مخابرات دیجیتال

شکل زیر در مورد ارسال دیجیتال دید بهتری به ما می دهد.
{BOU-87}کد گذاری منبع و مالتی تقسیم زمان تشریح شده اند وظایف باقی مانده در بخشهای بعد تشریح می شوند.



    
رمز نگاری(Encryption ):

رمز نگاری زمانی استفاده می شود که لازم باشد از به کار گیری یا دستکاری پیغام های ارسالی توسط کاربران غیر مجاز جلوگیری شود. رمز نگاری مشتمل بر اجرای یک عمل الگوریتمی در زمان واقعی به صورت بیت به بیت یک رشته دودویی است. مجموعه پارامترهایی که تبدیل را تعریف می کند ((کلید))نامیده می شود .
اگر چه استفاده از رمز نگاری اغلب در مخابرات نظامی مطرح است، سیستم های مخابرات تجاری در حال فزاینده ای تحت فشار مشتریان می باشد تا خصوصا در شبکه های تجاری و اداری از رمز نگاری استفاده کنند در حقیقت به دلیل پوشش وسیع ماهواره ها و دسترسی ساده به آنها بوسیله ایستگاه های کوچک،امکان استراق 






سمع و غلط اندازی در پیغامها در دسترس تعداد زیادی از عوامل با وسایل سطح پایین می باشد.
شکل زیر اساس کار رمز نگاری شده را نشان می دهد واحدهای رمز نگاری و رمز گشایی با کلیدی کار می کند که به وسیله واحدهای تولید کلید رمز فراهم می شود داشتن یک کلید مشترک روش مطمئنی برای توزیع کلید می باشد.

رمز نگاری دارای دو خصوصیت می باشد:

- محرمانه بودن- از به کار گیری پیغام توسط افراد غیر مجاز جلوگیری می شود 
- - معتبر بودن- حفاظت در قبال دستکاری پیغام توسط یک اختلال گر را فراهم می کند .
- برای این کار دو روش استفاده می شود :
- رمز نگاری همزمان(رمز رشته ای )-هر بیت از رشته دودویی اصلی (متن خام) با استفاده از یک عمل ساده (مثلا جمع مبنای دو) با هر بیت از یک رشته دودویی (رشته کلید) تولید شده توسط یک یک تولید کننده کلید ترکیب می شوند. به عنوان مثال می تواند یک مولد رشته شبه تصادفی باشد که ساختار آن با کلید تعریف گردیده است.
- رمز نگاری با بلوک (رمز نگاری بلوکی)- تبدیل رشته دودویی اصلی به یک رشته رمز شده با یک روش بلوک به بلوک می باشد که مطابق با منطق تعریف شده بوسیله یک کلید انجام می شود.
-
کد گذاری کانال:

شکل زیر اساس کد گذاری کانال را نشان می دهد هدف از کد گذاری کانال اضافه کردن بیت های اطلاعات است دومی برای آشکار سازی و تصحیح خطاها در گیرنده به کار می رود.


    
  




 {PRO-96 }این روش به نام تصحیح خطای پیشرو(Forward error correction)(FEC) معروف است نرخ کد به صورت زیر تعریف می شود (4-19 الف) P=n/(n+r)
  که R تعداد بیت های اضافه شده به n بیت اطلاعات می باشد.
  نرخ بیت در ورودی کدگذار R است در خروجی این نرخ بیت بزرگتر بوده و مساوی R می باشد بنابر این:
 R=R/P(bit/s)   


    
کد گذاری بلوکی و کد گذاری کانولوشنی:

دو روش جهت کد گذاری اضافه می شود:کد گذاری بلوکی و کد گذاری کانولوشنی در کد گذاری بلوکی کد گذارr بیت اضافه با هر بلوک از n بیت اطلاعات همراه می کند هر بلوک مستقل از سایر بلوک ها کد گذاری می گردد بیت های کد از ترکیب خطی بیت های اطلاعات بلوک متناظر تولید می شود کد های دوره ای خصوصا کد هایBCH, Reed-solomin (Bose,chaudhari & Hocquenghem) که در آن هر کلمه کد مضربی از چند جمله ای مولد است اغلب مورد استفاده واقع می شود در مورد یک کد کانولوشنی (n+r) بیت بوسیله ی کدگذار از (n-1) بسته قبلیn بیتی اطلاعات تولید می شود حاصلضرب (n+r)N محدودیت طول کد را تعریف می کند کدگذار از شیفت رجیستر ها و جمع کننده های از نوع گیت XOR((exclusive تشکیل می شود .

    




انتخاب بین کد گذاری بلوکی و کد گذاری کانولوشنی با انواع خطاهایی که در خروج دمولاتور انتظار می رود مشخص می شود توزیع خطاها بستگی به طبیعت نویز و آسیبهای انتشاری پایدارو نویزگوسی،خطاها به صورت تصادفی اتفاق افتاده و معمولا کدگذاری کانولوشنی استفاده می شود در شرایط فیدینگ خطاها اغلب در برست ها اتفاق می افتد در مقایسه با کد گذاری کانولوشنی کدگذاری بلوکی کمتر به برست های خطاها حساس بوده و بنابراین تحت شرایط فیدینگ کدگذاری بلوکی ارجحیت دارد کدهای بلوکی (RS)(Reed-solomon)مهمترین کدهای تصحیح خطای برست است.

اینتر لیوینگ:

اینتر لیوینگ روشی برای بهبود عملکرد کدگذاری کانولوشنی با توجه به برست های خطا است این کار عبارتست از مرتب کردن بیت های کدگذاری شده قبل از ارسال و مرتب کردن مجدد آنها بعد از دریافت،بطوریکه برست های خطا به شکل تصادفی در آید.

دو روش برای اینتر لیوینگ استفاده می شود:

اینتر لیوینگ بلوکی: بیت ها به صورت بلوک های N بیتی مرتب می شوند که به صورت متوالی در ردیف های B یک آرایه حافظه ای (N,B) نشانده شده و برای ارسال ازN ستون بلوک های B بیتی خوانده می شوند یک برست از خطا هایی که N بیت را جاروب می کند تنها بر روی یک بیت در هر بلوک ارسالی اثر می گذارد این روش تاخیری برابر با 2NB دوره بیت ایجاد می کند.
اینتر لیوینگ کانولوشنی (شکل 4-7 ب)بیت ها به صورت بلوک هایی N بیتی مرتب شده اند. i امین بیت(N و...2و1 =i )در هر بلوک با NJ (i-1 )واحد های زمانی را از طریق یک شیفت رجیستر J (i-1 )طبقه ای هر N دوره بیت یکبار کلاک می خورد که J=B/N بنابراین یک واحد زمانی متناظر با ارسال یک بلوک N بیت های خروجی برای یک ارسال به صورت سریال در می آیند. در پایانه ی دریافتی گروه های N بیتی دوباره بلوک بندی شده وi امین بیت در هر بلوک به اندازه NJ(N-i) واحد زمانی از طریق یک شیفت رجیستر J (N-i) طبقه ای تاخیر گذاری می شود. این روش تاخیر ثابتی به اندازهJ (N-1) واحد زمانی برابر با(N-1)=J (N-1)N دوره بیت ایجاد می کند بنابر این تاخیر حدود نصف تاخیر ایجاد شده بوسیله یک صفحه به صفحه کننده بلوکی (N,B) می باشد.


 




کد گذاری الحاقی:

کد گذاری بلوکی و کد گذاری کانولوشنی می تواند به صورت ترکیبی بنام کدگذاری الحاقی با هم ترکیب می شوند . طرح این کدگذاری یک کدگذار بلوکی خارجی را در بر دارد که یک کدگذار کانولوشنی داخلی به دنبال آن آمده است در انتهای گیرنده کدگشای داخلی خطای ایجاد شده در خروجی دمدولاتور را تصحیح می کند کد گشای بیرونی معمولا یک کدگشای RS است که قادر به تصحیح برست های خطای اتفاقی تولید شده توسط آلگوریتم کدگشای داخلی که معمولا الگوریتم ویتربی (vitrebi algorithm)است می باشد که هر گاه تعداد خطاها در رشته بیت ورودی از قابلیت تصحیح الگوریتم بیشتر می شود،چنین برست های خطایی را تولید می کند.


 



 عملکرد کدگذاری الحاقی با با استفاده از کدگذاری های خارجی ساده با اجرا اینتر لیوینگ و عکس آن بین کدگذاری های داخلی و خارجی اصلاح می شود این خصوصیت به ویژه در مورد استاندارد DVB-S حفظ شده است {ETSI ETS 300421}



- اسکرمبل کردن: 
-
توصیه ارائه شده توسط ITU{ITU-R S.446}به منظور استفاده از روشهای پاشندگی انرژی جهت محدود کردن تداخل بین سیستم های مخابرات رادیویی می باشد که از باند های فرکانسی یکسانی استفاده می کنند و در بخش 4-1-7 آمده است.در ارسال دیجیتال چناچه رشته دودویی تصادفی باشد انرژی حامل در سراسز طول طیف سیگنال مدوله کننده تقسیم می شوند با محدود کردن EIRP ارسالی ماهواره می توان چگالی توان سطحی را زیر حد تراز زمینه باقی نگهداشت در مقابل اگر رشته دودویی یک الگوی ثابت تکراری داشته باشد خطوطی در طیف حامل مدوله شده ظاهر شده و دامنه آنها می تواند باعث محدود کردن چگالی توان سطحی در تراز زمینه ای که از آن فراتر می رود گردد اساس کار پاشندگی انرژی تولید یک رشته دودویی مدوله کننده است که بدون توجه به ساختار رشته دودویی که دربرگیرنده اطلاعات می باشد دارای خواص تصادفی است {گزارش {CCIR 384این عمل که در فرسنده قبل از مدولاسیون صورت می گیرد اسکرمبل کردن نام دارد در زمان دریافت عمل عکس بعد از دمدولاسیو صورت می گیرد دی اسکرمبل کردن نام دارد . مثالی از تحقق اسکرمبل کننده و دی اسکرمبل کننده را نشان می دهد هر بیت رشته دودویی که اطلاعاتی را حمل می کند با هر بیت تولید شده یک مولد دنباله شبه تصادفی در مبنای 2 جمع می شود (این عمل شبه به رمزنگاری همزمان است ر.ک.بخش 4-2-1)مولد دنباله شبه تصادفی (Pseudorandom) از یک شیفت رجیستر با مسیر های فیدبک مختلف تشکیل می شود دی اسکر مبلر دارای همان مولد دنباله شبه تصادفی است و بر اساس خاصیت جمع در مبنای 2،ترکیب در مبنای 2بیت های رشته دودویی دمدوله شده با دنباله تصادفی بازیابی محتوای اطلاعات را بعمل در می آورد این کار باعث همزمان سازی می شود بعد از آنکه r بیت بدون خطا ارسال گردید طبقات r شیفت رجیستر مربوط به اسکرمبل کردن و دی اسکرمبل کردن در یک وضعیت قرار دارند اما خطا در بیت باعث ایجاد خطایی به تعداد ضرایب غیر صفرa در مسیر های فیدبک در یک فاصله r بیتی می گردد {FEH-81} یک مزیت دیگر ایجاد شده بوسیله اسکرمبل کردن،جلوگیری از دنباله های طولانی از O و1 منطقی است که در کدگذاری نوعNRZ-L می تواند منجر به از دست دادن همزبان سازی در مدار بازاریابی زمان بندی بیت می شود و به دلیل وجود خطای زمان بندی در لحظه تصمیم گیری،خطای آشکار سازی در خروجی دمدولاتور خواهد شد.


    
 
مدولاسیون دیجیتال

شکل زیر اساس کار در یک مودلاتور را نشان میدهد.بخشهای ان عبارتند از :

1-مولد نماد
2-یک کد گذار
3-یک مولد سیگنال (حامل)

مولد نماد،نمادهایی را با m حالت تولید میکند که m=2^m از m بیت متوالی یک رشته ورودی دودویی تشکیل می شود .کد گذار نوعی تناظر بین mحالت این نماد ها و m حالت ممکن حامل ارسال شده برقرار میکند .دو نوع کد گذاری تجربه شده است:
- کد گذاری مستقیم >یک حالت نماد یک حالت حامل را تعریف میکند
- کد گذاری انتقالها >کد گذاری تفاضلی..یک حالت نماد یک انتقال بین دو حالت متواتی حامل را تعریف میکند.
به ازاء یک نرخ بیتRc (بیت بر ثانیه ) در ورودی دمولاتور ،نرخ سیگنالینگRs درخروجی مدولاتور تعداد تغییر حالتهای حامل در ثانیه با رابطه زیر تعریف میشود:

Rs=Rc(m=Rc)logM(boud)

مودلاسیون فاز ،یا کلید زنی شیف فاز(psk)خصوصآ برای لینکههای ماهواره ای مناسب است .این مودلاسیون دارای مزیت پوش ثابت بوده ودر مقایسه با کلید زنی وشیفت فرکانس (fsk)بازده کیفی ((تعدادبیت های ارسالی در ثانیه در وهحد پهنای باند فرکانس رادیویی))

 



بهتری را فراهم میکند دو نوع کلید زنی شیفت فاز میتوان در نظر گرفت:

 
الف)مودلاسیون دو حالته(m=2)

-با کد گذاری مستقیم :کلید زنی شیف فاز دودویی (Bpsk)
-با کد گذاری تفاضلی (Bpsk)
 
ب)مدلاسیون چهارحالته(m=4):

-با کد گذاری مستقیم :کلید زنی شیف فاز تربیعی(Qpsk)
-با کد گذاری تفاضلی (Qpsk)