Warstwa fizyczna Częstotliwość, widma, pasmo Pojemności kanałów komunikacyjnych Rodzaje danych i sygnałów Zagrożenia transmisji Rodzaje i

Podobne dokumenty
Sygnały, media, kodowanie

Sygnały, media, kodowanie

Podstawy transmisji sygnałów

Sieci komputerowe II. Uniwersytet Warszawski Podanie notatek

Systemy i Sieci Radiowe

Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

Media sieciowe. Omówimy tutaj podstawowe media sieciowe i sposoby ich łączenia z różnymi urządzeniami sieciowymi. Kabel koncentryczny

William Stallings Data and Computer Communications

Szybkość transmisji [bit/s] 10Base5 500 Manchester magistrala koncentryk 50 10M. Kodowanie Topologia 4B/5B, MLT-3 4B/5B, NRZI. gwiazda.

Z twierdzenia Nyquista wynika konieczność kodowania bitów za pomocą sygnałów w celu przesłania większej liczby bitów w jednostce czasu.

Politechnika Warszawska

BER = f(e b. /N o. Transmisja satelitarna. Wskaźniki jakości. Transmisja cyfrowa

Sieci Bezprzewodowe. Charakterystyka fal radiowych i optycznych WSHE PŁ wshe.lodz.pl.

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY KATEDRA TELEKOMUNIKACJI I APARATURY ELEKTRONICZNEJ. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych. Numer ćwiczenia: 11

Wykład II. Administrowanie szkolną siecią komputerową. dr Artur Bartoszewski

Przetwarzanie sygnałów w telekomunikacji

2. STRUKTURA RADIOFONICZNYCH SYGNAŁÓW CYFROWYCH

Rozkład materiału z przedmiotu: Przetwarzanie i obróbka sygnałów

Bezprzewodowe sieci komputerowe

Systemy i Sieci Radiowe

Transmisja w paśmie podstawowym

Warstwa fizyczna. Model OSI Model TCP/IP. Aplikacji. Aplikacji. Prezentacji. Sesji. Transportowa. Transportowa. Sieciowa. Sieciowa.

Dr Michał Tanaś(

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY KATEDRA TELEKOMUNIKACJI I APARATURY ELEKTRONICZNEJ. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych. Numer ćwiczenia: 5

Szerokopasmowy dostęp do Internetu Broadband Internet Access. dr inż. Stanisław Wszelak

Systemy i Sieci Radiowe

Dwa lub więcej komputerów połączonych ze sobą z określonymi zasadami komunikacji (protokołem komunikacyjnym).

Dźwięk podstawowe wiadomości technik informatyk

Ethernet. Ethernet odnosi się nie do jednej, lecz do wielu technologii sieci lokalnych LAN, z których wyróżnić należy cztery podstawowe kategorie:

MODULACJA. Definicje podstawowe, cel i przyczyny stosowania modulacji, rodzaje modulacji. dr inż. Janusz Dudczyk

ELEKTRONIKA W EKSPERYMENCIE FIZYCZNYM

PODSTAWY I ALGORYTMY PRZETWARZANIA SYGNAŁÓW PROGRAM WYKŁADÓW PROGRAM WYKŁADÓW PROGRAM WYKŁADÓW

Rodzaje łączy i ich właściwości (opracowano na podstawie wykładów z PP)

Demodulator FM. o~ ~ I I I I I~ V

Sieci Bezprzewodowe. Systemy modulacji z widmem rozproszonym. DSSS Direct Sequence. DSSS Direct Sequence. FHSS Frequency Hopping

Sieci komputerowe. Zajęcia 1 c.d. Warstwa fizyczna, Ethernet

Systemy plezjochroniczne (PDH) synchroniczne (SDH), Transmisja w sieci elektroenergetycznej (PLC Power Line Communication)

Telekomunikacyjne systemy dostępowe (przewodowe)

O sygnałach cyfrowych

Sygnał vs. szum. Bilans łącza satelitarnego. Bilans energetyczny łącza radiowego. Paweł Kułakowski. Zapewnienie wystarczającej wartości SNR :

Krótki wstęp do transmisji szeregowej

Parametry i technologia światłowodowego systemu CTV

Zjawiska w niej występujące, jeśli jest ona linią długą: Definicje współczynników odbicia na początku i końcu linii długiej.

1. Modulacja analogowa, 2. Modulacja cyfrowa

Przetworniki A/C. Ryszard J. Barczyński, Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

5. Procedura Projektowania Systemu 1

Bezprzewodowa transmisja danych. Paweł Melon

300 ( ( (5 300 (2,4 - (2, SSID:

Fizyczne podstawy działania telefonii komórkowej

FDM - transmisja z podziałem częstotliwości

Układy transmisji bezprzewodowej w technice scalonej, wybrane zagadnienia

Wykład 2 Transmisja danych i sieci komputerowe. Rodzaje nośników. Piotr Kolanek

Niezawodność i diagnostyka systemów cyfrowych projekt 2015

Rozdział 5. Przetwarzanie analogowo-cyfrowe (A C)

POLITECHNIKA POZNAŃSKA

PODSTAWY TELEKOMUNIKACJI Egzamin I (za każde polecenie - 6 punktów)

Politechnika Warszawska

Interfejs transmisji danych

MOBOT-RCR v2 miniaturowe moduły radiowe Bezprzewodowa transmisja UART

Sieci komputerowe. ABC sieci - podstawowe pojęcia. Ewa Burnecka / Janusz Szwabiński. ewa@ift.uni.wroc.pl / szwabin@ift.uni.wroc.pl

Cyfrowe przetwarzanie sygnałów Jacek Rezmer -1-

Topologie sieci WLAN. Sieci Bezprzewodowe. Sieć stacjonarna (infractructure) Sieć tymczasowa (ad-hoc) Access Point. Access Point

Dobór współczynnika modulacji częstotliwości

Światłowodowy kanał transmisyjny w paśmie podstawowym

ORGANIZACJA ZAJĘĆ WSTĘP DO SIECI

ZAKŁAD SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH I TELEKOMUNIKACYJNYCH Laboratorium Podstaw Telekomunikacji WPŁYW SZUMÓW NA TRANSMISJĘ CYFROWĄ

Sieci komputerowe. Wojciech Myszka Jakub Słowiński Katedra Mechaniki i Inżynierii Materiałowej 2014

Zagadnienia egzaminacyjne TELEKOMUNIKACJA studia rozpoczynające się po r.

Projektowanie układów scalonych do systemów komunikacji bezprzewodowej

Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

Krzysztof Włostowski pok. 467 tel

Systemy Bezprzewodowe. Paweł Kułakowski

CZĘŚĆ I Podstawy komunikacji bezprzewodowej

Zasady projektowania i montażu sieci lokalnych

ARCHITEKTURA GSM. Wykonali: Alan Zieliński, Maciej Żulewski, Alex Hoddle- Wojnarowski.

Technika audio część 1

Reprezentacje danych multimedialnych - dźwięk. 1. Podstawowe fakty 2. Próbkowanie 3. Kwantyzacja 4. Formaty plików

Łącza WAN. Piotr Steć. 28 listopada 2002 roku. Rodzaje Łącz Linie Telefoniczne DSL Modemy kablowe Łącza Satelitarne

Wykonywanie i konserwacja instalacji urządzeń elektronicznych E6

Podstawy Transmisji Przewodowej Wykład 1

AV-1500-MINI Model v1.1 AV-300-MINI AV-300-MINI-L

C. EFEKTY KSZTAŁCENIA I METODY SPRAWDZANIA EFEKTÓW KSZTAŁCENIA

Wykład 6. Ethernet c.d. Interfejsy bezprzewodowe

10 Międzynarodowa Organizacja Radia i Telewizji.

Internet szerokopasmowy technologie i obszary zastosowań

KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE

SYSTEMY TELEINFORMATYCZNE

INFOSYSTEMY ELEKTRONICZNE. RFID Radio Frequency IDentification Identyfikacja radiowa

VLAN 450 ( ( (5 450 (2.4 (2, SSID:

Sieci komputerowe. Dr inż. Robert Banasiak. Sieci Komputerowe 2011/2012 Studia niestacjonarne

Aparat telefoniczny POTS i łącze abonenckie

KAM-TECH sklep internetowy Utworzono : 07 listopad 2014

Lekcja 16. Temat: Linie zasilające

Zastosowania mikrokontrolerów w przemyśle

PODSTAWY TELEKOMUNIKACJI

Technologie cyfrowe semestr letni 2018/2019

Zagadnienia egzaminacyjne ELEKTRONIKA I TELEKOMUNIKACJA studia rozpoczynające się przed r.

Media transmisyjne w sieciach komputerowych

Optotelekomunikacja 1

Bezprzewodowy serwer obrazu Full HD 1080p, 300N Mb/s Part No.:

Transkrypt:

Sygnały,media, kodowanie Warstwa fizyczna Częstotliwość, widma, pasmo Pojemności kanałów komunikacyjnych Rodzaje danych i sygnałów Zagrożenia transmisji Rodzaje i charakterystyka mediów Techniki kodowania Techniki modulowania

Terminologia Nadajnik Odbiornik Medium przewodowe Np. skrętka, światłowód Bezprzewodowe Np. powietrze, woda, próżnia Łącze bezpośrednie Bez urządzeń pośredniczących Punkt punkt (point to point ) Linia bezpośrednia Tylko dwa urządzenia na linii Multi-point ( wielopunkt) Więcej niż dwa urządzenia na linii Simplex, half duplex, full duplex

Częstotliwość,widmo i pasmo Sygnały w dziedzinie czasu Ciągłe Ciągłość w zmianie poziomów sygnału Dyskretne Tylko określone poziomy sygnałów Okresowe S(t)=S(t+T) Sygnały powtarzalne w okresie czasu Sygnały nieokresowe Brak powtórzeń wzorca sygnału

Ciągłe i dyskretne sygnały

Fale (sygnały okresowe) Amplituda (A) Maksymalna wartość sygnału volts Częstotliwość (f) Szybkość zmiany sygnału Hertz (Hz) lub cykle na sekundę Okres = czas jednego powtórzenia (T) T = 1/f Długość fali (λ) Dystans zajęty przez jeden cykl Dystans między dwoma punktami o odpowiadającej fazie w dwóch kolejnych cyklach Faza (φ) Względne położenie w czasie ( okresie)

Sygnały okresowe

Widmo sygnału Sygnał w dziedzinie czasu Sygnał w dziedzinie częstotliwości (szereg Fouriera) G(t)= ½ C + a n sin(2πnft) + b n cos(2πnft) (a 2 + b 2 ) 0,5 - wartości skuteczne aplitud - harmoniczne Nadal jest to w dziedzinie czasu, ale...?

Koncepcja dziedziny częstotliwości Sygnały zazwyczaj są złożone z wielu częstotliwości Składowe są falami sinusowymi Analiza Fouriera pokazuje, że każdy sygnał można przedstawić jako złożenie sygnałów sinusowych (szeregi Fouriera) Stąd można wykreślić S(f) sygnał w dziedzinie częstotliwości

Dodawanie składowych częstotliwości

Wykresy w dziedzinie częstotliwości

Prostokąt Cztery pierwsze harmoniczne fali prostokątnej

Wpływ pasma na sygnał cyfrowy Zsumowane cztery pierwsze harmoniczne fali prostokątnej

Kanał komunikacyjny (1) Charakterystyka Przepustowość [b/s] Pasmo W [Hz] Pasmo (szerokość pasma) a częstotliwość Poziom szumów SNR signal/noise ratio Prawdopodobieństwo przekłamania - BER Pojemność kanału (równania Nyquista i Shannona) Bezszumowego ( Nyquist) C = 2W log 2 M M=ilość poziomów sygnału Teoremat o próbkowaniu Z uwzględnieniem szumów (Shannon) SNR= S/N C = W l o g ( 1 + SN R ) 2

Problemy z sygnałami Propagacja sygnałów Tłumienie Odbicia Szumy Termiczne Intermodulacyjne Przesłuchy Impulsy Synchronizacja Kolizje

Kanał komunikacyjny (2) Przepustowość teoretyczna i rzeczywista Charakterystyka kanału R prędkość transmisji Szum termiczny N 0 =kt dla W=1Hz lub N 0 =ktw K stała Boltzmana E b energia na bit E S b R S = = N N ktr 0 0

Transmisja analogowych i cyfrowych danych Dane Elementy przekazujące znaczenie Sygnały Elektryczne lub elektromagnetyczne reprezentacje danych Transmisja Przekazywanie danych poprzez propagację i przetwarzanie sygnałów

Dane Analogowe Ciągłe wartości w zakresie czasu np. dźwięk, obraz wideo Cyfrowe (Digital) Dyskretne wartości n.p. text, liczby

Widmo akustyczne (analogowe)

Sygnały Czyli sposób w jaki dane są przenoszone Analogowe Zmienne w sposób ciągły Różne media Przewody, światłowody, przestrzeń Zakres mowy (pasmo) 100Hz to 7kHz Pasmo telefonu analogowego 300Hz to 3400Hz Pasmo wideo 4MHz Cyfrowe (digital) Wykorzystuje minimum dwie stałe składowe DC (poziomy)

Dane i Sygnały Zazwyczaj używa się cyfrowych sygnałów do cyfrowych danych a analogowych sygnałów do analogowych danych Można wykorzystać analogowe sygnały do przenoszenia cyfrowych danych Modemy Można wykorzystać cyfrowe sygnały do przenoszenia analogowych danych Compact Disc audio, mp3,jpeg

Analogowe sygnały przenoszące cyfrowe i analogowe dane

Sygnały cyfrowe przenoszące dane analogowe i cyfrowe

Analogowa Transmisja Analogowe sygnały transmitowane niezależnie od zawartych danych Dane mogą być cyfrowe lub analogowe Tłumienie wzrasta wraz z odległością Wykorzystywane wzmacniacze do wzmocnienia sygnałów Też wzmacniają szumy

Transmisja cyfrowa Ważna zawartość Integralnośc zagrożona przez tłumienie, szumy etc. Repeater (Repeatery odtwarzacze sygnałów) Repeater otrzymuje sygnał Wyodrębnia ciąg bitów Retransmituje Tłumienie jest wyeliminowane Szumy nie są wzmacniane, ale jest opóźnienie minimum 1 bitowe

Zalety transmisji cyfrowej Technologia cyfrowa Niski koszt technologii LSI/VLSI Integralność danych Dłuższe dystanse na liniach słabej jakości Wykorzystanie pojemności kanału Ekonomia szerokopasmowych kanałów Wysoki stopień multipleksowania Bezpieczeństwo i poufność Szyfrowanie Integracja Można podobnie przesyłać dane analogowe i cyfrowe

Zagrożenia transmisji Sygnał odbierany różni się od nadawanego Analogowy - pogorszenie jakości Cyfrowy - przekłamane bity Przyczyny Tłumienie sygnału i nierównomierność tłumienia Zniekształcenia związane z opóźnieniem Zakłócenia zewnętrzne

Tłumienia Jednostki tłumienia decybele decybele mocy Siłą sygnału maleje wraz z odległością Zależy od medium Odbierany sygnał musi być: dostatecznie silny aby odróżnić jego różne stany większy od szumu i zakłóceń zewnętrznych Tłumienie wzrasta wraz ze wzrostem częstotliwości

Zależność tłumienia od częstotliwości (kanał głosowy)

Transmisja światła przez światłowód Tłumienie w zakresie podczerwieni (widoczne okna )

Dyspersja Co to jest dyspersja i gdzie występuje Wpływ dyspersji na szerokość pasma Przykładowy wykres opóźnienia w funkcji częstotliwości

Zakłócenia (1) Sygnały wnikające pomiędzy nadajnik i odbiornik Szum cieplny Powodowany przez pobudzenie elektronów Równomiernie wpływający na wszystkie częstotliwości zwany szumem białym zakłócenia intermodulacyjne sygnały będące sumą lub różnicą sygnałów biegnących w tym samym medium

Zakłócenia (2) Przesłuchy sygnał z danej linii zakłóca sąsiednie linie Impulsowe nieregularne impulsy i szpilki powodowane przez inne urządzenia w sąsiedztwie krótkie impulsy o dużej amplitudzie Mniej szkodliwe dla danych analogowych, zabójcze dla cyfrowych

Media Transmisji przewodowe i bezprzewodowe charakterystyka i jakość przekazywania sygnału oferowana przez medium zasadniczy konflikt występuje między szybkością transmisji i zasięgiem jakością transmisji i ceną

Kryteria wyboru medium Pasmo częstotliwości Szersze pasmo zapewnia wyższe szybkości Niedoskonałości medium Tłumienie Zakłócenia Liczba odbiorców w medium przewodowym zwiększona liczba odbiorników powoduje wzrost tłumienia Dobór częstotliwości pasmo= c * λ / λ 2

Widmo sygnałów elektromagnetycznych

Media przewodowe Skręcona para przewodów - skrętka Kabel koncentryczny Włókno światłowodowe

Skrętka - TP Osobno izolowane skręcone zwykle w wieloparowym kablu instalowane w budynkach w czasie budowy

Skrętka - zastosowanie Bardzo rozpowszechnione medium do sieci telefonicznych pomiędzy centralą operatora i abonentem Wewnątrz budynków pomiędzy centralką lokalną i aparatami do sieci (LAN) 10Mbps or 100Mbps

Skrętka - wady i zalety Instalowana w budynkach na zapas zgodnie z zaleceniami normy EIA 568 tania (1 zł za metr) łatwa w obróbce i instalacji wiele standardów transmisji danych może ją wykorzystywać niskie szybkości transmisji mały zasięg

Skrętka - cechy fizyczne Transmisja analogowa na odcinkach 5km to 6km bez wzmacniaczy zasięg maleje ze wzrostem częstotliwości Transmisja cyfrowa z użyciem różnorodnych metod kodowania wzmacniacze co 2km do 3km Ograniczony zasięg Ograniczone pasmo (100MHz) Ograniczone szybkości transmisji (100Mb/s) Wrażliwa na zakłócenia i szumy

Skrętka UTP i STP Skrętka nieekranowana (UTP) Podobna do typowego kabla telefonicznego najtańsza najłatwiejsza w montażu narażona na zewnętrzne elektromagnetyczne Skrętka ekranowana (STP) Otoczona metalową folią lub oplotem chroniącym przed zakłóceniami droższa trudniejsza w montażu i układaniu (sztywniejsza i wymaga starannego montażu)

Kategorie skrętki UTP Kategoria 3 do 16MHz Do transmisji głosu i danych Długość skrętu 7.5 cm do 10 cm Kategoria 4 do 20 MHz ( sieć Token Ring 16 MB/s ) Kategoria 5 do 100MHz Typowo instalowana w nowych budynkach Długość skrętu 0.6 cm to 0.85 cm

Skrętka (a) Kategoria 3 UTP. (b) kategoria 5 UTP.

Przesłuch zbliżny NEXT Sprzężenie sygnału z jednej pary do sąsiedniej Sprzężenie następuje, gdy sygnał transmitowany jedną parą wnika do innej pary

Kabel koncentryczny

Kabel koncentryczny - zastosowania Najbardziej wszechstronne medium Dystrybucja przekazu telewizyjnego Telewizja przemysłowa Telewizja kablowa Dalekosiężne linie telefoniczne może przenosić 10,000 rozmów jednocześnie stopniowo wypierany przez światłowód Połączenia transmisji danych na krótkie odległości Sieci LAN

Kabel koncentryczny - cechy fizyczne Sygnały analogowe wzmacniacze co kilka km zasięg maleje ze wzrostem częstotliwości do 500MHz Sygnały cyfrowe wzmacniacze co max. 1km zasięg maleje ze wzrostem częstotliwości

Włókno optyczne - światłowód

Światłowód - zalety i wady Wielka przepustowość szybkości do setek Gb/s Mały rozmiar i waga Niskie tłumienie Niewrażliwość na zakłócenia elektromagnetyczne Duży zasięg dziesiątki km bez wzmacniaczy Wysoka cena medium i koszty instalacji Cena 5 do 100 zł za metr specjalistyczny sprzęt do instalacji i testowania

Światłowód - zastosowania Łącza dalekosiężne Łącza miejskie sieci miejskie MAN łącza dostępowe dla abonentów sieci lokalne LAN

Światłowód - właściwości Działa jako falowód fal 10 14 to 10 15 Hz w zakresie podczerwieni i części światła widzialnego Dioda luminescencyjna (LED) Tania szerszy zakres temperatur pracy długi czas pracy Dioda laserowa (ILD) większa sprawność większe szybkości transmisji

Światłowód - mody światła

Transmisja bezprzewodowa Światło i fale elektromagnetyczne Nadawanie i odbiór za pomocą anten - typowo Transmisja kierunkowa skupiona wiązka sygnału wymagana widoczność nadajnik odbiornik wymagane dokładne ustawienie i śledzenie ruchu Transmisja bezkierunkowa Sygnał rozsyłany w wielu kierunkach może być odebrany przez wiele odbiorników mniejszy zasięg

Zakresy częstotliwości 2GHz to 40GHz Mikrofale Kierunkowa punkt-punkt Satelitarna 30MHz to 2,5 GHz Transmisja bezkierunkowa radio i telewizja publiczna standard IEEE 802.11 Pasma i częstotliwości publiczne - ISM ( Industrial, Scientific, Medical) 3 x 10 11 do 2 x 10 14 Podczerwień Mały zasięg, jedno pomieszczenie, widoczność?

Transmisja mikrofalowa Paraboliczne anteny Skupiona wiązka promieniowania Anteny muszą się widzieć Zastosowanie kierunkowa transmisja dalekosiężna Im wyższa częstotliwość tym większe pasmo i przepustowość łącza

Transmisja satelitarna (mikrofale) Satelita jako stacja przekaźnikowa Satelita odbiera na jednej częstotliwości, wzmacnia lub regeneruje sygnał i retransmituje na innej częstotliwości Wymaga orbit geostacjonarnych 35 784 km Odległość = opóźnienia średnio 270 ms/link Transpondery (36-50 MHz pasma) Pasma (band) C 3,7-4,2 + 5,925-6,425 GHz Ku 11,7-12,2 + 14,0-14,5 GHz Ka 17,7-21,7 + 27,5-30,5 GHz Problemy zakłóceń : deszcz, pasmo C używane powszechnie, koszty Zastosowania: Telewizja Telefonia międzynarodowa (long distance) Prywatny biznes

Radio i Podczerwień Wielokierunkowe FM radio UHF i VHF - telewizja Podczerwień ( infrared) Modulate noncoherent infrared light Bezpośrednio lub odbicie ( mały zasięg) Blokowane przez ściany Np. TV remote control, porty IRD

Techniki Kodowania Dane cyfrowe, sygnał cyfrowy Dane analogowe, sygnał cyfrowy Dane cyfrowe, sygnał analogowy Dane analogowe, sygnał analogowy

Dane cyfrowe, sygnał cyfrowy sygnał cyfrowy nieciągłe impulsy napięcia każdy impuls jest elementem sygnału Dane binarne zakodowane jako elementy sygnału

Pojęcia podstawowe(1) jednobiegunowe wszystkie elementy sygnałowe mają ten sam znak dwubiegunowe stany logiczne są odwzorowane na elementy sygnałowe dodatnie i ujemne Szybkość transmisji szybkość przekazywania danych w bitach na sekundę czas trwania, długość bitu czas potrzebny do transmisji jednego bitu

Pojęcia podstawowe (2) Szybkość modulacji szybkość zmian stanów sygnału Mierzona w baud = liczba elementów sygnałowych na sekundę Mark i Space binarne 1 i binarne 0

Rozpoznawanie sygnałów Co trzeba znać? Położenie w czasie - gdzie się zaczynają i gdzie kończą cechy sygnałów, np. poziomy Elementy decydujące o poprawności rozpoznawania sygnałów współczynnik sygnał/szum = S/N szybkość transmisji pasmo sygnału

Porównanie metod kodowania (1) Wykorzystane pasmo częstotliwości eliminacje wysokich częstotliwości ogranicza wymagane pasmo brak składowej stałej pozwala stosować transformatory i zapewniać izolację skoncentrować moc sygnału w wąskim paśmie przekazywanie sygnału zegara Synchronizacja odbiornika z nadajnikiem osobnym sygnałem Zewnętrzny zegar Synchronizacja oparta na cechach samego sygnału

Porównanie metod kodowania (2) Wykrywanie błędów może być elementem metody kodowania Odporność na zakłócenia i generowanie zakłóceń indywidualne cechy kodów koszt i złożoność wyższe szybkości transmisji są droższe

Przykłady kodów Bez powrotu do zera - poziom (NRZ-L) Bez powrotu do zera - INV (NRZI) Dwubiegunowy -AMI Dwubiegunowy-MLT3 Pseudoternary Manchester Manchester różnicowy B8ZS HDB3

Bez powrotu do zera - poziom (NRZ-L) Dwa różne napięcia dla bitów 0 i 1 Napięcie jest stałe w czasie 1 bitu nie ma przejścia, powrotu do zera np. brak napięcia= 0, stałe dodatnie= 1 częściej dodatnie napięcie dla jednego i przeciwne dla drugiego bitu

Bez powrotu do zera - odwrócone (NRZ-I) Bez powrotu do zera odwrócone przy bicie = 1 Napięcie jest stałe w czasie 1 bitu stan bitu jest odwzorowany jako zmiana sygnału lub jej brak na początku okresu trwania bitu zmiana oznacza 1 brak zmiany oznacza bit 0 przykłady...

NRZ

Kodowanie różnicowe Sygnał określa różnice między bitami a nie sam stan bitu Bardziej niezawodne wykrywanie zmian niż poziomów Przy złożonych modelach kodowania jest niebezpieczeństwo całkowitej utraty znaczenia danych

NRZ wady i zalety Zalety Prostota realizacji dobre wykorzystanie pasma Wady składowa stała brak mechanizmów synchronizacji Nie jest często stosowana w transmisji danych samodzielnie Często łączona z innymi technikami kodowania

Wielopoziomowe Użycie więcej niż dwóch poziomów Dwubiegunowy -AMI Bit 0 to brak napięcia Bit 1 to impuls dodatni lub ujemny Impulsy są naprzemiennego znaku Dwubiegunowy - MLT3 Bit 0 to sygnał bez zmian (kod różnicowy) Bit 1 to impuls cyklicznie +1,0,-1,0,+1,0... Cechy Synchronizacja przy ciągu zer jest tracona brak składowej stałej w długich okresach niskie pasmo częstotliwości łatwe wykrywanie błędów

Pseudoternary Bit 1 to brak napięcia Bit 0 to impuls dodatni lub ujemny Impulsy są naprzemiennego znaku porównywalny kod z dwubiegowym kodem - AMI

Dwubiegunowy-AMI i Pseudoternary

Ocena kodów dwubiegunowych Nie są tak efektywne jak NRZ każdy element reprezentuje tylko jeden bit w 3 poziomowym systemie może reprezentować log 2 3 = 1.58 bitu Odbiornik musi odróżniać trzy poziomy (+A, -A, 0) Wymaga ok. 3dB więcej mocy sygnału przy tym samym prawdopodobieństwie błędu Używane wraz z kodowaniem szyfrującym eliminującym utratę synchronizacji 4B5B w IEEE 802.3x

Dwufazowe Manchester Przejście zawsze w połowie bitu Zmiana oznacza dane i określa zegar Zmiana w górę to bit 1 Zmiana w dół to bit 0 Używane u standardzie IEEE 802.3 10MB/s Manchester różnicowy Przejście w połowie bitu do przekazania zegara nadajnika Zmiana na początku okresu oznacza bit 0 Brak zmiany oznacza bit 1 jest to rodzaj kodowania różnicowego Używane u standardzie IEEE 802.5

Kodowanie dwufazowe wady i zalety Wady Częste zmiany sygnału jedna lub dwie na każdy bit Szybkość modulacji dwa razy większa niż przy NRZ Wymaga szerokiego pasma Zalety Dobra synchronizacja i pewne przenoszenie sygnału taktującego nadajnika Brak składowej stałej nawet w krótkich odcinkach czasu Wykrywanie błędów brak koniecznej zmiany w środku okresu

Szybkość modulacji

Scrambling - Szyfrowanie Szyfrowanie wprowadzone jest po to, aby eliminować niepożądane układy bitów Idea szyfrowania i jej cel Musi wymuszać zmiany zapewniające synchronizację Musi być rozpoznawana przez odbiornik w celu przywrócenia postaci pierwotnej Eliminacja składowej stałej Eliminacja okresów stałości sygnału Nie może zmieniać szybkości transmisji Powinno zapewniać wykrywanie błędów

B8ZS Dwubiegunowe z zamianą 8-miu zer Oparte na dwubiegunowym-ami oktet zer i ostatni impuls dodatni kod jest 000+-0-+ oktet zer i ostatni impuls ujemny kod jest 000-+0+- Narusza kod AMI dwukrotnie Mało prawdopodobne postanie takich naruszeń w wyniku zakłóceń Odbiornik zamienia takie układy na osiem bitów równych zeru

HDB3 High Density Bipolar 3 Zeros Oparte na dwubiegunowym-ami Ciąg czterech zer zamieniony zostaje na jeden lub dwa impulsy

B8ZS and HDB3

Dane cyfrowe, sygnał analogowy System telefonii publicznej 300Hz to 3400Hz zastosowanie modemu (modulator-demodulator) Modulacja Amplitudy, Amplitude shift keying (ASK) Modulacja częstotliwości, Frequency shift keying (FSK) Modulacja Fazy, Phase shift keying (PK)

Techniki modulacji

Modulacja Amplitudy Wartości są reprezentowane przez zmienną amplitudę nośnej wrażliwa na zmiany wzmocnienia nieefektywna do 1200bps w liniach telefonicznych używana w światłowodach

Modulacja częstotliwości Wartości są reprezentowane przez różne częstotliwości, zbliżone do nośnej Mniej wrażliwa na zakłócenia niż AM do 1200bps w liniach telefonicznych przekaz radiowy sygnały sieci LAN

FM w liniach telefonicznych

Modulacja fazy PM Kąt fazy sygnału odzwierciedla wartości Różnicowa modulacja fazy faza sygnału oddaje różnicę miedzy daną wartością a poprzednią a nie samą wartość

QPSK (MPSK) Kombinacja modulacji fazy i amplitudy Każdy element sygnałowy reprezentuje więcej niż jeden bit np. przesuwa fazę o N * π/2 (90 o ) Modemy 9600b/s wykorzystują 12 kątów fazowych, dla czterech z nich są dwie amplitudy, razem 16 stanów => 4 bity (V.32) 9600 b/s = 2400 baud * log 2 (16)

Własności sposobów modulacji

Własności sposobów modulacji Pasmo Pasmo ASK i PSK jest bezpośrednio związane z prędkością transmisji w bps. Pasmo FSK jest związane z Dla niskich częstotliwości z prędkością nadawania danych Dla dużych częstotliwości z odstępem (offsetem) pomiędzy częstotliwością modulowaną a nośną W obecności szumów, prawdopodobieństwo przekłamania w modulacji BPSK (i QPSK) jest około 3dB mniejsze niż w modulacji ASK i FSK.

Dane analogowe, sygnał cyfrowy Próbkowanie Konwersja danych analogowych do danych cyfrowych Dane cyfrowe mogą być transmitowane przy użyciu NRZ-L Dane cyfrowe mogą być transmitowane przy użyciu NRZ-L Dane cyfrowe mogą być zamienione na analogowe Konwersja Analogowo cyfrowa jest zrealizowana przy użyciu tzw. codec ów Modulacja PCM (Pulse Code Modulation) Modulacja Delta

Pulse Code Modulation(PCM) (1) Jeżeli sygnał jest próbkowany ze stałą częstotliwością większą niż 2 razy największa częstotliwość sygnału, próbki zawierają wszystkie informacje o tym sygnale Jeśli mniej to możliwy aliasing zniekształcenie sygnału Głos ma pasmo ograniczone do poniżej 4000Hz Wymagają 8000 próbek na sekundę Z każdą próbką związana jest liczba USA i Japonia 7 bitowa (56kbps) Europa 8 bitowa (64kbps)

Pulse Code Modulation(PCM) (2) 4 bity dają tylko 16 poziomów sygnału Kwantyzacja Błąd kwantyzacji (szum kwantyzacji) SN R = 6 n - a [ db ], a Î ( 0, 1) Jest oczywiste, że sygnału nie uda się odtworzyć dokładnie Próg zrozumienia kształtuje się na poziomie ok. 35dB 8 bitowe próbki dają 256 poziomów Jakość porównywalna z transmisją analogową 8000 próbek na sekundę daje 64kbps

Kodowanie nieliniowe Dla małych sygnałów SNR jest bliskie krytycznemu Poziomy kwantyzacji nie powinny być rozłożone równomiernie Zmniejszenie poziomu słyszalnych zniekształceń Podział 1 bit znak 3 bity strefa 4 bity wartość

Modulacja Delta Sygnał analogowy jest aproksymowany przez funkcję schodkową Schodek w górę lub w dół (jeden poziom δ) przy KAŻDEJ próbce Nawet przy stałej wartości sygnału aproksymacja zmienia swoją wartość. Wtedy też następują najszybsze zmiany sygnału nadawanego CoDec i

Modulacja Delta - przykład

Delta Modulacja - działanie

Dane analogowe, sygnał analogowy Po co modulować sygnał analogowy? Wyższa częstotliwość efektywniejsza transmisja Multipleksowanie z podziałem częstotliwości Typy modulacji Amplitudy Częstotliwości Fazy

Modulacja analogowa

Rozproszone pasmo Wysyłany sygnał ma zawsze postać cyfrową TDM FDM Zamiast nadawać w wąskim paśmie (żeby nikomu nie przeszkadzać) nadajemy w szerokim paśmie razem z innymi użytkownikami Wymagana spora moc obliczeniowa i odpowiedni sprzęt Skakanie po częstotliwościach Sygnał jest rozpraszany poprzez zmienianie częstotliwości po nadaniu części sygnału Rozpraszanie kodowe (Direct Sequence) Każdy bit jest reprezentowany przez wiele bitów w transmitowanym sygnale Chipping code

Spread Spectrum

Frequency Hoping Spread Spectrum

Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)

Modemy (a) (b) (a) V.32 for 9600 bps. (b) V32 bis for 14,400 bps.