محسن الکترونیک

اجزا و محدوديت‌هاي سيستم‌هاي مخابراتي

سيستم مخابراتي اطلاعات را از مبدأ به مقصدي آن طرف‌تر مي‌فرستند. كاربرد سيستم‌هاي مخابراتي چنان متعدد است كه نمي‌توانيم تمام انواع آن را در اينجا ذكر كنيم. همچنين نمي‌توانيم تمام بخش‌هاي تشكيل دهنده يك سيستم را نيز به تفصيل بيان كنيم. يك سيستم نوعي اجزاي متعددي دارد كه تمام رشته‌ مهندسي برق را مي‌پوشاند- مدار، الكترونيك، الكترومغناطيس، پردازش سيگنال، ميكروپروسسور، و شبكه‌هاي مخابراتي تنها تعدادي از رشته‌هاي مربوط به اين زمينه است. به علاوه بررسي جزء اين نكته اساسي را در بوته ابهام باقي مي‌گذارد كه يك سيستم مخابراتي در كل فراتر از مجموع اجزاي آن است.

به همين خاطر موضوع را از ديدگاهي كلي‌تر بررسي مي‌كنيم. با توجه به اينكه كار اصلي تمام سيستم‌هاي مخابراتي انتقال اطلاعات است، اصول و مسائل انتقال اطلاعات به صورت الكتريكي را مورد توجه قرار مي‌دهيم. اين كار را چنان عمقي انجام مي‌دهيم كه بتوانيم روش‌هاي تحليل و طراحي مناسبي براي كاربردهاي بسيار وسيع پي‌ريزي كنيم. به طور خلاصه اين كتاب به سيستم مخابراتي به عنوان يك سيستم نظر دارد.

1-1-اطلاعات، پيام، سيگنال

مسلماً مفهوم اطلاع در مخابرات مفهومي محوري است. ولي اطلاع واژه‌اي متضمن معاني زبان شناختي و فلسفي است كه كار تعريف آن را دشوار مي‌كند. براي پرهيز از اين دشواري‌ها پيام را در نظر مي‌گيريم، كه به صورت تبلور فيزيكي اطلاعات ايجاد شده توسط منبع تعريف مي‌شود. پيام هر شكلي داشته باشد، هدف سيستم بازسازي قابل قبولي از آن در مقصد است.

منابع اطلاعاتي انواع گوناگون دارند، از منابع ماشيني گرفته تا منابع انساني، و پيام شكل‌هاي مختلفي دارد. به طوركلي دو نوع پيام مجزا مي‌توا ن در نظر گرفت، آنالوگ و ديجيتال، اين تمايز به نوبه خود معياري براي موفقيت سيستم مخابراتي تعيين مي‌كند.

1-1-شكل اجزاي سيستم مخابراتي با مبدلهای ورودی و خروجی

پيام آنالوگ كميتي فيزيكي است كه با زمان تغيير مي‌كند و اين تغيير معمولاً به صورتي هموار و پيوسته صورت مي‌گيرد. فشار اكوستيكي حاصل از صحبت كردن، موقعيت زاويه‌اي ژيروسكوپ هواپيما، يا شدت نور در نقطه‌اي از تصوير تلويزيوني نمونه‌هايي از پيام‌هاي آنالوگ هستند. چون اطلاعات در شكل موج متغير با زمان نهفته است، سيستم مخابراتي آنالوگ بايد بتواند اين شكل موج را با ميزان هماندهي قابل قبولي بازسازي كند.

پيام ديجيتال رشته مرتبي از نمادهاي برگزيده از يك مجموعه متناهي از عناصر گسسته است. حروف چاپ شده بر روي اين صفحه، فهرست تغييرات ساعت به ساعت دما، يا كليدهايي كه از صفحه كليد فشرده مي‌شوند نمونه‌هايي از پيام‌هاي ديجيتال هستند. چون اطلاعات در نمادهاي گسسته نهفته‌اند، سيستم مخابرات ديجيتال بايد بتواند اين نمادها را در مقصد با دقت قابل قبولي در يك زمان معين بازسازي كند.

به ندرت مي‌توان منبع پيامي، آنالوگ يا ديجيتال، يافت كه به خودي خود الكتريكي باشد. پس چنانچه در شكل نشان داده شده اكثر سيستم‌هاي مخابراتي در ورودي و خروجي مبدل‌هايي دارند. مبدل ورودي پيام را به سيگنال الكتريكي، ولتاژ يا جريان، و مبدل خروجي سيگنال خروجي را به پيام مطلوب تبديل مي‌كند. براي مثال مبدل‌هاي يك سيستم مخابراتي صوتي، ميكروفون در ورودي و بلندگو در خروجي هستند. از اين پس فرض مي‌كنيم مبدل‌هاي مناسبي وجود دارند و كار خود را بر انتقال سيگنال متمركز مي‌كنيم. به اين ترتيب اصطلاحات سيگنال و پيام را به جاي هم نيز به كار مي‌بريم، زيرا سيگنال نيز مثل پيام تبلور فيزيكي اطلاعات است.

1-2-اجزاي سيستم مخابراتي

شكل اجزاي يك سيستم مخابراتي را، با حذف مبدل‌ها و در نظر گرفتن آلودگي‌هاي ناخواسته نشان مي‌دهد. هر سيستم مخابراتي چند جزء اصلي دارد، فرستنده، كانال مخابراتي، و گيرنده. هر بخش نقشي خاص در انتقال سيگنال دارد كه در زير تشريح مي‌شود.

فرستنده سيگنال ورودي را پردازش مي‌كند تا يك سيگنال مخابراتي مناسب با مشخصات كانال انتقال ايجاد كند. پردازش سيگنال براي انتقال تقريباً هميشه با مدولاسيون همراه است و مي‌تواند شامل كدگذاري هم بشود.

كانال مخابراتي محيطي الكتريكي است كه پلي بين منبع و مقصد است. اين كانال مي‌تواند يك زوج سيم، يك كابل هم محور، يك منبع راديويي، يا پرتو ليزر باشد. هر كانالي مقداري تلفات و تضعيف انتقال دارد، پس با افزايش فاصله توان سيگنال به تدريج كم مي‌شود.

گيرنده روي سيگنال خروجي كانال عمل كرده، سيگنال مناسب را براي مبدل واقع در مقصد فراهم مي‌كند.

1-2- اجزاي سيستم مخابراتي

در عمل گيرنده شامل تقويت براي جبران تلفات انتقال، و دمدولاسيون و كدگشايي براي معكوس كردن پردازش سيگنال انجام شده در فرستنده مي‌باشد. فيلتر كردن نيز عمل مهم ديگري است كه در گيرنده به دلايلي كه بعداً خواهيم گفت، انجام مي‌شود.

اثرهاي ناخواسته و نامطلوبي در مسير انتقال سيگنال رخ مي‌دهد. تضعيف نامطلوب است، زيرا قدرت سيگنال را در گيرنده كاهش مي‌دهد، ولي اعوجاج، تداخل، و نويز، كه باعث تغيير شكل سيگنال مي‌شوند مهم‌تر از تضعيف هستند. اگر چه اين آلودگي‌ها در هر نقطه‌اي مي‌تواند رخ دهد، ولي طبق قرارداد تمام تقصير به گردن كانال مخابراتي گذاشته شده، فرستنده و گيرنده ايده‌آل فرض مي‌شوند. شكل بازتاب اين قرارداد است.

اعوجاج تغيير شكل موجي است كه در اثر نقصان پاسخ خود سيستم به سيگنال مطلوب ايجاد مي‌شود. اعوجاج برخلاف نويز و تداخل، در صورت نبودن سيگنال از بين مي‌رود. اگر كانال پاسخي خطي ولي با اعوجاج داشته باشد، مي‌توان اعوجاج را به كمك فيلترهاي خاصي مرسوم به متعادل كننده حذف كرد يا حداقل كاهش داد.

تداخل آلودگي توسط سيگنال‌هاي خارجيِ داراي منابع انساني- مثل فرستنده‌هاي ديگر، خطوط انتقال توان و ماشين‌ها، مدارهاي سوييچينگ و غيره است. تداخل غالباً در سيستم‌هاي راديويي كه آنتن‌هايشان معمولاً سيگنال‌هاي ديگر را دريافت مي‌كنند صورت مي‌گيرد. تداخل RF (فركانس راديويي) در سيستم‌هاي كابلي نيز كه مدارهاي گيرنده‌شان سيگنال‌هاي تابشي از منابع نزديك را مي‌گيرند، رخ مي‌دهد. با فيلتر كردن مي‌توان تداخل را كم كردف به شرطي كه سيگنال‌هاي تداخلي در باند فركانسي ديگري غير از باند فركانسي سيگنال مطلوب قرار داشته باشد.

نويز سيگنال الكتريكي گاتوره‌اي و غيرقابل پيش‌بيني‌ايي است كه به طور طبيعي در فرآيندهاي سيستم‌هاي داخلي و خارجي به وجود مي‌آيد. وقتي اين تغييرات گاتوره‌اي روي سيگنال حاوي اطلاعات سوار مي‌شود، ممكن است پيام تا حدي خراب شود يا به طور كلي از بين برود. فيلتر كردن آلودگي نويز را كاهش مي‌دهد، ولي نويز باقي مانده و غيرقابل حذف اجتناب‌ناپذيرست. اين نويز يكي از محدوديت‌هاي اساسي سيستم است.

سرانجام بايد بگوييم كه شكل يك انتقال يكطرف (يا simplex، به اختصار SX) را نشان مي‌دهد. براي مخابره دوطرفه بايد در هر دو طرف هم فرستنده داشت و هم گيرنده. سيستم دوطرفه كامل full-duplex)، به اختصار (FDX كانالي دارد كه مخابره همزمان در دو جهت را ممكن مي‌كند. سيستم نيمه دو طرفه half-duplex)، به اختصار (HDX انتقال در هر دو طرف را اجازه مي‌دهد، ولي نه به يك طور همزمان.

1-3-محدوديت‌هاي اساسي

مهندس هنگام طراحي يك سيستم مخابراتي با دو نوع محدوديت روبروست. از يك طرف مشكلات فني كه شامل ملاحظات متنوعي چون سخت‌افزارهاي قابل دسترس، عوامل اقتصادي، قوانين دولتي، و غيره مي‌باشد. اين‌ها مسائل مربوط به امكان ساخت است كه از لحاظ نظري قابل حل هستند، گرچه حل كامل ممكن است عملي نباشد. از طرف ديگر محدوديت‌هاي فيزيكي اساسي وجود دارند، قوانين طبيعي كه بر مسئله موردنظر حاكم‌اند. اين محدوديت‌ها هستند كه تعيين مي‌كنند مستقل از امكانات فني چه مي‌توان كرد و چه نمي‌توان. محدوديت‌هاي بنيادي انتقال الكتريكي اطلاعات پهناي باند و نويز هستند.

مفهوم پهناي باند هم براي سيگنال‌ها و هم براي سيستم‌ها معياري از سرعت است. وقتي سيگنالي تغيير زماني سريعي دارد، محتواي فركانس يا طيف آن گستره وسيعي را مي‌پوشاند و مي‌گوييم پهناي باند سيگنال بزرگ است. به نحوي مشابه توانايي يك سيستم در دنبال كردن تغييرات سيگنال در پاسخ فركانسي قابل استفاده يا پهناي باند انتقال آن سيستم نهفته است. تمام سيستم‌هاي الكتريكي عناصر ذخيره كننده انرژي دارند، و انرژي ذخيره شده نمي‌تواند به طور ناگهاني تغيير كند. پس هر سيستم مخابراتي پهناي باند B محدودي دارد كه آهنگ تغييرات سيگنال را محدود مي‌كند.

مخابرات در شرايط زمان واقعي مستلزم داشتن پهناي باند كافي براي در برداشتن طيف سيگنال است، در غير اين صورت اعوجاج شديدي بروز مي‌كند. پس براي سيگنال ويدئويي تلويزيوني به پهناي باندي حدود چند مگاهرتز نياز داريم، ولي تغييرات بسيار كندتر سيگنال صدا در  جا مي‌گيرد. براي يك سيگنال ديجيتال با r نماد در ثانيه پهناي باند بايد  باشد. براي مخابره اطلاعات بدون قيود زمان واقعي، پهناي باند موجود ماكزيمم سرعت سيگنال را تعيين مي‌كند. پس زمان لازم براي انتقال اطلاعات با B نسبت عكس دارد.

نويز محدوديت ديگري بر انتقال اطلاعات مي‌گذارد. چرا نويز اجتناب ناپذير است؟ با تعجب جواب از نظريه ترموديناميك به دست مي‌آيد. در هر دمايي بالاتر از صفر مطلق انرژي گرمايي باعث مي‌شود ذرات ميكروسكوپي حركات گاتوره‌اي داشته باشند. حركت گاتوره‌اي ذرات بارداري چون الكترون‌ها جريان و ولتاژهاي تصادفي ايجاد مي‌كنند كه نويز حرارتي ناميده مي‌شود. نويز انواع ديگري نيز دارد، ولي نويز حرارتي در تمام سيستم‌هاي مخابراتي وجود دارد.

نويز را نسبت به دامنه سيگنال، برحسب توان سيگنال به نويز S / N اندازه مي‌گيرند. توان نويز حرارتي معمولاً كوچك است، و S / N را مي‌توان چنان بزرگ گرفت كه نويز ناچيز و بي‌اثر باشد. ولي به ازاي S / N كوچك، نويز مي‌توان هماندهي را در مخابرات آنالوگ كاهش دهد و در مخابرات ديجيتال باعث خطا شود. اين مسائل در مخابرات راه دور جدي‌ترند، زيرا تلفات انتقال توان سيگنال دريافتي را به زير سطح نويز مي‌رساند. در اين صورت تقويت درگيرنده فايده‌اي ندارد، زيرا نويز هم به همراه سيگنال تقويت مي‌شود.

شنون (1948) با در نظر گرفتن هر دو محدوديت‌ نشان داد كه آهنگ انتقال اطلاعات نمي‌تواند بالاتر از ظرفيت كانال باشد:

اين رابطه كه قانون هارتلي- شنون نام دارد، حد بالاي عملكرد يك سيستم مخابراتي را براساس پهناي باند و نسبت سيگنال به نويز بيان مي‌كند.

1-4-مدولاسيون و كدگذاري

مدولاسيون و كدگذاري عملياتي هستند كه در فرستنده براي دستيابي به انتقال مؤثر و قابل اعتماد انجام مي‌شوند. اين عمليات آنقدر مهم هستند كه سزاوار است در اينجا راجع به آن‌ها صحبتي بكنيم. بعداً چند فصل را به روش‌هاي مدولاسيون و كدگذاري اختصاص خواهيم داد.

1-5-روش‌هاي مدولاسيون

در مدولاسيون دو شكل موج دخيل‌اند: سيگنال‌ مدوله كننده كه پيام را نشان مي‌دهد، و موج حامل كه بايد براي آن كاربرد خاص مناسب باشد. مدولاتور موج حامل را به صورتي متناظر با تغييرات سيگنال مدوله كننده تغيير مي‌دهد. پس موج مدوله شده حاصل اطلاعات پيام را «حمل مي‌كند». مدولاسيون بايد عملي برگشت‌پذير باشد تا بتوان عمل مكمل دمدولاسيون را انجام داد.

شكل بخشي از يك سيگنال مدوله كننده (الف) و شكل موج مدوله شده حاصل از تغيير دامنه موج حاصل سينوسي (ب) را نشان مي‌دهد. اين همان مدولاسيون دامنه متداول (AM) در پخش راديو و كاربردهاي ديگرست. پيام را مي‌توان با مدولاسيون فركانسي (FM) يا مدولاسيون فاز (PM) نيز بر حامل سينوسي سوار كرد. تمام روشهاي مدولاسيون حامل سينوسي تحت نام مدولاسيون موج پيوسته (CW) قرار مي‌گيرند.

جالب اينكه شما هنگام حرف زدن به صورت مدولاتور CW عمل مي‌كنيد. انتقال صوت از طريق هوا با ايجاد تونل‌هاي حامل در تارهاي صوتي و مدوله كردن آن‌ها با زبان، دندان، لب‌ها، و غيره انجام مي‌شود. پس آنچه گوش مي‌شنود يك موج اكوستيكي مدوله شده، شبيه سيگنال AM است.

در اكثر سيستم‌هاي انتقال دور برد از مدولاسيون CW، با حاملي كه فركانس آن بسيار بزرگ‌تر از بزرگ‌ترين مولفه فركانسي سيگنال مدوله كننده است، استفاده مي‌شود. به اين ترتيب طيف سيگنال مدوله شده، يك باند فركانسي متمركز در حول فركانس حامل خواهد بود. در اين شرايط مي‌گوييم مدولاسيون CW انتقال فركانسي ايجاد مي‌كند. مثلاً در پخش AM طيف پيام نوعاً از Hz100 تا kHz5 است؛ اگر فركانس حامل kHz600 باشد، طيف موج مدوله شده گستره kHz595 تا kHz605 را مي‌پوشاند.

در يك روش مدولاسيون ديگر، موسوم به مدولاسيون پالسي يك قطار متناوب از پالس‌هاي كوتاه به عنوان موج‌ حامل به كار مي‌رود. شكل ج يك شكل موج با مدولاسيون دامنه پالس (PAM) را نشان مي‌دهد. توجه كنيد كه اين موج PAM نمونه‌هاي كوتاهي از سيگنال آنالوگ واقع در بالاي شكل را استخراج كرده است. نمونه‌برداري يك روش پردازش سيگنال بسيار مهم است، و تحت شرايط خاص مي‌توان شكل موج اصلي را به طور كامل از روي نمونه‌ها بازسازي كرد.

شکل 1-3- (الف) سیگنال مدوله کننده؛ ب) حامل سینوسی با مدولاسیون دامنه؛ (ج) حامل قطار پالس با مدولاسیون دامنه.

ولي مدولاسيون پالسي به خودي خود انتقال فركانسي ايجاد نمي‌كند، انتقالي كه براي انتقال مؤثر سيگنال ضروري است. در بعضي فرستنده‌ها مدولاسيون پالسي و CW تركيب مي‌شوند. در روش‌هاي ديگر مدولاسيون، كه به زودي شرح خواهيم داد، از تركيب مدولاسيون پالسي و كدگذاري استفاده مي‌شود.

1-6-مزايا و كاربردهاي مدولاسيون

هدف اصلي مدولاسيون در يك سيستم مخابراتي ايجاد سيگنال مدوله شده‌اي است كه با مشخصات كانال مخابراتي همخواني داشته باشد. در واقع مدولاسيون چند مزيت و كاربرد عملي دارد كه در زير به اختصار در مورد آن‌ها صحبت خواهيم كرد.

مدولاسيون براي انتقال موثر انتقال سيگنال به فواصل دور هميشه با حركت امواج الكترومغناطيسي همراه است، چه محيط هدايت كننده‌اي باشد و چه نباشد. بازده هر روش انتقالي به فركانس سيگنال منتقل شده بستگي دارد. با استفاده از خاصيت انتقال فركانسي مدولاسيون CW مي‌توان اطلاعات پيام را روي حاملي سوار كرد كه فركانسش براي روش انتقال برگزيده شده مناسب باشد.

به عنوان يك مثال، در مخابره راديوي در خط ديد بايد آنتن‌هايي به كار برده شود كه ابعادشان حداقل يك دهم طول موج سيگنال باشد. انتقال يك سيگنال صوتي مدوله نشده كه مؤلفه‌هاي فركانسي آن تا Hz100 هم مي‌رسد، مستلزم به كارگيري آنتن‌هايي با ابعاد حدود km300 است. انتقال سيگنال مدوله شده در MHZ100 به صورت FM اين امكان را مي‌دهد كه مخابره با آنتن‌هايي با ابعاد در حدود متر صورت بگيرد. در فركانس‌هاي زير MHz100 روش‌هاي ديگر انتقال با آنتن‌هاي داراي اندازه‌هاي معقول بازده بهتري دارند. Tomasi (1994، فصل 10) مبحث فشرده‌اي راجع به انتشار امواج و آنتن‌ها دارد.

شكل تنها به عنوان يك مرجع بخش‌هاي مناسب براي انتقال طيف الكترومغناطيسي را نشان مي‌دهد. اين شكل طول موج در فضاي آزاد، اختصاص باندهاي فركانسي، و محيط انتشار معمولي و وجوه انتشاري را در بردارد. همچنين كابردهاي نوعي مجاز تشخيص داده شده توسط كمسيون مخابرات فدرال ايالات متحده نيز نشان داده شده است.

مدولاسيون براي غلبه بر محدوديت‌هاي سخت‌افزاري طراحي سيستم مخابراتي ممكن است با قيودي راجع به هزينه و در دسترس بودن امكانات سخت‌افزاري همراه باشد؛ سخت‌افزارهايي كه عملكردشان غالباً به فركانس مورد استفاده بستگي دارد. مدولاسيون به طراح اين امكان را مي‌دهد كه سيگنال را در گستره‌اي قرار دهد كه در آن محدوديت‌ سخت‌افزاري وجود ندارد. يك نكته در اين ارتباط مسئله پهناي باند كسري است، كه به صورت پهناي باند مطلق تقسيم بر فركانس مركزي تعريف مي‌شود. هزينه‌ها و پيچيدگي‌هاي سخت‌افزاري در صورت قرار داشتن پهناي باند كسري در محدوده 1 تا 10 درصد مي‌نيمم مي‌شود.ملاحظات پهناي باند كسري از آنجا ناشي مي‌شوند كه واحد مدولاسيون هم در گيرنده‌ها وجود دارد و هم در فرستنده‌ها.

پس مي‌توان نتيجه گرفت كه سيگنال‌هاي با پهناي باند زياد بايد روي حامل‌هاي فركانس بالا مدوله شوند. چون آهنگ اطلاعات طبق قانون هارتلي- شنون با پهناي باند متناسب است، نتيجه مي‌گيريم كه براي ارسال اطلاعات با آهنگ بالا به يك حامل فركانس بالا نياز داريم. براي مثال يك سيستم ميكروويو GHz5 مي‌تواند در يك فاصله زماني معين، 10000 برابر يك كانال راديويي kHz500 اطلاعات منتقل كند. اگر در طيف الكترومغناطيسي بالاتر برويم، مثلاً مي‌توانيم به يك پرتو نور ليزري با امكان پهناي باندي معادل 10 ميليون كانال تلويزيوني دست يابيم.

مدولاسيون براي كاهش نويز و تداخل يك روش سر راست براي مبارزه با نويز و تداخل افزايش توان سيگنال، براي غلبه بر آلودگي‌هاي نويزي و تداخلي است. ولي افزايش توان هزينه دارد و ممن است به وسايل آسيب برساند. (يكي از كابل‌هاي بين قاره‌اي در اثر افزايش ولتاژي كه براي دستيابي به سيگنال دريافتيِ قابل استفاده صورت گرفته بود از بين رفت.) خوشبختانه FM و بعضي روش‌هاي مدولاسيون ديگر ويژگي‌هاي با ارزشي از لحاظ حذف نويز و تداخل دارند.

اين خاصيت كاهش نويز پهن باند نام دارد، زيرا پهناي باند لازم براي انتقال بسيار بزرگتر از پهناي باند سيگنال مدوله كننده است. مدولاسيون پهن باند به طراح اين امكان را مي‌دهد كه كاهش توان سيگنال را با افزايش پهناي باند جبران كند، اين بده بستان در قانون هارتلي- شنون نيز ديده مي‌شود. توجه كنيد كه براي دستيابي به مدولاسيون پهن باند به حاملي با فركانس بالاتر نياز داريم.

شکل 1-4- طیف الکترومغناطیس

مدولاسيون براي اختصاص فركانسي وقتي راديو يا تلويزيون را روشن مي‌كنيد و ايستگاه خاصي را مي‌گيريد، داريد از ميان سيگنال‌هاي متعددي كه دريافت مي‌شوند يكي از برمي‌گزينيد. چون هر ايستگاه فركانس حامل اختصاصي خود را دارد، سيگنال مطلوب را مي‌توان با فيلتر كردن جدا كرد. اگر مدولاسيون نبود در هر ناحيه‌اي تنها يك ايستگاه مي‌توانست برنامه پخش كند، و پخش همزمان توسط ايستگاهي ديگر باعث تداخلي نوميد كننده مي‌شد.

 مدولاسيون براي مالتي پلكس كردن مالتي پلكس فرايند تركيب چند سيگنال براي ارسال همزمان روي يك كانال است. در مالتي پلكس فركانسي (FDM) از مدولاسيون CW براي گذاشتن هر سيگنال در يك فركانس حامل متفاوت استفاده مي‌شود. در مقصد براي جدا كردن سيگنال‌ها از فيلتر استفاده مي‌شود. در مالتي پلكس زماني (TDM) از مدولاسيون پالسي براي قراردادن نمونه‌هاي سيگنال‌هاي مختلف در شكاف‌هاي زماني ناهم‌پوشان استفاده مي‌شود. مثلاً در شكل ج مي‌توان در شكاف بين پالس‌ها نمونه‌هاي سيگنال هاي ديگر را گذاشت. در مقصد براي جدا كردن نمونه‌هاي هر سيگنال از يك مدار سوييچينگ استفاده مي شود. از كاربردهاي مالتي پلكس مي‌توان پخش استريوي راديويي، تلويزيوني كابلي، و تلفن راه دور را برشمرد.

دستيابي چندگانه (MA) گونه‌اي از مالتي پلكس است. درمالتي پلكس به هر سيگنال بخش ثابتي از امكانات مخابراتي محلي اختصاص داده مي‌شود (مثلاً بخشي از طيف فركانسي)، ولي در MA از اشتراك دور منابع استفاده مي‌شود. مثلاً در دستيابي چندگانه تقسيم كد (CDMA) به هر كاربر تلفن همراه يك كد يكتا اختصاص داده مي‌شود، و ارتباط خصوصي با همبستگي بين كدهاي شخص فرستنده و شخص گيرنده برقرار مي‌شود. چون در CDMA كاربران مختلف مي‌توانند از يك باند فركانسي به طور همزمان استفاده كنند، راه ديگري براي افزايش بهره‌وري مخابراتي فراهم مي‌شود.

1-7-روش‌ها و مزاياي كدگذاري

مدولاسيون را به عنوان يك عمل پردازش سيگنال براي افزايش بازده مخابراتي توصيف كرديم. كدگذاري يك عمل پردازش نماد براي بهبود مخابره در هنگام ديجيتال بودن پيام يا هنگامي كه مي‌توان پيام را به شكل نمادهاي مجزا تقريب زد، مي‌باشد. ممكن است هم كدگذاري و هم مدولاسيون براي مخابره قابل اعتماد ديجيتال به نقاط دور دست لازم باشد.

عمل كدگذاري پيام ديجيتال را به رشته جديدي از نمادها تبديل مي‌كند. كدگشايي رشته كد شده را به شكل اصلي پيام برمي‌گرداند؛ البته ممكن است اين كار به خاطر آلايش توسط كانال انتقال با خطا همراه باشد. يك كامپيوتر يا يك منبع ديجيتال ديگر با M نماد در نظر بگيريد. ارسال پيام كدگذاري نشده از اين منبع مستلزم به كارگيري M شكل موج متفاوت، براي هر نمامد يكي، است. ولي مي‌توان هر نماد را با يك كد دو دويي متشكل از k رقم دودويي نشان داد. چون با k رقم دودويي مي‌توان ^k2 كد مختلف تشكيل داد، براي كد كردن M نماد منبع بايد هر كلمه از k رقم تشكيل شود كه . اگر منبع در هر ثانيه r نماد ايجاد كند، كد دودويي در هر ثانيه kr رقم خواهد داشت، و پهناي باند لازم k برابر پهناي باند سيگنال كد نشده مي‌شود.

كدگذاري دودويي منبع M نمادي در قبال افزايش پهناي باند دو مزيت دارد. اول كاهش پيچيدگي سخت‌افزاري، زيرا براي كار با سيگنال‌هاي دودويي متشكل از تنها دو شكل موج متفاوت سخت‌افزار ساده‌تري لازم است. دو اين كه نويز آلاينده اثر كمتري بر سيگنال دودويي، نسبت به سيگنالي با M شكل موج متفاوت دارد. بنابراين خطاي ناشي از نويز كاهش مي‌يابد. پس كدگذاري اساساً يك روش ديجيتال كاهش نويز پهن باند است.

كدگذاري كانال روشي است كه براي افزودن حشويات كنترل شده، براي عملكرد مطمئن‌تر كانال نويزي به كار مي‌رود. كدگذاري كنترل كننده خطا پا در زمينه كاهش نويز پهن باند فراتر مي‌گذارد. در اين روش با افزودن رقم‌هاي وارسي به هر كد دودويي امكان تشخيص، و حتي تصحيح خطاهاي غالب ممكن مي‌شود. كدگذاري كنترل كننده خطا هم پهناي باند را زياد مي كند و هم پيچيدگي سخت‌افزاري را، ولي اين امر با مخابره تقريباً عاري از خطا، حتي با نسبت سيگنال به نويز كم، جبران مي‌شود.

حال اجازه دهيد ديگر محدوديت بنيادي سيستم، يعني پهناي باند را بررسي كنيم. بسياري از سيستم‌هاي مخابراتي براي انتقال از شبكه تلفن استفاده مي‌كنند. چون پهناي باند اين سيستم انتقال توسط مشخصات قديمي چند دهه گذشته محدود شده است. براي افزايش آهنگ داده بايد پهناي باند سيگنال را كم كرد. مودم‌هاي سريع يكي از كاربردهايي است كه چنين كاهشي را مي‌طلبد. در روش‌هاي كدگذاري منبع از مشخصات آماري منبع سيگنال براي كدگذاري پر بازده استفاده مي‌شود. پس كدگذاري منبع را مي‌توان همزاد كدگذاري كانال در نظر گرفت، زيرا در آن براي دستيابي به بازده موردنظر از حشويات كاسته مي‌شود.

سرانجام از مزاياي كدگذاري ديجيتال مي‌توان براي مخابرات آنالوگ استفاده كرد، به اين منظور از يك روش تبديل آنالوگ به ديجيتال مثل مدولاسيون كد پالس (PCM) استفاده مي‌شود. سيگنال PCM با نمونه‌برداري از پيام آنالوگ، ديجيتالي كردن (كوانتش) مقادير نمونه‌ها، و كدگذاري رشته نمونه‌ها ا يجاد مي‌شود. به خاطر قابليت اعتماد، تنوع، و بازده انتقال ديجيتال، PCM در مخابرات آنالوگ اهميت بسزايي يافته است. به علاوه PCM با تركيب با ميكروپروسسورها سريع امكان جايگزيني پردازش سيگنال‌هاي ديجيتال به جاي عمليات آنالوگ را فراهم مي‌كند.