Podstawy telekomunikacji. Kolokwium nr 2. Zagadnienia.

Transkrypt

1 Podstawy telekomunikacji. Kolokwium nr 2. Zagadnienia. TDM (Time Division Multiplexing) dzielenie przesyłanych sygnałów na części, którym później przypisuje się czasy transmisji (tzw. szczeliny czasowe). Odpowiednie do sygnałów cyfrowych, na ogół do 16 linii wejściowych. Technika stosowana w sieciach rozległych. FDM (Frequency Division Multiplexing) zwiększa przepustowość systemu transmisyjnego, kanały sąsiadują ze sobą. Sygnały przetwarzane są na zmiany częstotliwości wokół pewnej środkowej częstotliwości nośnej (charakterystycznej dla danego sygnału). Zaiększa liczbę kanałów, zmniejsza ograniczenia spowodowane tłumiennością i dyspersją. Modulacja za pomocą FSK. Porównanie TDM i FDM transmisja n kanałów o przepływności B każdy daje w przypadku TDM kanał o przepływności nb i paśmie nb/2 (zgodnie z tw. Nyquista) oraz w FDM n kanałów o pasmie B ale z możliwością przesyłu na nośnych ortogonalnych z pasmem całkowitym nb/2. CDM (Code Division Multiplexing) zwielokrotnianie kodowe, dane poszczególnych kanałów są rozpraszane przez inne ciągi pseudolosowe. W odbiorniku wykorzystuje się unikalność ciągu pseudolosowego każdego z kanałów. Rzadko stosowana w transmisji przewodowej ze względu na zbyt wysoką dyspersję (tory metalowe) oraz trudność rozposzenia (w światłowodach). TDMA (Time Divison Multiple Access) wielodostęp z podziałem czasowym. Transmisja danych nie jest ciągła, użytkownikowi na potrzeby transmisji przydzielana jest pewna liczba szczelin czasowych. Zalety to dynamiczny przydział zasobów, możliwość przechodzenia odbiornika w stan uśpienia, łatwość przeprowadzenia przełączenia stacji ruchomej (w sieciach komórkowych) między stacjami bazowymi. FDMA Całkowite pasmo podzielone zostaje na przedziały częstotliwości tzw. kanały o określonej szerokości, które mogą być używane w indywidualnej transmisji między dwoma dowolnymi użytkownikami. Nadajniki i odbiorniki muszą być wyposażone w wysokiej jakości strome filtry kanałowe. Transmisja prowadzaona jest cały czas w tym samym paśmie częstotliwości (najprostsza metoda wielodostępu), aczkolwiek stabilność częstotliwości nośnej jest bardzo słaba. Kanały są wąskopasmowe i występują okresy ochronne pomiędzy wydzielonymi kanałami (spadek współczynnika wykorzystania pasma). Występuje głównie w GSM oraz w systemach nawigacji tj.glonass. CDMA metoda dostępu do medium transmisyjnego polegająca na przypisaniu poszczególnym użytkownikom korzystającym z tego samego kanału do przesyłania danych, sekwencji rozpraszających, dzięki którym odbiornik jednoznacznie zidentyfikuje przeznaczoną dla niego transmisję. Ma charakterystykę podobną do sygnałów szumowych. CDMA jest przydatna w telefonii komórkowej i wykorzystywana w rywalizujących ze sobą standardach 3G: CDMA2000 i UMTS (interfejs WCDMA). OFDMA podział częstotliwości i dostęp przez wielu użytkowników jest osiągany przez przypisanie różnym użytkownikom różnych podkanałó. Wspiera różnicowanie Quality of Service przez umożliwienie przypisania różnej ilości podkanałów różnym użytkownikom (jak w nowoczesnych sieciach CDMA). PCM najpopularniejsza metoda reprezentacji sygnału analowego w systemach cyfrowych. Metoda polega na probkowaniu w określonych odstępach czasu, a wartość chwilowa sygnału jest przedstawiona za pomocą słowa kodowego, którego wartości odpowiadają wybranym przedziałom kwantyzacji sygnału wejściowego. Liczba poziomów kwantywacji jest zazwyczaj potęgą liczby 2 (do zapisu próbek używamy słów binarnych). Dźwięk w formacie PCM jest najczęściej zapisywany z częstotliwością Hz. DPCM metoda kompresji stratnej. Różnica między DPCM a PCM polega na tym, że nadajnik DPCM próbkuje otrzymany sygnał a następnie koduje jedynie różnicę pomiędzy próbką rzeczywistą a przewidywaną. Odbiornik natomiast odtwarza oryginalny sygnał na podstawie przewidzianej przez siebie wartości otrzymanej z różnicy. Efektywność zależy od algorytmu predykcji (przewidywania). DPCM pozwala zakodować sygnał na mniejszej liczbie bitów niż PCM, ale dekodowanie każdej próbki wymaga znajomości całej historii.

2 Kwantyzacja sygnału kwantowanie amplitudowe, tj. proces transformacji amplitudy próbki sygnału informacyjnego m(t) w chwili t=nt, na amplitudę dyskretną można uzyskać przy użyciu kwantyzatora albo o charakterystyce równomiernej, bądź nierównomiernej. Przy kwantowaniu równimiernym, poziomy reprezentacji są równoodległe, w przeciwnym wypadku mamy do czynienia z kwantowaniem nierównomiernym. Kodowanie różnicwe, tj. delta informacja jest zakodowana poprzez przejścia sygnału. W przypadku binarnego sygnału PCM przejście reprezentowane jest przez symbol 0, a brak przejścia przez symbol 1. Jest oczywiste, iż sygnał zakodowany różnicowo może zostać odwrócony bez zmiany jego znaczenia. Oryginalna informacja binarna odtwarzana jest przez porówywanie polaryzacji sąsiednich symboli celem ustalenia, czy przejście ma miejsce, czy też nie. Sygnał trójstanowy sygnał, który oprócz dwóch stanów logicznyh (0 i 1 logiczne), może przyjmować stan logicznie nieokreślony, który nazywany jest stanem wysokiej impedancji i oznaczany jako (Z). Preemfaza zabieg polegający na zwiększeniu składowych dużych częstotliwości fonicznego sygnału analogowego kodowanego. Stosowana jest przed koderem PCM (wraz z deemfazą za koderem). Deemfaza zabieg odwrotny do preemfazy, polegający na zmniejszeniu składowych dużych częstotliwości, celem zmniejszenia składowych szumu kwantyzacji o częstotliwościach lężących w zakresie fonicznego sygnału analogowego. Szumy odbiorników DSB-SB analiza szumowa DSB-SC z detekcją koherentną należy do najprostszych. Zastosowanie modelu wymaga pomnożenia filtrowanego sygnału x(t) przez lokalnie generowaną falę sinusoidalną cos(2πfct) i następnie dolnoprzepustowej filtracji iloczynu. (SNR) C,DSB = C2 A 2 cp = (SNR) O,DSB

3 Szumy odbiorników SSB identyczny wyjściowy stosunek sygnału do szumu jak odbiornik DSB-SB, o ile w obu będzie stosowana detekcja koherentna. Co więcej, w obydwu przypadkach właściwości szumowe są identyczne. (SNR) C,SSB = C2 A 2 cp 4WN 0 = (SNR) O,SSB Szumy odbiorników AM podobnie jak w przypadku DSB-SC, średnia moc szumu w paśmie informacyjnym równa się WN0, więc stosunek sygnału do szumu w kanale AM: (SNR) C,AM = A2 c(1 + k 2 ap ) Natomiast wyjściowy stosunek sygnału do szumu wynosi w przybliżeniu: (SNR) O,AM A2 ck 2 ap W konsekwencji współczynnik poprawy stosunku sygnał-szum dla modulacji amplitudowej: (SNR) O (SNR) k2 ap C AM 1+kaP 2 Szumy odbiorników FM w przeciwieństwie do modulacji amplitudy, modulacji częstotliwości stanowi efektywny mechanizm dla wymiany powiększonego pasma transmisji na polepszenie właściwości szumowych systemu. Gdy określimy β=0.5 jako granicę przejścia od wąskopasmowej FM do szerokopasmowej FM, uzyskamy polepszenie właściwości szumowych modulacji częstotliwości w porównaniu do modulacji amplitudy (wtedy przyjmujemy polepszenie AM jako 1/3). Sieci zintegrowane przypisywanie elastycznych przepustowości bitowych w usługach telekomunikacyjnych (np. ISDN) Sieci kablowe (DSL) łączenie analogowej telefonii z cyfrowym przepływem danych:

4 Konstruowanie sieci telefonicznych dostępne pasmo częstotliwości dzielimy na kanały. Nie da się zrobić systemu, w którym każdy kanał byłby niezależny gdzieś w systemie częstotliwości muszę się pokryć. Aby zminimalizować te zakłócenia, należy wyznaczyć odległość koordynacyjną. D K D S + zakl. Anteny kierunkowe i sektoryzacja Wzajemne zakłocanie częstotliwości Model odbioru sygnału telekomunikacyjnego Jeśli f O 1 f H = f H f O2 to otrzymujemy częstotliwości lustrzane, które powodują zakłocenia. Dodatkowo, trzeba wziąć pod uwagę fakt, że wzmacniacze mają charakterystykę nieliniową, która powoduje intermodulację sygnału. Projektując siatkę rozmieszczenia nadajników, trzba uważać nie tylko na nadajniki o takiej samej częstotliwości, ale także na uniknięcie poniższego przypadku: f =2f 1 f 2 f =2f 2 f 1 Fale długie LF fale prowadzone, użyteczne, pozwalające na rozchodzenie się fali pozahoryzontalnej (fali jonosferycznej). Fale krótkie/średnie MF odbiór albo horyzontalny albo jonosferyczny Fale UKF brak odbicia w jonosferze, ale mogą pojawić się fale odbijajaće się gdzieś a atmosferze (efekt załamania fali).

5 Telekomunikacja satelitarna Satelita geostacjonarny satelita krążący po orbicie geostacjonarnej (na wysokości ~36 tys. km nad równikiem). Umieszczony tak satelita może stale utrzymywać łączność przy użyciu anteny kierunkowej bez konieczności nieustannej zmiany kierunku ustawienia anteny. Wadą tego rozwiązania jest niemożliwość objęcia zasięgiem terenów okołobiegunowych. HAPS umieszczenie cepelinów z nadajnikami na wysokości 20km. Do obsłużenia całej Wielkiej Brytanii wystarczyłyby tylko cztery stacje. Pomysł jeszcze nie został przez nikogo zrealizowany, choć wiele razy przedyskutowywany był na konferencjach. GPS pomiar czasu odpowiedzi odbiornika i obliczenie odległości. Dokładność zależy od wzajemnej odległości dwóch nadajników. Dla pozycjonowania 2D potrzebne są 3 nadajniki, dla 3D cztery.