Transmisja cyfrowa Sygnały naturalne i zmodulowane

Podobne dokumenty
Sygnały cyfrowe naturalne i zmodulowane

Krzysztof Włostowski. pok. 467 tel PTC -wykład 5,6,7

- Quadrature Amplitude Modulation

Podstawy Transmisji Cyfrowej

2. STRUKTURA RADIOFONICZNYCH SYGNAŁÓW CYFROWYCH

Systemy i Sieci Radiowe

Transmisja danych binarnych w kanale o wąskim paśmie. Łączność radiowa (telemetria, zdalne sterowanie)

Instytut Telekomunikacji Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych.

Instytut Telekomunikacji Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych.

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

ELEKTRONIKA W EKSPERYMENCIE FIZYCZNYM

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

POLITECHNIKA POZNAŃSKA

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

MODULACJE ANALOGOWE. Funkcja modulująca zależna od sygnału modulującego: m(t) = m(t) e

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

Rozwinięcie funkcji modulującej m(t) w szereg potęgowy: B PM 2f m

POLITECHNIKA POZNAŃSKA

Niezawodność i diagnostyka systemów cyfrowych projekt 2015

Sygnały, media, kodowanie

f = 2 śr MODULACJE

Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

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

Przetwarzanie sygnałów w telekomunikacji

Modulacja i kodowanie - labolatorium. Modulacje cyfrowe. Kluczowane częstotliwości (FSK)

Krzysztof Włostowski pok. 467 tel

(1.1) gdzie: - f = f 2 f 1 - bezwzględna szerokość pasma, f śr = (f 2 + f 1 )/2 częstotliwość środkowa.

ładunek do przewiezienia dwie możliwości transportu

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

1. Modulacja analogowa, 2. Modulacja cyfrowa

SYMULACJA KOMPUTEROWA SYSTEMÓW

Transmisja cyfrowa. (wprowadzenie do tematu)

Podstawy Transmisji Przewodowej Wykład 1

ADAPTACYJNE PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW LABORATORIUM. Ćwiczenie 4. Wybrane telekomunikacyjne zastosowania algorytmów adaptacyjnych

Rozkład materiału z przedmiotu: Przetwarzanie i obróbka sygnałów

Techniki diversity i systemy wieloantenowe. Paweł Kułakowski

Kanał telekomunikacyjny

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

TERAZ O SYGNAŁACH. Przebieg i widmo Zniekształcenia sygnałów okresowych Miary sygnałów Zasady cyfryzacji sygnałów analogowych

NOWOCZESNE METODY EMISJI UCYFROWIONEGO SYGNAŁU TELEWIZYJNEGO

MODULACJE IMPULSOWE. TSIM W10: Modulacje impulsowe 1/22

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

Systemy Bezprzewodowe. Paweł Kułakowski

Przebieg sygnału w czasie Y(fL

Układy elektroniczne II. Modulatory i detektory

celowym rozpraszaniem widma (ang: Spread Spectrum System) (częstotliwościowe, czasowe, kodowe)

10. Demodulatory synchroniczne z fazową pętlą sprzężenia zwrotnego

Cyfrowy system łączności dla bezzałogowych statków powietrznych średniego zasięgu. 20 maja, 2016 R. Krenz 1

Systemy i Sieci Radiowe

Modulacja i kodowanie laboratorium. Modulacje Cyfrowe: Kluczowanie Amplitudy (ASK) i kluczowanie Fazy (PSK)

Telekomunikacyjne systemy dostępowe (przewodowe)

Jarosław Szóstka. WiMAX NOWY STANDARD DOSTĘPU RADIOWEGO

Transmisje analogowe. Główne ograniczenie wynikające z wąskiego pasma transmisji (4 khz)

Politechnika Warszawska

SYGNAŁY SZEROKOPASMOWE

FDM - transmisja z podziałem częstotliwości

Laboratorium TRP. Charakterystyki częstotliwościowe pętli abonenckich oraz symulacja modulacji wielotonowych (ADSL)

Jak działa telefonia komórkowa

EUROELEKTRA Ogólnopolska Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej Rok szkolny 2013/2014. Zadania z teleinformatyki na zawody II stopnia

Nowoczesne metody emisji ucyfrowionego sygnału telewizyjnego

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY KATEDRA TELEKOMUNIKACJI I APARATURY ELEKTRONICZNEJ. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych. Numer ćwiczenia: 7

Krótki wstęp do transmisji szeregowej

12. Demodulatory synchroniczne z fazową pętlą sprzężenia zwrotnego

Projektowanie układów scalonych do systemów komunikacji bezprzewodowej

Modulacja i kodowanie laboratorium. Modulacje Cyfrowe: Kluczowanie Amplitudy (ASK)

Wpływ szumu na kluczowanie fazy (BPSK)

TEMAT: SYSTEMY CYFROWE: MODULACJA DEMODULACJA FSK, PSK, ASK

(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Filtry cyfrowe procesory sygnałowe

Narodowa Platforma DVB-T w ujęciu cyfrowej stacji czołowej. Jacek Gwizdak VECTOR

MODULACJE ANALOGOWE AM i FM

Ćwiczenie - 1 OBSŁUGA GENERATORA I OSCYLOSKOPU. WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYKI AMPLITUDOWEJ I FAZOWEJ NA PRZYKŁADZIE FILTRU RC.

KOMPRESJA STRATNA SYGNAŁU MOWY. Metody kompresji stratnej sygnałów multimedialnych: Uproszczone modelowanie źródeł generacji sygnałów LPC, CELP

Lekcja 20. Temat: Detektory.

Wprowadzenie do Transmisji Cyfrowej

Inżynieria Systemów Dynamicznych (3)

Analiza standardu transmisji bezprzewodowej urządzeń mobilnych wykorzystywanych w procesie magazynowania

Podstawowe modele kanałów telekomunikacyjnych. Przepustowości kanałów ciągłych i dyskretnych

ZESPÓŁ LABORATORIÓW TELEMATYKI TRANSPORTU ZAKŁAD TELEKOMUNIKACJI W TRANSPORCIE WYDZIAŁ TRANSPORTU POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ

Systemy wielowiązkowe (multibeam) SS-TDMA (Satellite Switched TDMA)

Badanie pracy urządzeo dostępowych (wariant IEEE )

Systemy Bezprzewodowe. Paweł Kułakowski

Systemy satelitarne Paweł Kułakowski

Przetwarzanie sygnałów biomedycznych

Bezprzewodowe sieci komputerowe

Podstawowa terminologia w dziedzinie telewizji cyfrowej

Podstawy Automatyki. Wykład 3 - charakterystyki częstotliwościowe, podstawowe człony dynamiczne. dr inż. Jakub Możaryn. Instytut Automatyki i Robotyki

SYSTEMY TELEINFORMATYCZNE

Przeciętny zasięg transmisji [km] [mm] Kod 2B1Q Kod CAP-128 Kod 2B1Q Kod CAP-64 0,4 3,1 3,3 3,7 4,0 0,5 4,8 5,0 5,4 5,7 0,8 9,2 9,4 10,7 11,0

ELEKTRONIKA. dla Mechaników

Autokoherentny pomiar widma laserów półprzewodnikowych. autorzy: Łukasz Długosz Jacek Konieczny

(87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: , WO96/36135, PCT Gazette nr 50/96

Pomiary stopy błędów urządzeń cyfrowych linii radiowych

Ćw. 4. Badanie transmisji danych w technologii PLC 1. Wprowadzenie

Telewizja część. Kodowanie barwnego obrazu telewizyjnego w systemie PAL Telewizja cyfrowa ogólna charakterystyka. w systemie PAL

Podstawy Automatyki. Wykład 3 - Charakterystyki częstotliwościowe, podstawowe człony dynamiczne. dr inż. Jakub Możaryn. Instytut Automatyki i Robotyki

DSL (od ang. Digital Subscriber Line)

interaktywny odbiór, tj. włączenie napisów w różnych językach oraz przełączenia języka ścieżki audio;

Teoria Sygnałów. III rok Informatyki Stosowanej. Wykład 8

Badanie właściwości skramblera samosynchronizującego

Transkrypt:

Transmisja cyfrowa Sygnały naturalne i zmodulowane Krzysztof Włostowski e-mail: chrisk@tele.pw.edu.pl pok. 467 tel. 234 7896 1

System transmisyjny sygnał analog. R b [bit/s] R c [bit/s] R S [baud] Kodowanie źródła Multiplexer Szyfrowanie Danych Kodowanie Korekcyjne Scrambling Modulator Do układów RF i anteny sygnał cyfrowy Bit error rate (BER) Pasmo z anieny i układów RF Demodulator Descrambler Dekoder Deszyfracja Demultiplexer użytkow. R c [bit/s] R b [bit/s] 2

Transmisja cyfrowa Rodzaje transmisji asychroniczna (start-stopowa) synchroniczna Tryby transmisji transmisja jednokierunkowa - Simpleks dwukierunkowa Half-Dupleks (transmisja naprzemienna w obu kierunkach) Full Dupleks (transmisja jednoczesna w obu kierunkach 3

Transmisja cyfrowa Transmisja asynchroniczna Format znaku Transmisja znaków 8- bitowych 4

Transmisja cyfrowa Transmisja synchroniczna 1 0 0 1 0 1 1 0 DANE Elementowa podstawa czasu (zegar) T b Dane transmitowane bez bitów startu i stopu Konieczna synchronizacja nadawczej i odbiorczej elementowej postawy czasu (zegarów nadajnika i odbiornika) 5

Sygnały cyfrowe Sygnały naturalne (baseband) Sygnały zmodulowane 1 0 0 1 0 0 1 1 przepływność binarna R b = 1/T b [bit/s] T b szybkość modulacji R m = 1/T m [Bd] T m modulacja czterowartościowa (M=4) R b =R m log 2 M 6

Widmo sygnału x(t) X(ω) t Ғ t ω widmo sygnału x(t) X(ω) ) = x(t) ) e -jωt dt - x(t) ) = 1 X(ω) ) e jωt dω 2π (ω=2 =2πf) - 7

e -jω t = cosωt - jsinωt Widmo sygnału X(ω) ) = x(t)cos cosωt dt-j - - x(t)sin sinωt dt = = a(ω) - jb(ω) ) = X(ω X(ω) e -jφ(ω) widmo amplitudowe widmo fazowe X(ω X(ω) = a ) = a 2 (ω) + b + b 2 (ω) -b( b(ω) Φ(ω) = arctg a( a(ω) 8

Sygnały cyfrowe impulsy elementarne sygnały okresowe sygnały losowe 9

Impulsy elementarne x(t) Impuls prostokątny - T 2 T 2 t T/2 X(ω) ) = e -jωt dt = T -T/2 sinπft πft = TSa(πfT) 10

Impulsy elementarne x(t) - T 2 T 2 t Dipuls T/2 X(ω) ) = e -jωt dt = -T/2 2 sin πf sin 2 πft 11

Impulsy elementarne widmo impulsu prostokątnego widmo dipulsu 1 2 3 4 T T T T f 12

Sygnały okresowe T o T b x(t) = x(t+nt o ) 13

Sygnały okresowe X(f) f 1 T b 2 3 Tb Tb f 1 f = To 14

Sygnały losowe Własności widmowe sygnału przypadkowego opisuje funkcja widmowej gęstości mocy G(f) wyznaczana jako transformata Fouriera funkcji autokorelacji R s (τ) dowolnie wybranej realizacji sygnału losowego x(t). R s (τ) = lim T 1 2T T -T x(t)x(t-τ)dt G(f) = Ғ[R s (τ)] 15

Sygnały losowe x(t) V - V -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 t/t Binarny sygnał losowy R s (τ) V 2 1 0,5 G(f) = T sin2 (π ft) (π ft) 2 -T T Funkcja autokorelacji τ -3/T - 2/T - 1/T 0 1/T 2/T 3/T f Widmowa gęstość mocy 16

Kodowanie transmisyjne (liniowe) Podstawy Telekomunikacji PTT Odwzorowanie informacji (sekwencji binarnej) w ciąg impulsów elektrycznych które mogą być przesłane w kanale Pożądane parametry sygnał wyjściowego brak składowej stałej efektywność widmowa (jak największa część energii sygnału skupiona w jak najwęższym paśmie) dobre właściwości synchronizacyjne (zmiany w sygnale liniowym) możliwość detekcji błędów mała złożoność układowa 17

Kody transmisyjne Podstawy Telekomunikacji PTT dane T b 1 0 1 0 1 1 1 0 0 unipolarny NRZ bipolarny NRZ RZ Bifazowy (Manchester) Bifazowy różnicowy 18

Kody transmisyjne Podstawy Telekomunikacji PTT Widmowa gęstość mocy 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 NRZ AMI Bifazowy 0-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2fTb 19

Kody transmisyjne Podstawy Telekomunikacji PTT dane T b 1 0 1 0 1 1 1 0 0 AMI (Alternate Mark Inversion) CMI 20

Skrambling Skrambler wy we + T b T b T b T b w(x) = x 4 +x 3 +1 + Deskrambler we T b T b T b T b + + wy 21

Skrambling n wielomian n wielomian 3 x 3 +x 2 +1 4 x 4 +x 3 +1 5 x 5 +x 3 +1 6 x 6 +x 5 +1 7 x 7 +x 6 +1 8 x 8 +x 7 +x 2 +x+1 9 x 9 +x 5 +1 10 x 10 +x 7 +1 11 x 11 +x 9 +1 12 x 12 +x 11 +x 10 +x 2 +1 13 x 13 +x 12 +x 11 +x+1 14 x 14 +x 13 +x 12 +x 2 +1 15 x 15 +x 14 +1 16 x 16 +x 14 +x 13 +x 11 +1 17 x 17 +x 14 +1 18 x 18 +x 11 +1 19 x 19 +x 18 +x 17 +x 14 +1 20 x 20 +x 17 +1 22

Sygnały cyfrowe 23

Sygnały zmodulowane Podstawy Telekomunikacji PTT x(t) sygnał modulujący Modulator s(t) sygnał zmodulowany x(t) = Σ n b n g(t- nt m ) g(t) - impuls kształtujący 24

Sygnały zmodulowane amplituda kąt s(t) = A(t) cosφ(t) Φ(t) = ω o + φ(t) ω = 2πf 2 = dφ dt ω o φ(t) pulsacja chwilowa pulsacja nośna faza 25

Modulacje cyfrowe ASK (Amplitude Shift Keying) modulacja z kluczowaniem amplitudy FSK (Frequency Shift Keying) modulacja z kluczowaniem częstotliwości PSK (Phase Shift Keying) modulacja z kluczowaniem fazy QAM (Quadrature Amplitude Modulation) modulacja mieszana będąca złożeniem modulacji amplitudy (AM) i fazy (PM) 26

Modulacje cyfrowe Efektywność widmowa Γ = R b /B [bit/shz] R b - szybkość transmisji (bit/s) B - pasmo częstotliwości zajmowane przez sygnał 27

Modulacja amplitudy - ASK /T b s(t) A0 cos( 2πf 0t) = A1 cos( 2πf 0t) dla binarnego 0 dla binarnej 1 28

Modulacja częstotliwości - FSK Podstawy Telekomunikacji PTT f 1 f 2 t/t b s(t) A cos( 2πf ) = 1t A cos( 2πf 2t) dla binarnego 0 dla binarnej 1 29

Modulacja częstotliwości - FSK Podstawy Telekomunikacji PTT częstotliwość środkowa f 0 = f 1 + f 2 2 dewiacja f = f 2 -f 1 2 wskaźnik modulacji 2 f m = R m m = 0.5 modulacja MSK (Minimum Shift Keying) G(f) m=0.5 f f 0-1/T b f 0 f 0 +1/T b 30

Modulacja częstotliwości B f GMSK Dane NRZ R b =1/T b Filtr DP (ch-styka Gaussa) Modulator MSK s(t) Modulator Zajmowane pasmo (znormalizowane do R b ) dla określonego % energii sygnału 31

Modulacja częstotliwości - GMSK Podstawy Telekomunikacji PTT G(f) [db] B f T b Widmowa gęstość mocy sygnału QPSK dla różnych wartości B f T b częstotliwość znormalizowana (f-f o )/T b 32

Modulacja fazy - PSK φ 0 φ 1 t/t b s(t) = Acos(2πf 0 t + φ 0 (t)) Acos(2πf 0 t + φ 1 (t)) dla binarnego 0 dla binarnej 1 33

Modulacja fazy - PSK BPSK Binary PSK DBPSK Differential Binary PSK QPSK (4- PSK) 8- PSK 11 34

Modulacja fazy - PSK impulsy prostokątne typu podniesiony kosinus Widmowa gęstość mocy (w db) sygnału BPSK 35

Modulacje cyfrowe Sygnał zmodulowany: s(t) = A(t) cos(2πf 0 t + φ(t)) A(t) modulacja amplitudy φ(t) modulacja kąta (fazy lub częstotliwości) s(t) = s I (t)cos2πf 0 t + s Q (t)sin2πf 0 t s I (t) -składowa synfazowa (inphase) sygnału s Q (t) -składowa kwadraturowa (quadrature) sygnału A(t) = (s I2 (t) + s Q2 (t)) 1/2 φ(t)=arctg(s Q (t)/s I (t) 36

Modulacje cyfrowe składowa kwadraturowa q s q s n A φ i s i składowa synfazowa Graficzna interpretacja elementu sygnału zmodulowanego 37

Modulacje cyfrowe składowa kwadraturowa sin2πf 0 t {d n } układ odwzorowania {q n } filtr kształtujący s Q (t) + Σ s(t) {i n } filtr kształtujący + s I (t) składowa synfazowa cos2πf 0 t Modulator kwadraturowy 38

Modulacja fazy QPSK q składowa kwadraturowa (01) 1 (00) R b /2 T b q n =±1-1 1 i {d n } R b =1/T b konwerter szereg./równ. cos2πf c t 90 0 Σ s(t) (11) (10) -1 R b /2 i n =±1 składowa synfazowa konstelacja QPSK modulator QPSK / OQPSK 39

Modulacja fazy - QPSK impulsy prostokątne typu podniesiony kosinus Widmowa gęstość mocy (w db) sygnału QPSK 40

Modulacje cyfrowe G(f) częstotliwość Porównanie widmowej gęstości mocy sygnału MSK z sygnałami QPSK i OQPSK 41

Modulacje mieszane - QAM Podstawy Telekomunikacji PTT 0010 0001 0011 0000 16-QAM (Γ = 4 bit/shz) 42

Modulacje cyfrowe Podstawy Telekomunikacji PTT BER Elementowa stopa błędów 43

Orthogonal Frequency requency Division ivision Multiplexing Rodzaj transmisji wieloczęstotliwościowej (wielotonowej) Dostępne pasmo kanału transmisyjnego podzielone jest na wiele (N) wąskich pasm (podkanałów). Dane transmitowane są równolegle w wydzielonych podkanałach Nośne podkanałów są wzajemnie ortogonalne (odstęp między sąsiednimi nosnymi wynosi f=1/t, gdzie T jest odstępem jednostkowym modulacji) Generacja i odbiór sygnału realizowane są w oparciu o algorytmy transformaty Fouriera (IFFT w nadajniku i FFT w odbiorniku) 44

Modulacje wielotonowe - OFDM Podstawy Telekomunikacji PTT N nośnych dane częstotlwość B f 0 nośna B symbol OFDM T=1/f 0 czas 45

Modulacje wielotonowe f 1 R/N Modulator 1 Data R=1/T Parallel / Serial R/N R/N f 2 Modulator 2 f N Modulator N Σ s(t) System wielotonowy 46

Modulacje wielotonowe - OFDM Podstawy Telekomunikacji PTT Generacja i odbiór sygnału OFDM 47

Modulacje wielotonowe - OFDM Podstawy Telekomunikacji PTT Zalety OFDM Eliminacja zakłóceń powodowanych przez interferencję międzysymbolową ISI (InterSymbol Interference) Zastosowanie w miejsce pojedynczego strumienia danych o dużej szybkości równoległej transmisji strumieni danych o małych przepływnościach powoduje wydłużenie odstępu jednostkowego modulacji do wartości odpowiadającej długości odpowiedzi kanału. Wysoka efektywność widmowa Duża elastyczność umożliwiająca optymalizację systemu pod kątem maksymalnej przepływności przez odpowiednią alokację mocy i wartościowości modulacjiw podkanałach. 48

Modulacje wielotonowe - OFDM Podstawy Telekomunikacji PTT Wady OFDM Wrażliwość na zaniki selektywne Wymagana precyzyjna synchronizacja, konieczne jest stosowanie odpowiednich procedur (sekwencje treningowe, sygnały pilotowe) Wrażliwość na zniekształcenia nieliniowe wprowadzane przez kanał transmisyjny z uwagi na dużą dynamikę zmian amplitudy w sygnale OFDM 49

Modulacje wielotonowe - OFDM Podstawy Telekomunikacji PTT kanał wielodrogowy, max. opóźnienie τ max =224µs System z pojedynczą nośną (single carrier) szybkość transmisji R =1/T= 7.4 Msym/s. Poziom interferencji międzysmbolowej ISI (Inter-Symbol Interference): τ max /T= 1600 System wielotonowy (multicarrier) Strumień danych o szybkości R podzielony jest na N równoległych strumieni o szybkościach R mc = 1/T mc = R/N. ISI zostaje zredukowana do wartości: τ max /T mc = τ max /(TN) Dla DVB-T liczba nośnych wynosi N=8192 co daje ISI: τ max /T mc =0.2 50

Modulacje wielotonowe - OFDM Podstawy Telekomunikacji PTT Zastosowania: Telewizja cyfrowa DVB-T (Digital Video Broadcasting for Terrestrial) Cyfrowe radio DAB (Digital Audio Broadcasting) Szybka transmisja danych po przyłączach abonenckich ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Loops) VDSL (Very High Speed Digital Subscriber Loops) Bezprzewodowy dostęp do sieci LAN (IEEE 802.11g) Sieci WiMax 51