KIV/PD. Sdělovací prostředí

Transkript

1 KIV/PD Sdělovací prosředí Přenos da Marin Šime

2 Orienační přehled obsahu předměu 2 principy přenosu da mezi 2 propojenými zařízeními předměem sudia je přímá cesa, ne omuniační síť ja se přenáší signály přenosovým médiem svě analogových resp. digiálních signálů a da čím jsou určovány vlasnosi přenosových análů ja se ódují informace do signálových prvů ja se řeší výsyy chyb během přenosu řízení daového spoje v širším významu řízení ou, přísup médiu, případové sudie vybraných onréních prooolů

3 RM ISO OSI, oncepuální model 3

4 Záladní faa o omuniacích 4 reprezenace faů, pojmu, hlasu, exu, obrazu, videa, = daa (informace) daa jsou předměem přenosu da mezi zdrojem a cílem (cíli) vešeré formy přenosů da lze reprezenova signály signál v onexu omuniací časová funce šíření změn vybraných vlasnosí omuniačního prosředí reprezenova vyjadřova elemenární prvy informací (symboly, znay, ) specificými vlasnosmi signálu lasifiace signálů podle omuniačního prosředí opicý, elericý, eleromagneicý, ausicý, mechanicý, pneumaicý, hydraulicý,

5 Eleromagneicý signál 5 časová funce změn eleromagneicých vlasnosí přenosového prosředí (média) veličiny reprezenující eleromagneismus proud, napěí, vlasnosi veličin využívané pro reprezenaci přenášených da inenzia signálu reprezenace množsví energie, A rychlos opaování ypového vzoru signálu frevence, f posunuí průběhu signálu v čase fáze, φ

6 Přenos signálů sdělovacím prosředím harmonicý signál superpozice signálů jsou-li ω celými násoby jedné a éže frevence ω, pa je signál F() daný superpozicí aé harmonicý j. dyž rozepíšeme pa dosaneme goniomericý polynom 6 ) sin( ) ( A f... ) ( ) ( ) ( ) sin( ) ( 2 1 f f F A f n A A Fn 1 0 ) sin( ) ( cos sin sin cos ) sin( n b a A Fn 1 0 ) sin cos ( ) (

7 Frevenční sperum signálu 7 pro harmonicý signál je sperum disréní pro neharmonicý signál je sperum spojié čemu o je? mohu ovlivni výběr sdělovacího prosředí analýzou mohu zjisi přenosové paramery prosředí a přizpůsobi jim signál a, aby prošel co nejméně zreslený

8 Charaerisiy sdělovacího prosředí 8 linearia sdělovacího prosředí y 1( ) y 2 ( ) f ( x 1( )) f ( x 2 ( )) zreslení signálu průchodem úlum a fázový posun přenosová charaerisia charaerizována omplexní funcí fázová charaerisia závislos úhlu na frevenci ampliudová charaerisia snížení ampliudy na výsupu H ( ) y H ( n x n časěji se udává úlumová charaerisia v decibelech (db) n ) Ay Ax n n Ay n A ( n ) 20 log 20 log H ( n ) Ax n

9 Záladní přenosové pojmy 9 modulační rychlos (baudová rychlos) ja rychle lze měni přenášený signál při přenosu v přeloženém pásmu ja rychle lze modulova při přenosu v záladním pásmu ja rychle lze měni samoný signál poče změn signálu za jednou času nelze zvyšova doneonečna omezení šířou pásma a schopnosí příjemce deeova změny přenosová rychlos objem da přenesených za jednou času v přenosová = v modulační log 2 (M) M poče možných savů přenášeného signálu

10 Nyquisova věa 10 plaí pro idealizovaný anál bez šumu určuje maximální rychlos přenosu da C [b/s] víceúrovňovým signálem v análu se šířou pásma B [Hz] C = 2B log 2 M M poče signálových úrovní/prvů signálu (2,4,8,16, ) variace Nyquisovy věy pro binární signál C=2B rychlos přenosu da análem bez šumu binárním signálem např. v elefonním pásmu 3Hz lze binárně přenáše daa rychlosí až 6b/s, ale ne rychleji

11 Poměr signál/šum 11 SNR Signal o Noise Raio poměr výonu daového signálu N 1 a výonu šumového signálu N 2 N 1 ypicy měřený na sraně přijímače SNR db 10 log 10 poměr SNR na vsupu přijímače je líčovým bodem návrhu omuniačního sysému SNR > 10dB výon šumu nepřesahuje 10% výonu signálu, přenos da lze řeši bez zabezpečování proo vlivu šumu 10dB > SNR > 4dB realizace přenosu da vyžaduje apliaci zabezpečení proi vlivu šumu SNR < 4dB výon šumu se blíží 50% výonu signál, praicy neumožňuje přenos da N 2

12 BER, Bi Error Rae 12 pravděpodobnos výsyu 1biové chyby během přenosu da ypicé vyjadřování BER 10-6 značí výsy 1 chyby na přenos 10 6 biů meody vylepšování BER opravné ódy BER je vymezována hodnoou SNR, zvýšení BER se vyvolává snížením výonu signálu zráou směrování anény, úlumem signálu, zvýšením výonu šumu inerferencemi, vzni zdroje šumu,

13 Shannonova věa 13 rychlos přenosu da C análem se šířou pásma B se šumem o nenulovém výonu C = B log 2 (1 + S/N) reprezenace eoreicého maxima dosažielné přenosové rychlosi přenosu da v reálném přenosovém análu v praxi se časo pracuje s nižšími rychlosmi než se Shannonovou rychlosí impulsní šum, zreslování úlumem a zpožďování se neuvažuje nepopisuje se způsob dosažení Shannonovy rychlosi

14 Ilusrace významu obou riérií 14 nechť dolní a horní mezní frevence análu jsou 3 a 4 MHz šířa pásma je edy B = 1MHz nechť SNR = 24dB = 10 log 10 (S/N), udíž S/N = 251 nejvyšší dosažielná rychlos C podle Shannona 6 C 10 log (1 251 ) Mb / 2 6 pořebný poče signálových prvů M pro dosažení C při dané šířce pásma B se odvodí podle Nyquisovy věy s C 2 B log 2 M, j log 2 M j. 4 log 2 M a udíž M 16 oo splňuje např. modulační schéma 16-QAM

15 Přenosové anály 15 digiální daa přenášená digiálními signály přenos v záladním pásmu (baseband) ódování NRZ-L, NRZI, Bipolar-AMI, Mancheser,... digiální daa přenášená analogovými signály vysílač ovlivňuje něeré z charaerisi analogového signálu digiální modulace ASK, FSK, PSK (Shif Keying) analogová daa přenášená digiálními signály analogová daa se digializují vzorováním a pro vysílání se ódují např. pulzně ódovou modulací PCM analogová daa přenášená analogovými signály analogová daa modulují nosný analogový signál (Modulaion)

16 Přenos v záladním pásmu, baseband 16 je snaha přenáše sejnosměrný signál a měni (modulova) jej podle přenášených da vliv omezené šířy přenosového pásma na signály obdélníového průběhu je velý pouze na raší vzdálenosi u něerých přenosových ces jej není možné použí, proože nepřenesou sejnosměrnou složu

17 Přenos v přeloženém pásmu, broadband 17 je snaha přenáše aový signál, erý daná přenosová cesa nejlépe přenáší vliv přenosových charaerisi prosředí na signál je minimální věší vzdálenosi

18 Defey při přenosu signálů 18 úlum, slábnuí (Aenuaion) slábnuí signálu, zráa energie způsobuje např. odpor média (oeplování média) zreslování (Disorion) zráa varu způsobuje rozdílnos rychlosí šíření signálu na různých frevencích šum (Noise) vliv cizorodé energie ermální šum, induovaný signál, přeslech, impulzní šum,

19 Úlum, slábnuí 19 signál v přenosovém médiu slábne se vzdálenosí ve vodičích exponenciálně vyjadřuje se v decibelech na jednoovou vzdálenos při bezdráovém přenosu slábnuí ovlivňuje navíc i amosféra úlum je rosoucí funcí frevence negaivní dopad na analogové vysílaní digiální vysílání je odolnější věšina energie pulsu se vysílá složami blízými záladní frevenci signál vysílaný výonem P 1 je přijímaný s výonem P 2 =0,5 P 1 úlum = 10 log 10 (P 2 /P 1 ) = 10 log 10 (0,5 P 1 /P 1 ) = 10 log 10 (0,5) = 10(-0,3) = 3 db

20 Úlum, slábnuí 20 db je logarimicá míra, v asade lze úlumy a zesílení vyjádřené v db sčía (odečía)

21 Zreslování složeného (obecného) signálu 21 zreslování složeného signálu je způsobováno různým zpožďováním slože problém vodičových přenosových médií např. složy blízé cenrální frevenci šířy pásma se šíří rychleji pomaleji šířené složy způsobují mezisymbolovou inerferenci

22 Šum 22 dodaečný signál vládaný mezi vysílač a přijímač ermální vlivem miání eleronů mezimodulační při šíření 2 signálů současně vzniá rovněž signál na součové frevenci přeslechy šířením signálu mezi vodiči (vodiče fungují jao anény) impulsní ráé pulsy v náhodné pozici s velou ampliudou (vnější rušení, poruchy v omuniačním sysému,...)

23 Analogový vs. digiální přenos (anál) 23 analogový přenos zajímá mě oamžiá hodnoa přenášené veličiny digiální přenos zajímá mě, zda hodnoa spadá do inervalu aždý přenos je v podsaě analogový o povaze rozhoduje pouze inerpreace analogový přenos není nidy ideální digiální přenos může bý ideální

24 Analogový vs. digiální přenos (anál), 2 24