סוג הבחינה: גמר לבתי ספר לטכנאים ולהנדסאים מדינת ישראל מועד הבחינה: אביב תשס"ט, 2009 משרד החינוך סמל השאלון: נספחים: א. נוסחאון במערכות תקשורת

תמליל

1 סוג הבחינה: גמר לבתי ספר לטכנאים ולהנדסאים מדינת ישראל מועד הבחינה: אביב תשס"ט, 2009 משרד החינוך סמל השאלון: נספחים: א. נוסחאון במערכות תקשורת ב' ההנחיות בשאלון זה מנוסחות בלשון זכר, אך מכוונות לנבחנות ולנבחנים כאחד. לכיתה י"ד ב. נוסחאון בתקשורת מחשבים לכיתה י"ד מערכות תקשורת ובקרה ה' למתמחים במערכות אלקטרוניות במגמת הנדסת אלקטרוניקה ומחשבים )כיתה י"ד( א. משך הבחינה: ארבע שעות. הוראות לנבחן ב. מבנה השאלון ומפתח הערכה: בשאלון זה שני פרקים, ובהם שמונה שאלות. יש להשיב על ארבע שאלות בלבד, שאלה אחת לפחות מכל פרק. לכל שאלה 25 נקודות. סך הכול 100 נקודות. ג. חומר עזר מותר לשימוש: מחשבון. הוראות מיוחדות: ד. ענה על מספר השאלות הנדרש בשאלון. המעריך יקרא ויעריך את מספר השאלות הנדרש בלבד, לפי סדר כתיבתן במחברתך, ולא יתייחס לתשובות נוספות..1 התחל כל תשובה לשאלה חדשה בעמוד חדש. 2. רשום את כל תשובותיך אך ורק בעט. 3. הקפד לנסח את תשובותיך כהלכה ולסרטט את תרשימיך בבהירות. 4. כתוב את תשובותיך בכתב יד ברור, כדי לאפשר הערכה נאותה של תשובותיך. 5. אם לדעתך חסרים נתונים הדרושים לפתרון שאלה, אתה רשאי להוסיף אותם, בתנאי שתנמק מדוע הוספת אותם..6 בכתיבת פתרונות חישוביים, קבלת מ רב הנקודות מותנית בהשלמת כל המהלכים 7. שלהלן, בסדר שבו הם רשומים: רישום הנוסחה המתאימה. * הצבה של כל הערכים ביחידות המתאימות. * חישוב )אפשר באמצעות מחשבון(. * רישום התוצאה המתקבלת, יחד עם יחידות המידה המתאימות. * ליווי הפתרון החישובי בהסבר קצר. * בשאלון זה 5 עמודים ו 10 עמודי נספחים. בהצלחה!

2 מערכות תקשורת ובקרה ה', אביב תשס"ט, סמל השאלות ענה על ארבע מבין השאלות 1 8. עליך לענות על שאלה אחת לפחות מכל פרק. פרק ראשון: מערכות תקשורת ב' ענה על שאלה אחת לפחות מבין השאלות 1 4 )לכל שאלה 25 נקודות(. שאלה 1 הסבר את ייעודו של תהליך סינוף התעבורה (TRUNKING) ברשת תקשורת תאית. א. הסבר את המושג דרגת השירות )GOS( ברשת תקשורת תאית. ב. להלן נתוניה של רשת תקשורת תאית: ג. כמות התעבורה הכוללת בתא בשעה אחת היא 10 6 Erlang 6. מספר המנויים בתא הוא. 10,000 מספר השיחות שמנוי יוזם בשעה אחת הוא. 15 חשב את הזמן הממוצע של שיחה ברשת הזו. שאלה 2 א. כדי לשדר את מחרוזת המידע (1 0), 1, 1, בשיטת, CDMA משתמשים בווקטור הקידוד (1 1 ),. רשום את המחרוזת המשודרת לאחר הקידוד. פרט את שלבי הקידוד. ב. מחרוזת המידע 1), 1 1,, 1 1, 1,, 1, (1 נקלטת בשיטת. CDMA פענח את המידע, כאשר וקטור הקידוד הוא (1 1 ),. פרט את שלבי הפיענוח. שאלה 3 א. ציין שלושה יתרונות של מערכת תקשורת לוויינית לעומת מערכת תקשורת המשדרת באמצעות סיבים אופטיים או כבלי נחושת. ב. סרטט תרשים מלבנים עקרוני, המתאר את המבנה של מערכת התקשורת בלוויין. ג. ציין שלושה שיקולים מרכזיים לגבי המיקום של לוויין במסלול גיאוסטציונרי סביב כדור הארץ. המשך בעמוד 3

3 מערכות תקשורת ובקרה ה', אביב תשס"ט, סמל שאלה 4 א. באיור לשאלה 4 מתוארת ההתקדמות של מספר קרני אור לאורך החתך של סיב אופטי, ונתונה התפלגות מקדם השבירה שלו לרוחב החתך. 125 μm מעטה מעטה התקדמות קרני אור לאורך חתך הסיב התפלגות מקדם השבירה לרוחב חתך הסיב ליבה n 1 n 2 n 50 μm איור לשאלה 4 1. מהו סוג הסיב האופטי המתואר באיור? נמק את תשובתך. 2. הסבר מהי זווית הקליטה ) a θ 2) של סיב אופטי, וחשב את זווית הקליטה של הסיב המתואר באיור. 3. קרן אור נכנסת מהאוויר לליבת הסיב הנתון. זווית הפגיעה היא 25º לאנך למשטח הליבה. האם תוכל הקרן להתקדם לאורך כל הסיב? נמק את תשובתך. ב. סרטט תרשים המתאר את מהלכה של קרן אור בסיב בעל מקדם שבירה הדרגתי. קרן האור פוגעת בזווית α לאנך למשטח הליבה של הסיב ) a (α < θ. המשך בעמוד 4

4 מערכות תקשורת ובקרה ה', אביב תשס"ט, סמל פרק שני: תקשורת מחשבים ענה על שאלה אחת לפחות מבין השאלות 5 8 )לכל שאלה 25 נקודות(. שאלה 5 א. הסבר את עקרון הפעולה של רשת תקשורת מקומית הפועלת בשיטת. CSMA/CD ב. ערוך השוואה בין רשת תקשורת הפועלת בשיטת CSMA/CD ובין רשת תקשורת הפועלת בשיטת האסימון. בהשוואתך, התייחס להיבטים הבאים: שיטת הגישה, טופולוגיית הרשת, ותפקוד הרשת בעומס. ג. הסבר את תפקידו של התקן הרשת "גשר" (Bridge) ברשתות תקשורת מקומיות. לווה את הסברך בתרשים של רשת תקשורת העושה שימוש ברכיב זה. שאלה 6 א. בטבלה שלהלן מתואר מבנה שבע השכבות במודל. OSI מספר השכבה שם השכבה יישום (Application) הצגה (Presentation) שיחה (Session) תובלה (Transport) רשת (Network) עורק Link) (Data פיזית (Physical) ציין עבור כל אחת מהשכבות במודל OSI את אמצעי היישום שלה בפרוטוקול. TCP/IP 2. רוב רשתות המחשבים מבצעות בדיקה לגילוי שגיאות שידור באמצעות שיטת. CRC ציין באיזו שכבה במודל OSI מתבצעת בדיקה זו. נמק את תשובתך. ב. הסבר כיצד תחנות שידור קליטה, המזהות שגיאות שידור תוך שימוש בשיטת, CRC מתקנות את השגיאה. המשך בעמוד 5

5 מערכות תקשורת ובקרה ה', אביב תשס"ט, סמל שאלה 7 מעוניינים להעביר אות ספרתי דרך ערוץ תקשורת בעל עכבה אופיינית של. 50 Ω עוצמת האות היא, 5 mv ויחס האות לרעש שלו הוא. 30 db א. חשב את עוצמת הרעש )ביחידות.)dBm ב. מהו רוחב הפס הנחוץ לערוץ התקשורת, על פי משפט שאנון, אם קצב העברת הנתונים? 100 kb sec בערוץ צריך להיות שאלה 8 עליך לתכנן כבל שיחבר בין מחשב, הכולל מחבר DB-9 ועובד בתקן RS-232, ובין מיקרו בקר, הכולל UART ותומך בפרוטוקול RS-232. סרטט את המבנה של כבל, הכולל את מספר החוטים המזערי הנדרש כדי לאפשר 1. א. תקשורת דו כיוונית בין המחשב למיקרו בקר. 2. ציין את מספרי ההדקים בקצה הכבל המחובר למחשב. ב. ציין את שמו והסבר את תפקידו של כל אחד מן החוטים המחברים בין המחשב למיקרו בקר בכבל שתכננת. בהצלחה! זכות היוצרים שמורה למדינת ישראל. אין להעתיק או לפרסם אלא ברשות משרד החינוך.

6 גמר לבתי ספר לטכנאים ולהנדסאים סוג הבחינה: מדינת ישראל אביב תשס"ט, 2009 מועד הבחינה: משרד החינוך נספח לשאלון: אין להעביר את הנוסחאון לנבחן אחר מקום למדבקת נבחן נוסחאון במערכות תקשורת ב' לכיתה י"ד )7 עמודים( תקשורת בסיב אופטי חוק סנל: המשך בעמוד 2 [ ] 1 θ זווית הפגיעה [ ] 2 θ זווית השבירה v מהירות האור בחומר 1 v מהירות האור בחומר 2 c מהירות האור בריק )באוויר( n 1 מקדם השבירה של חומר 1 n 2 מקדם השבירה של חומר 2 [ ] c θ הזווית הקריטית [ ] 1c θ זווית ההתפשטות הקריטית [ ] a 2 θ זווית הקליטה N.A. מפתח נומרי Numerical Aperture 1 2 m sec m sec m sec עקרון הפעולה של סיב אופטי: מקדם השבירה של n 1 ליבת הסיב מקדם השבירה של n 2 מעטה הסיב sin θ1 v1 n = = 2 sin θ2 v2 n1 v c = n n θ c = sin 1 2 n 1 cosθ 1c = n n2 N.A. = sinθa = n1 sin θ1c 1 N.A. = n1 2 n2 2

7 נוסחאון במערכות תקשורת ב', אביב תשס"ט, נספח לשאלון נפיצה בין אופנית: ההפרש היחסי בין מקדמי השבירה מקדם השבירה של n 1 ליבת הסיב מקדם השבירה של n 2 )בסיב מעשי( מעטה הסיב n n = 1 2 n1 = ( NA..) 2 2n1 2 הנפיצה הבין אופנית t [sec] אורך הסיב L [m] זווית ההתפשטות הקריטית 1c θ [ ] מהירות האור בריק m c sec )באוויר( n1 L ( 1 cos θ1c ) n L n t = = 1 ( 1 2) c c n1 n L = 1 c t הנפיצה הבין אופנית L ליחידת אורך V התדר המנורמל sec m 2 t n NA = 1 (..) = L c 2n1 c [µm] a רדיוס ליבת הסיב [µm] λ אורך הגל של האור 2 π a V = n 1 λ 2 מספר האופנים בסיב M n מדרגה רב אופני מספר האופנים בסיב *M n פרבולי רב אופני M V 2 n = 2 2 V M * n = 4 המשך בעמוד 3

8 נוסחאון במערכות תקשורת ב', אביב תשס"ט, נספח לשאלון ניחות הסיב האופטי: ניחות הסיב Att [db] הספק במוצא הסיב P out [W] הספק במבוא הסיב P in [W] מקדם ניחות הסיב db β km אורך הסיב L [km] Pout Att = 10 log Pin Att = β L הפסדי הספק בסיב אופטי:. 1 הפסדים הנובעים מחוסר התאמה בין שטח הפנים של מקור האור לבין שטח הפנים של הסיב האופטי: שטח הפנים של ליבת A f ] 2 [(µm) הסיב האופטי שטח הפנים של A s ] 2 [(µm) מקור האור A d LOSSAREA = 10 log f = 20 log f As ds הקוטר של ליבת הסיב d f [µm] האופטי הקוטר של מקור אור d s [µm] מעגלי. 2 הפסדים הנובעים מחוסר התאמה בין המפתחים הנומריים של שני סיבים אופטיים: (N.A) 1 המפתח הנומרי של הסיב שממנו יוצא האור (N.A) 2 המפתח הנומרי של הסיב שאליו נכנס האור NA LOSSNA.. = 20 log (..) 1 ( NA..) 2 המשך בעמוד 4

9 נוסחאון במערכות תקשורת ב', אביב תשס"ט, נספח לשאלון הפסד ההספק הכולל בסיב אופטי: LOSSTOTAL = Lsf + Att + n Lconn + Lfd הפסדים הנובעים מהצימוד L sf [db] בין מקור האור לסיב הפסדים הנובעים מהנפיצה Att [db] בסיב n מספר המחברים בסיב הפסדים הנובעים L conn [db] מהמחברים בסיב הפסדים הנובעים L fd [db] מהצימוד בין הסיב לגלאי ההספק המתקבל במוצא של סיב אופטי: [dbm] או [db] P L הספק מקור האור ההספק במוצא הסיב R R [dbm] או [db] האופטי שולי ההספק: הפסד ההספק הכולל LOSS TOTAL [dbm] או [db] בסיב האופטי PR = PL LOSSTOTAL [db] L m שולי ההספק Lm = PR Pd [db] P d רגישות הגלאי המרת היחידות של הספק: PdBm [ ]= 10 log PmW [ ] המשך בעמוד 5 [ ]= [ ]= [ ]+ [ ] PdB 10 log P W P dbm 30dB

10 נוסחאון במערכות תקשורת ב', אביב תשס"ט, נספח לשאלון תקשורת תאית שימוש חוזר בתדרים ברשת תאית: K מספר ערוצי התדר בתא N מספר התאים באשכול S = K N P = M S = M R N S מספר הערוצים במערכת P מספר ערוצי התדר ברשת מספר אשכולות התאים M ברשת 1 N מקדם השימוש החוזר של המערכת. דרגת השירות: מספר השיחות שמנוי יזם l בשעה אחת [sec] H אורך שיחה ממוצעת U מספר המנויים בתא כמות התעבורה Au [sec] [Erlang], )זמן השיחות הכולל( שמנוי יצר בשעה אחת כמות התעבורה הכוללת A [sec] [Erlang], בתא בשעה אחת GOS דרגת השירות (Grade of Service) Au λ H λ H Au = 3600 = [ sec] A = U Au GOS = [ Erlang ] C A C! C k A K! k= 0 C מספר הערוצים בתא המשך בעמוד 6

11 נוסחאון במערכות תקשורת ב', אביב תשס"ט, נספח לשאלון : TDMA [Hz] BW T תחום תדרים כולל [Hz] BW רוחב פס ערוץ X מספר ערוצים BW T = BW X S = X (N C) מספר חריצי זמן בערוץ N )מסגרת( C מספר ערוצי בקרה במסגרת מספר מנויים שניתן לשרת S בו זמנית שיטת CDMA מאפשרת לכל יחידות הקצה שבתא להשתמש בכל טווח התדרים במשך כל הזמן. כל יחידת קצה מזוהה על ידי קוד אישי. המידע המשודר מקודד בשיטה המבוססת על מכפלה סקלרית של וקטורים. a = (a 1, a 2,..., a k ) ; b = (b 1, b 2,..., b k ) רקע מתמטי פעולות בווקטורים נתונים הווקטורים a ו b : : CDMA הווקטור c הוא מכפלה סקלרית של הווקטורים a ו b : c = a b = a 1 b 1 + a 2 b a k b k * אם המכפלה של a ו b נותנת את התוצאה אפס, אזי הווקטורים a ו b אורטוגונלים. פעולות בסיסיות בווקטורים: a (b + c) = a b + a c a kb = k (a b) הוא סקלר) k) a = a a מספר ממשי) a ) המשך בעמוד 7

12 נוסחאון במערכות תקשורת ב', אביב תשס"ט, נספח לשאלון אם הווקטורים a ו b אורתוגונליים, אז מתקיים: a 2 a (a + b) = a ( a + b) = a 2 b (a + b) = b 2 b (a b) = b 2 קידוד CDMA data data = d 1 d 2... d k מחרוזת מידע ספרתי ) k d = (d 1, d 2,..., d )סיביות( data וקטור המייצג את d t = d' V וקטור d לאחר הצבת ( 1) d' במקום איברים בעלי הערך אפס V וקטור הקידוד t וקטור מידע משודר מחרוזת הסיביות המייצגת t s את t )האות המשודר( פיענוח CDMA data' מחרוזת הסיביות הנקלטת d = r V data' וקטור המייצג את r וקטור הקידוד V )ידוע ליחידה הקולטת( d וקטור המידע המפוענח וקטור מנורמל המייצג "d את d מחרוזת סיביות המייצגת data את "d הערה: "d מתקבל על ידי המרת מספרים חיוביים ל ' 1 ' ומספרים שליליים ל ' 0 '. בהצלחה!

13 גמר לבתי ספר לטכנאים ולהנדסאים סוג הבחינה: מדינת ישראל אביב תשס"ט, 2009 מועד הבחינה: משרד החינוך נספח לשאלונים: , אין להעביר את הנוסחאון לנבחן אחר מקום למדבקת נבחן נוסחאון בתקשורת מחשבים לכיתה י"ד )3 עמודים( יחס אות לרעש [db] S.N.R יחס אות לרעש [W] P s הספק נושא המידע )Signal( Ps SNR.. = 10 log10 Pn )Noise( הספק הרעש P n [W] משפט שאנון הקצב המרבי להעברת C [bps] נתונים בקו תקשורת [Hz] W רוחב הפס של הקו Ps C= W log Pn משפט נייקוויסט [baud] D קצב העברת האות הספרתי הקצב להעברת נתונים בקו R [bps] תקשורת מספר הרמות M )בריבוי רמות( N מספר הסיביות המוצפנות D 2W R = D log 2 M M = 2 N המשך בעמוד 2

14 נוסחאון בתקשורת מחשבים לכיתה י"ד נספח לשאלונים , , אביב תשס"ט מיפוי הדקים בתקן RS Pin Signal Pin Signal 1 Data Carrier Detect 6 Data Set Ready 2 Received Data 7 Request to Send 3 Transmitted Data 8 Clear to Send 4 Data Terminal Ready 9 Ring Indicator 5 Signal Ground מבנה התשדורת ב USB SYNC PID PS CRC EOP SYNC = Synchronize PID = Packet Identification PS = Packet Specific CRC = Cyclic Redundancy Check EOP = End of Packet המשך בעמוד 3

15 נוסחאון בתקשורת מחשבים לכיתה י"ד נספח לשאלונים , , אביב תשס"ט Group Token Data Handshake Special PID Value סוגי התשדורת ב USB Packet Identifier OUT Token IN Token SOF Token SETUP Token DATA0 DATA1 ACK Handshake NAK Handshake STALL Handshake Preamble מבנה התשדורת ב SDLC/HDLC FLAG ADDRESS CONTROL DATA CRC FLAG שלוש התצורות של השדה CONTROL bits N (S) P / F N (R) א. Information Transfer Frame bits S S P / F N (R) ב. Supervisory Frame bits M M P / F M M M ג. Management Frame (S) N מספר סידורי של המסגרת המשודרת (R) N מספר סידורי של המסגרת שצריכה להיקלט P/F poll / final bit M פקודה/תגובה של ניהול התקשורת S פקודה/תגובה של מחשב הבקרה בהצלחה!