1 / 94

Multimedie- och kommunikationssystem, lektion 5

Multimedie- och kommunikationssystem, lektion 5 . Kap 6: Digital transmission. Fysiskt medium. Modulation. Nyquists och Shannons kapacitetsgränser. Figure 6.7 Sources of signal impairment. Example 6.3. Asynchronous transmission. Example 6.6: Clock rate deviation.

melyssa-garrett
Download Presentation

Multimedie- och kommunikationssystem, lektion 5

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Multimedie- och kommunikationssystem, lektion 5 Kap 6: Digital transmission. Fysiskt medium. Modulation. Nyquists och Shannons kapacitetsgränser.

  2. Figure 6.7 Sources of signal impairment.

  3. Example 6.3

  4. Asynchronous transmission

  5. Example 6.6: Clock rate deviation

  6. Figure 5.26Analogue amplitude modulation

  7. Figure 5.29 Analogue frequency modulation

  8. Digitala modulationsmetoder Binär signal ASK = Amplitude Shift Keying (AM) FSK = Frequency Shift Keying (FM) PSK = Phase Shift Keying (PSK)

  9. Digital modulation • För att överföra N bit/symbol krävs M=2N • Vid M symboler överförs N=log2M bit/symbol. • Baudrate fs= antal symboler per sekund. Enhet: baud eller symboler/sekund. • Symbollängd Ts= 1/fs. fs= 1/Ts • Bitrate R = datahastighet. Enhet: bps eller bit/s. • R= fslog2M

  10. Exempel: Nedan visas åtta symboler som används av ett s.k. 8QAM-modem (QAM=Quadrature Amplitude Modulation). Symbolerna i övre raden representerar bitföljderna 000, 001, 011 resp 010 (från vänster till höger). Undre raden representerar 100, 101, 111 resp 110.

  11. Forts exempel:

  12. Table 5.1 Bit and baud rate comparison

  13. Figure 5.13Relationship between baud rate and bandwidth in ASK, PSK, QAM (not FSK) without pulse shaping Vid många modulationsformer t.ex. s.k. ASK, PSK, och QAM är signalens bandbredd = symbolhastigheten. Vid FSK är bandbredden vanligen större. Bandbredden kan minskas genom s.k. pulsformning.

  14. Maximal kanalkapacitet enligt Nyquist

  15. Example 6.4: Nyquist maximum data rate

  16. Shannons regel Kanalkapaciteten C är max antal bit per sekund vid bästa möjliga modulationsteknik och felrättande kodning: C = B log2 (1+S/N), där B är ledningens bandbredd i Hertz (oftast ungefär lika med övre gränsfrekvensen), S är nyttosignalens medeleffekt i Watt och N (noice) är bruseffekten i Watt.

  17. Example 6.5: Shannon information capacity

  18. Trådlös transmission

  19. Nästa generations mobilsystem? Samverkan mellan olika system

  20. Spektrum • Gråmarkerade frekvenser är i huvudsak upptagna • Högre frekvenser ger dyr utrustning/kort räckvidd Radiovågor Mikrovågor IR UV Röntgen Synligt ljus Mobiltelefoni

  21. Våglängd och frekvens Ju högre frekvens desto kortare våglängd.

  22. Vågutbredning av radio- och mikrovågor • Exempel: Radio-LAN använder ofta frekvensen 2.4GHz,dvs våglängden 300/2400 =0.125m. • Radioskugga kan uppstå bakom föremål med storlek några våglängder (några dm i vårt exempel). • Radiovågor dämpas kraftigt av metallnät, t.ex. armeringsjärn, med mindre hål än en halv våglängd (ca 6 cm i vårt fall). Metallnätet utgör då Faradays bur. • Avståndsberoende dämpning. I vakuum avtar signalen kvadratiskt med avståndet, dvs 6 dB dämpning per dubblering av avståndet. I stadsbebyggelse är dämpningen ca 9 – 12 dB per dubblering av avståndet.

  23. Förenklad modell av dämpningen

  24. Mobiltelefoni • Cell = täckningsområde för en basstationsantenn. • En basstationssite har ofta tre antennriktningar, dvs tre celler. • Handover = byte av cell eller kanal under samtalet • Roaming = byte av trafikområde i väntan på samtal. • Paging = sökning av mobil över hela trafikområdet vid inkommande samtal.

  25. Dynamic resource management with channel reuse factor 1 Channel 1 Channel 2 Channel 3 Channel 4 Radio resource management Traditional static handover Example: Channel reuse factor 4 Channel 1 Channel 2 Channel 3 Channel 4

  26. 3 3 2 2 1 Återanvändningav kanaler • Dämpningen möjliggör återanvändning av kanaler • Fler celler som täcker samma yta ger högre ytkapacitet [Mobiler / km2] 3 3 3 Celler med samma siffra använder samma kanaler. I figuren är antalet kanalgrupper tre. 2 2 1 1 1 2 1

  27. Channel 2 Channel 1 Channel 3 Handover map Fixed Channel Allocation with static handover Cellerna definieras av handovergränserna, och är (i teorin) hexagonala.

  28. Mobiltelesystemens generationer • 1G: Analog modulation – FDMA. T.ex. NMT. 80-talet. • 2G: Digital modulation, TDMA + FDMA. T.ex. GSM. 90-talet. • 2.5G: GPRS, dvs paketförmedling. • 3G: Edge (8PSK) eller WCDMA (spread spectrum). 2000-talet. • 3.5G: All-IP-infrastructure, inkl IP-telefoni istället för kretskopplad telefoni? Asymmetrisk. HSDPA. • 4G: Hybrid av många system? Heterogen täckning? COFDM-modulation? Dynamisk kanalallokering? 2010-talet?

  29. Störningar vid trådlös kommunikation • Brus och elektriska störningar: • ”Gaussiskt vitt brus”, innebär att en gaussiskt fördelad (dvs normalfördelad) slumpmässig spänning som innehåller läggs till signalen. Dess spektrum har lika stark energi vid alla frekvenser. • Samkanalsstörningar (co-channel interference) • Långsam skuggfädning: • Log-normal fördelning av dämpningen. • Flervägsutbredning ger upphov till: • Ekon och tidsspridning av signalen, vilket ger inter-symbol-interferens (ISI) • Snabb fädning. Denna kan vara flat eller frekvensselektiv dämpning. Vid frekvensselektiv dämpning blir symbolen distorderad. • Rayleigh-fördelad om direktvåg saknas • Rician-fördelad dämpning vid line-of-sight. • Fasvridning. • Skurfel • Dopplerskift • M.m

  30. Diversitet • Tidsdiversitet genom bit-interleaving (omkastning av bitarna i tid, så att inte skurfel drabbar samma paket) • Rumsdiversitet (flera antenner) • Frekvensdiversitet (frekvenshopp, spread spectrum eller COFDM dvs många smalbandiga bärvågor)

  31. Spread spectrum DS-CDMA = Direct Sequence Code DivisionMultiple Access Chip sequencies

  32. Figure 13.15Encoding rules

  33. Figure 13.16CDMA multiplexer

  34. Figure 13.17CDMA demultiplexer

  35. TV-distribution

  36. Analoga TV-system • Europa: 25 bilder per sekund (50 halvbilder), 625 linjer. Färginformation enligt PAL-systemet (de flesta europeiska länder). • USA: 30 bilder per sekund (60 halvbilder), 625 linjer. Färginformation entligt NTSC-systemet.

  37. Figure 11:2: Analog TV-signal Luminance = svartvit information och synksignaler. Chrominance = färginformation. Audio = ljudsignal.

  38. TV band frequency division multiplex

  39. Figure 11.20: The terestrial digital video broadcasting system (DVB-T)

  40. Example 11.1: FEC in the digital TV system

  41. COFDM modulation (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex) Flera tusen långsamma modulatorer på var sinunderbärvågistället för ensnabb.

  42. COFDM spectrum Ortogonal modulation innebär oberoende bärvågor. Spektrum av en bärvåg påverkar inte mottagnning av en annan bärvåg om frekvensavståndet är 1 didividerat med symboltiden. Därmed behövs inte filter.

  43. The OFDM modulation scheme Example:4 sub-carriers 8 PSK

  44. Syfte med COFDM • Långa symboler gör att vi har råd med ”guard-interval” emellan så att ISI (Inter-symbol interference) kan undvikas. • Den frekvensselektiva fädningen blir flat inom varje underbärvåg, och kan därmed motverkas genom felrättande kod, utan avancerad equalizer. COFDM är viktig inom ett stort antal trådlösa system, och förväntas användas inom 4G.

  45. Single Frequency Networks (SFN) = Transmitter Macro Diversity

  46. Example 11.2: Number of COFDM subcarriers in the DVB-T system

  47. Technical data for DAB and DVB-T

More Related