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
Techniki Kodowania
1.
Dane cyfrowe, sygnał cyfrowy
2.
Dane analogowe, sygnał cyfrowy
(telekomunikacja) 3.Dane cyfrowe, sygnał analogowy
4. Dane analogowe, sygnał analogowy
Dane cyfrowe, sygnał cyfrowy
sygnał cyfrowy
ynieciągłe impulsy napięcia
ykażdy impuls jest elementem sygnału
yDane binarne zakodowane jako elementy sygnału
Pojęcia podstawowe(1)
jednobiegunowe
ywszystkie elementy sygnałowe mają ten sam znak
dwubiegunowe
ystany logiczne są odwzorowane na elementy sygnałowe dodatnie i ujemne
Pojęcia podstawowe (2)
Szybkość modulacji
yszybkość zmian stanów sygnału
yMierzona w baud = liczba elementów sygnałowych na sekundę
Mark i Space
ybinarne 1 i binarne 0
Rozpoznawanie sygnałów
Co trzeba znać ?
yPołożenie w czasie - gdzie się zaczynają i gdzie kończą
ycechy sygnałów, np. poziomy
Elementy decydujące o poprawności rozpoznawania sygnałów
ywspółczynnik sygnał/szum = S/N yszybkość transmisji
ypasmo sygnału
Porównanie metod kodowania (1)
Wykorzystane pasmo częstotliwości
yeliminacje wysokich częstotliwości ogranicza wymagane pasmo
ybrak składowej stałej pozwala stosować transformatory i zapewniać izolację
yskoncentrować moc sygnału w wąskim paśmie
przekazywanie sygnału zegara
ySynchronizacja odbiornika z nadajnikiem osobnym sygnałem
yZewnętrzny zegar
ySynchronizacja oparta na cechach samego sygnału
Porównanie metod kodowania (2)
Wykrywanie błędów
ymoże być elementem metody kodowania
Odporność na zakłócenia i generowanie zakłóceń
yindywidualne cechy kodów
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
ynie 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
yProstota realizacji
ydobre wykorzystanie pasma
Wady
yskładowa stała
ybrak mechanizmów synchronizacji
Nie jest często stosowana w transmisji danych samodzielnie
Często łączona z innymi technikami kodowania
Wielopoziomowe
Użycie więcej niż dwóch poziomów Dwubiegunowy -AMI
yBit 0 to brak napięcia
yBit 1 to impuls dodatni lub ujemny yImpulsy są naprzemiennego znaku
Dwubiegunowy - MLT3
yBit 0 to sygnał bez zmian (kod różnicowy) yBit 1 to impuls cyklicznie +1,0,-1,0,+1,0...
Cechy
ySynchronizacja przy ciągu zer jest tracona ybrak składowej stałej w długich okresach yniskie pasmo częstotliwości
yłatwe 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
ykażdy element reprezentuje tylko jeden bit yw 3 poziomowym systemie może reprezentować
log23 = 1.58 bitu
yOdbiornik musi odróżniać trzy poziomy (+A, -A, 0)
yWymaga ok. 3dB więcej mocy sygnału przy tym samym prawdopodobieństwie błędu
Używane wraz z kodowaniem szyfrującym eliminującym utratę synchronizacji
y4B5B w IEEE 802.3x
Dwufazowe
Manchester
yPrzejście zawsze w połowie bitu yZmiana oznacza dane i określa zegar yZmiana w górę to bit 1
yZmiana w dół to bit 0
yUżywane u standardzie IEEE 802.3 10MB/s
Manchester różnicowy
yPrzejście w połowie bitu do przekazania zegara nadajnika yZmiana na początku okresu oznacza bit 0
yBrak zmiany oznacza bit 1
yjest to rodzaj kodowania różnicowego yUżywane u standardzie IEEE 802.5
Kodowanie dwufazowe wady i zalety
Wady
yCzęste zmiany sygnału jedna lub dwie na każdy bit ySzybkość modulacji dwa razy większa niż przy NRZ yWymaga szerokiego pasma
Zalety
yDobra synchronizacja i pewne przenoszenie sygnału
Szybkość modulacji
Scrambling - Szyfrowanie
Szyfrowanie wprowadzone jest po to, aby eliminować niepożądane układy bitów Idea szyfrowania i jej cel
yMusi wymuszać zmiany zapewniające synchronizację yMusi 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
y300Hz to 3400Hzyzastosowanie 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
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
yfaza sygnału oddaje różnicę miedzy daną wartością a poprzednią a nie samą wartość
QPSK Æ (MPSK) Æ TCM
Kombinacja modulacji fazy i amplitudy
Każdy element sygnałowy reprezentuje więcej niż jeden bit ynp. przesuwa fazę o N * π/2 (90o)
yModemy 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 * log2(16)
Własności sposobów modulacji
Własności sposobów modulacji
Pasmo
yPasmo ASK i PSK jest bezpośrednio związane z prędkością transmisji w bps.
yPasmo FSK jest związane z
xDla niskich częstotliwości z prędkością nadawania danych xDla 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
yKonwersja danych analogowych do danych cyfrowych yDane cyfrowe mogą być transmitowane przy użyciu
NRZ-L
yDane cyfrowe mogą być transmitowane przy użyciu NRZ-L
yDane cyfrowe mogą być zamienione na analogowe yKonwersja Analogowo – cyfrowa jest zrealizowana
przy użyciu tzw. codec’ów
yModulacja PCM (Pulse Code Modulation) yModulacja 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
Pulse Code Modulation(PCM) (2)
4 bity dają tylko 16 poziomów sygnału Kwantyzacja
yBłąd kwantyzacji (szum kwantyzacji) y
yJest oczywiste, że sygnału nie uda się odtworzyć dokładnie yPróg zrozumienia kształtuje się na poziomie ok. 35dB
8 bitowe próbki dają 256 poziomów
Jakość porównywalna z transmisją analogową 8000 próbek na sekundę daje 64kbps
( )
6 [ ], 0 , 1
S N R = n - a d B a Î
Kodowanie nieliniowe
Dla małych sygnałów SNR jest bliskie krytycznemu
Poziomy kwantyzacji nie powinny być rozłożone równomiernie Zmniejszenie poziomu słyszalnych zniekształceń
Podział y1 bit – znak y3 bity – strefa y4 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?
yWyższa częstotliwość – efektywniejsza transmisja yMultipleksowanie z podziałem częstotliwości
Typy modulacji
yAmplitudy yCzęstotliwości yFazy
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
