίες : Αναλογικά σήματα Ψηφιακά σήματα

Transcript

1 ΕΝΟΤΗΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΑΡΧΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ηλεκτρικό σήμα ονομάζεται η τάση ή το ρεύμα που μεταβάλλεται ως συνάρτηση του χρόνου. Στα ηλεκτρονικά συστήματα επικοινωνίας, οι πληροφορίες μεταφέρονται από τον πομπό προς το δέκτη, μέσω των διαύλων επικοινωνίας, στη μορφή των ηλεκτρικών ή φωτεινών σημάτων. Βασικός στόχος στα επικοινωνιακά συστήματα, είναι η μετάδοση των πληροφοριών με πιστότητα, χωρίς απώλειες, έτσι που να καταφθάνουν στο δέκτη όλες οι πληροφορίες που στέλνει ο πομπός. Τα ηλεκτρονικά σήματα πληροφορίας διακρίνονται ανάλογα με τη μορφή τους σε δύο κατηγορίες : Αναλογικά σήματα Ψηφιακά σήματα 2.1 ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΚΑΙ ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΗΜΑΤΑ Αναλογικά είναι τα σήματα που λαμβάνουν άπειρες τιμές σε συνάρτηση προς το χρόνο. Αντίθετα, τα ψηφιακά σήματα παίρνουν μόνο καθορισμένες τιμές και βασικά μόνο δύο τιμές, μια χαμηλή τιμή (0) και μια ψηλή τιμή (1). Στο σχήμα 2/1 απεικονίζεται ένα αναλογικό σήμα και στο σχήμα 2/2 ένα ψηφιακό σήμα.

2 t Σχήμα 2/1 : Αναλογικό σήμα Σχήμα 2/2 : Ψηφιακό σήμα Οι συσκευές που παράγουν, εκπέμπουν, αποθηκεύουν και επεξεργάζονται αναλογικά σήματα ονομάζονται αναλογικές συσκευές. Τέτοιες είναι για παράδειγμα το ραδιόφωνο, η μαγνητοταινία ήχου, η τηλεόραση κτλ. Οι συσκευές που παράγουν, εκπέμπουν, αποθηκεύουν και επεξεργάζονται ψηφιακά σήματα ονομάζονται ψηφιακές. Τέτοιες είναι για παράδειγμα ο ηλεκτρονικός υπολογιστής, το CD, το DVD κτλ. 2.2 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ Το μεγάλο πλεονέκτημα της ψηφιακής τεχνολογίας, είναι ότι τα ψηφιακά σήματα δεν επιδέχονται σημαντικές αλλοιώσεις στη μεταφορά, στην αποθήκευση και στην επεξεργασία τους, έτσι που να χάνονται πληροφορίες, όπως συμβαίνει με τα αναλογικά σήματα. Κάθε ηλεκτρονικός θόρυβος που προστίθεται στα αναλογικά σήματα τα αλλοιώνει, ενώ αντίθετα τα ψηφιακά ανέχονται κάποιο πλάτος ηλεκτρονικού θορύβου, χωρίς να χάσουν τη πληροφορία τους. Συγκρίνετε τη μουσική από κάποιο CD με τη μουσική από κάποια μαγνητοταινία. Η ποιότητα μουσικής από το CD είναι ανώτερη.

3 Ένα δεύτερο μεγάλο πλεονέκτημα της ψηφιακής τεχνολογίας είναι ότι μπορούμε πιο εύκολα να αποθηκεύσουμε τις ψηφιακές πληροφορίες και σε μεγάλες ποσότητες. Ένα τρίτο πλεονέκτημα είναι ότι μπορούμε πιο εύκολα και ποικιλοτρόπως να τις επεξεργαστούμε. Σκεφτείτε για μια στιγμή τι μπορεί να κάνει ο ηλεκτρονικός υπολογιστής. 2.3 ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ ΣΕ ΨΗΦΙΑΚΑ ΚΑΙ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΕ ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ Τα φυσικά μεγέθη και σήματα είναι όλα αναλογικά, όπως για παράδειγμα, ο χρόνος, ο ήχος κτλ. Ο άνθρωπος δέχεται από το φυσικό περιβάλλον αναλογικά σήματα και εκπέμπει μόνο αναλογικά σήματα. Τα ηχητικά κύματα, που συλλαμβάνονται από τα όργανα της ακοής ή τα φωτεινά κύματα που δέχονται τα όργανα της όρασης, είναι αναλογικά. Επίσης, ο άνθρωπος εκπέμπει με τη φωνή αναλογικά σήματα. Επειδή όμως, πολλές ηλεκτρονικές συσκευές σήμερα είναι ψηφιακές, για να επικοινωνήσουμε με αυτές, όπως και οι ψηφιακές για να επικοινωνήσουν με αναλογικές, επιβάλλεται η μετατροπή των αναλογικών σημάτων σε ψηφιακά και των ψηφιακών σε αναλογικά, ανάλογα με τη κατεύθυνση ροής των πληροφοριών (σχήμα 2/3). Για παράδειγμα, κατά την εγγραφή της μουσικής στο CD ο ήχος από αναλογικός, κωδικοποιείται σε ψηφιακό. Κατά την ανάγνωση του CD ο ψηφιακός κώδικας, ξαναμετατρέπεται σε αναλογικό σήμα, το οποίο μπορούμε να ακούσουμε. Σχήμα 2/3 : Μετατροπή αναλογικού σήματος σε ψηφιακό και αντίστροφα

4 2.4 ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ Για τη μεταφορά ή εκπομπή των σημάτων πληροφορίας σε μεγάλες αποστάσεις, επιβάλλεται και χρησιμοποιείται η διαμόρφωση ενός φέροντος κύματος με το σήμα της πληροφορίας (σχήμα 2/4). Πρακτικά φορτώνεται η πληροφορία σε ένα ημιτονοειδές κύμα μεγάλης συχνότητας και στέλνεται προς το δέκτη. Με τον όρο φορτώνω ή διαμορφώνω, εννοούμε ότι δημιουργούμε αλλαγές σε μια από τις παραμέτρους του φέροντος κύματος ανάλογες με τα χαρακτηριστικά του σήματος της πληροφορίας. Αναλογικό ή Ψηφιακό σήμα Διαμορφωτής Διαμορφωμένο σήμα Γεννήτρια υψηλής συχνότητας Σχήμα 2/4 : Διαμόρφωση σήματος Στο δέκτη συμβαίνει το αντίθετο, δηλαδή, έχουμε τη διαδικασία της αποδιαμόρφωσης, για να πάρουμε πίσω την πληροφορία που θέλουμε. Για παράδειγμα, η διαδικασία της διαμόρφωσης συμβαίνει σε ένα ραδιοφωνικό πομπό και της αποδιαμόρφωσης σε ένα ραδιοφωνικό δέκτη. Διακρίνουμε διάφορους τύπους διαμόρφωσης, ανάλογα με το ποια παράμετρος του φέροντος κύματος αλλάζει. Οι πιο γνωστοί τύποι διαμόρφωσης είναι : Διαμόρφωση πλάτους (Amplitude Modulation - AM) Διαμόρφωση συχνότητας (Frequency Modulation - FM)

5 2.5 ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΠΛΑΤΟΥΣ ΚΑΙ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ Στο σχήμα 2/5 απεικονίζεται το φέρον κύμα, το σήμα πληροφορίας, και το διαμορφωμένο κύμα ΑΜ. Σύμφωνα με το σχήμα, η παράμετρος του πλάτους του φέροντος κύματος, αλλάζει ανάλογα με το πλάτος του σήματος της πληροφορίας. Οι διάφοροι πομποί, που εκπέμπουν σε συχνότητες ΑΜ, χρησιμοποιούν αυτόν το τύπο διαμόρφωσης. Φέρον σήμα Διαμορφώνον σήμα πληροφορίας

6 Διαμορφωμένο σήμα κατά πλάτος (ΑΜ) Σχήμα 2/5 : Διαμόρφωση ΑΜ Στο σχήμα 2/6 απεικονίζεται το φέρον κύμα, το σήμα πληροφορίας, και το διαμορφωμένο κύμα FM. Σύμφωνα με το σχήμα, η παράμετρος της συχνότητας του φέροντος κύματος, αλλάζει ανάλογα με το πλάτος του σήματος της πληροφορίας. Οι διάφοροι πομποί, που εκπέμπουν σε συχνότητες FΜ, χρησιμοποιούν αυτόν το τύπο διαμόρφωσης.

7 Σχήμα 4/6 : Διαμόρφωση FM 2.6 ΠΟΛΥΠΛΕΞΙΑ Πολλές φορές, για την πλήρη αξιοποίηση των διαύλων επικοινωνίας (καναλιών επικοινωνίας), μεταφέρεται μεγάλος όγκος πληροφοριών, που προέρχονται από πολλούς πομπούς, από το ίδιο κανάλι. Τούτο συμβαίνει, για παράδειγμα, με τα

8 κανάλια οπτικών καλωδίων που συνδέουν τηλεφωνικά κέντρα. Μέσα από ένα κανάλι του τύπου αυτού, διοχετεύονται ταυτόχρονα τα σήματα πολλών τηλεφωνικών συνδιαλέξεων. Για την επίτευξη του στόχου αυτού, όλοι οι σταθμοί-πομποί συνδέονται μέσω ενός κυκλώματος που ονομάζεται πολυπλέκτης (multiplexer). Ο πολυπλέκτης αναλαμβάνει το έργο να στείλει μέσω ενός κοινού καναλιού τις πληροφορίες πολλών πομπών. Στην άλλη μεριά του καναλιού μεταφοράς πληροφοριών, υπάρχει ένα άλλο κύκλωμα που αναλαμβάνει να διαχωρίσει τις πληροφορίες στους διάφορους δέκτες. Το κύκλωμα αυτό ονομάζεται αποπολυπλέκτης (demultiplexer). Στο σχήμα 4/9 φαίνεται το λειτουργικό διάγραμμα του πιο πάνω συστήματος. D0 D0 D1 ΠΟΛΥΠΛΕΚΤΗΣ ΑΠΟΠΟΛΥ- ΠΛΕΚΤΗΣ D1 D2 D2 Κανάλι Πολυπλεξίας Dn Dn Σχήμα 2/9 : Μεταφορά πληροφοριών μέσω κοινού καναλιού ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ 1. Να αναφέρετε τη διαφορά του ψηφιακού σήματος από το αναλογικό. 2. Να αναφέρετε δύο ψηφιακές και δύο αναλογικές ηλεκτρονικές συσκευές. 3. Να εξηγήσετε τη διαφορά της διαμόρφωσης ΑΜ από τη διαμόρφωση FM. 4. Να εξηγήσετε τον όρο πολυπλεξία.