Download
1 / 21
210 likes | 501 Views
Přenosová pásma. Každý signál (diskrétní i analogový) vyžaduje pro přenos určitou šířku pásma: základní pásmo baseband – pro přenos signálu s jednou frekvencí (není transponován do jiné frekvence) – typicky LAN úzké pásmo narrowband – pro hlasové přenosy
E N D
Přenosová pásma • Každý signál (diskrétní i analogový) vyžaduje pro přenos určitou šířku pásma: • základní pásmo baseband – pro přenos signálu s jednou frekvencí (není transponován do jiné frekvence) – typicky LAN • úzké pásmo narrowband – pro hlasové přenosy 50 – 64 kbps – typicky telefonní sítě • široké pásmo broadband • pro multiplexované přenosové kanály (frekvenčně sdílené) – typicky WAN • pro TV přenosy 6 MHz
Přenosová pásma • Šířka přenosového pásma - propustnost komunikačního kanálu – přenosová rychlost • Čím kvalitnější přenosové médium, tím má větší šířku pásma • Dostatečná šířka pásma (měřená v Hz) – předpoklad vysoké přenosové rychlosti (měřené v b/s) • Přenosová rychlost je úměrná modulační rychlosti (měřené v jednotkách „Baud“ – Bd)
Signál • Periodický signál s(t + T) = s(t) • Signál analogový • perioda - T • amplituda - A • fáze - Φ • Signál diskrétní (digitální) • perioda - T • amplituda - A
Kódování - modulace • Pojmy kódování, modulace – projekce dat do signálu • kódování – konverze do diskrétního signálu • modulace – konverze do analogového signálu • Kódovací/modulační techniky • prvek dat (např. bit) prvek signálu • prvek signálu – taková část signálu, která zabere nejkratší interval signálového kódu • diskrétní – napěťový puls konstantní amplitudy • analogový – puls konstantní frekvence, fáze a amplitudy
1 0 0 1 1 1 0 1 0 B A časování perioda bitu Kódování - modulace • Množství informace v prvku signálu – nejjednodušší případ 1:1 • Úrovně signálu – nejjednodušší případ 2 • Příklad jednofázového kódování • Bi-fázové kódování - perioda bitu je rozdělena na dvě „fáze“, časování probíhá v každé fázi, tzn. perioda bitu je dvojnásobek periody prvku signálu
Kódování - modulace • Data se konvertují do prvků signálu bit po bitu po oktetech • Pořadí bitů v signálu je specifikováno danou přenosovou technologií big-endian nebo little-endian např. technologie Ethernet používá „little-endian“ • Měření charakteristiky přenosového kanálu • přenosová rychlost C [bps] • modulační rychlost M [baud] • počet bitů v prvku signálu b(např.bi-fázovýkód Manchester b = ½ ) C = M x b
Počítačové sítě • Možné konverze data signál digitální data kódování diskrétní signál síťová karta digitální data modulace analogový signál modem analogová data kódování diskrétní signál CODEC analogová data modulace analogový signál analog. telefon
Počítačové sítě • Důvody pro modulaci a kódování • technické - vysílání signálu musí být technologicky proveditelné • zvýšení účinnosti a využitelnosti spoje • zvýšení odolnosti přenosu – menší bitová chybovost (BER – Bit Error Ratio) • možnost detekce chyb • možnost synchronizace přenosu • zvýšení bezpečnosti přenosu – znemožnění odposlechu (zvláště u bezdrátových přenosů)
Kódování - modulace Příklady kódovacích technik digitální data diskrétní signál NRZ - L NRZ I Bipolar. AMI Pseudoternary Manchester Diff. Manchester
Kódování - modulace 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 Principy modulace amplitudová frekvenční fázová
Kódování - modulace • Modulace – digitálními nebo analogovými daty se mění (moduluje) nosný signál s nosnou frekvencífc . „Nosná“ určuje umístění signálu v rámci elektromagnetického spektra. Modulace – změna charakteristiky signálu • Vlastnosti modulačních technik (u elektrických vodičů): • aplitudová – málo odolná proti vnějšímu rušení • kmitočtová – vhodná pro nižší rychlosti • fázová – nejodolnější, vhodná i pro vyšší rychlosti • Modulace se používá • v bezdrátových technologiích • v přenosech optickými vlákny • v přenosech metalickými vodiči
Kódování - modulace • Modulační techniky digitální data – analogový signál (modem) – víceúrovňové techniky b = 2 nebo 4: • Kvadraturní fázová modulace • Kombinace fázové a amplitudové modulace • Techniky pro bezdrátové přenosy – rozprostřené spektrum (spread spectrum) – zabezpečení proti odposlechům a kolizím – FHSS a DSSS (dále na semináři)
Modulační techniky 00…. 450 01….. 1350 10….. 2250 11….. 3150 • QPSK – Kvadraturní fázová modulace – 4 fázové posuny přenáší 2 bity Π/2 3Π/4 Π/4 01 00 Π 0 ~ 2Π fáze referenčního signálu 11 10 7Π/4 5Π/4 3Π/2
Modulační techniky • QAM – Kvadraturní amplitudová modulace (např. 256 QAM přenáší v jednom prvku signálu 8 bitů) 00000000 00000001 00000010 00000011 ………… ………… 11111110 11111111 16 fázových posunů 16 úrovní amplitud fáze referenčního signálu
Kódování - modulace • Modulace analogová data digitální signál • Multimediální data, přenosy hlasu – CODEC • Modulační technika PCM (Pulse Code Modulation) – princip „vzorkování“ –snímání amplitudy signálu v pevných časových periodách, vyhodnocení vzorků hodnotou (určitý počet úrovní). Např. : 16 úrovní …. 4 bity 256 úrovní …..8 bitů Pro přenos hlasu je postačující vzorkování v periodě 125s s rozlišením 256 úrovní (8 bitová informace), tj. přenosová rychlost 64 kbps (šířka pásma 4 kHz) • Alternativa PCM – DM (Delta Modulation)– diferenciální impulsní kódová modulace
Přenos signálu Problémy při přenosech signálu • zkreslení • útlum • zpoždění • rušení – parazitní signál – šum Řešení – přenosové technologie • specifikace elektrických a světelných charakteristik přenosových médií • specifikace maximálních délek segmentů vodičů • volba vhodného typu modulace nebo kódování • atd.
HUB HUB Repeater Obnovený signál Deformovaný signál Přenos signálu • Prostředky pro obnovu signálu: zesilovače, opakovače (repeaters)
Přenos signálu • Kapacita přenosového kanálu – maximální přenosová rychlost v bitech za vteřinu [b/s] nebo [bps] • ideální (podle Nyquista) C = 2 W log2 M C …… přenosová rychlost [bps] W…….šířka přenosového pásma [Hz] M…….modulační rychlost - počet diskrétních pulsů nebo napěťových úrovní za sec [Bd]
S´ S N Přenos signálu • reálná (podle Shannona) C = W log2 ( 1 + S/N ) S/N…poměr signál/šum PS - výkon signálu (S/N)dB = 10 log10 PS /PNPN - výkon šumu 3 dB – 50 % ztrát 10 dB – 10 % ztrát 20 dB – 1 % ztrát 30 dB – 0,1 % ztrát
Přenos signálu • Přenosový kanál – soubor prostředků mezi dvěma uzly sítě umožňující přenos signálu (vysílací rozhraní, přenosové médium, přijímací rozhraní) • Přenosový kanál vytvářejí přenosové technologie, které specifikují • rychlost přenosu • pořadí bitů • little endian – bit s nejmenší váhou v oktetu je vyslán první • big endian – bit s největší váhou v oktetu je vyslán první • přenosové médium (typ, max. a min. délku…) • koncovky (typy konektorů, označení pinů…) • fyzikální charakteristiky signálu • zařízení pro regeneraci signálů • ……
Přenos signálu • Požadavky na přenosové technologie: • vysoká přenosová rychlost • nulová chybovost • dlouhé vzdálenosti bez nutnosti obnovy signálu • nízké náklady
