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 1
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) 2
Periodický signál s(t + T) = s(t) Signál analogový perioda - T amplituda - A fáze -Φ Signál diskrétní (digitální) perioda - T amplituda - A 3
Pojmy kódování, modulace projekce dat do signálu kódování konverze do digitálního signálu modulace konverze do analogového signálu Kódovací/modulační techniky prvek dat (např. bit) prvek signálu prvek signálu takováčást signálu, která zabere nejkratší interval signálového kódu diskrétní napěťový puls konstantní amplitudy analogový puls konstantní frekvence, fáze a amplitudy 4
Množství informace v prvku signálu nejjednodušší případ 1:1 Úrovně signálu nejjednodušší případ 2 Příklad jednofázového kódování B 1 0 0 1 1 1 0 1 0 A perioda bitu časování Bi-fázové kódování - perioda bitu je rozdělena na dvě fáze, časování probíhá v každé fázi, tzn. perioda bitu je dvojnásobek periody prvku signálu 5
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-fázový kód Manchester b = ½ ) C = M x b 6
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 7
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) 8
Příklady kódovacích technik digitální data diskrétní signál NRZ - L NRZ I Bipolar. AMI Pseudoternary Manchester Diff. Manchester 9
0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 Principy modulace amplitudová frekvenční fázová 10
Modulace digitálními nebo analogovými daty se mění (moduluje) nosný signál s nosnou frekvencí f c. 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 11
Modulační techniky digitální data analogový signál (modem) víceúrovňové techniky b = 2 nebo 4: Kvadraturní fázová modulace Kombinace fázové a amplitudové modulace Modulační techniky pro bezdrátové přenosy rozprostřené spektrum (spread spectrum) zabezpečení proti odposlechům a kolizím FHSS a DSSS (dále na semináři) 12
Modulační techniky QPSK Kvadraturní fázová modulace 4 fázové posuny přenáší 2 bity 0 ~ 2Π Π/2 Π/4 3Π/4 00 01 Π 00. 45 0 01.. 135 0 10.. 225 0 11.. 315 0 fáze referenčního signálu 7Π/4 11 10 3Π/2 5Π/4 13
Modulační techniky QAM Kvadraturní amplitudová modulace (např. 256 QAM přenáší v jednom prvku signálu 8 bitů) 00000000 00000001 00000010 16 fázových posunů 16 úrovní amplitud 00000011 11111110 11111111 fáze referenčního signálu 14
Modulace analogová data Počítačové sítě 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 125µs 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 15
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. 16
Prostředky pro obnovu signálu: zesilovače, opakovače (repeaters) HUB Repeater HUB Deformovaný signál Obnovený signál 17
Kapacita přenosového kanálu maximální přenosová rychlost v bitech za vteřinu [b/s] nebo [bps] ideální (podle Nyquista) C = 2 W log 2 M C přenosová rychlost [bps] W.šířka přenosového pásma [Hz] M.modulační rychlost - počet diskrétních pulsů nebo napěťových úrovní za sec [Bd] reálná (podle Shannona) C = W log 2 ( 1 + S/N ) S S N S/N poměr signál/šum (S/N) db = 10 log výkon signálu / výkon šumu 18
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 19
Požadavky na přenosové technologie: vysoká přenosová rychlost nulová chybovost dlouhé vzdálenosti bez nutnosti obnovy signálu nízké náklady 20