Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Kommunikációs rendszerek. 1. A kommunikációban használt fontosabb fogalmak.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Kommunikációs rendszerek. 1. A kommunikációban használt fontosabb fogalmak."— Előadás másolata:

1 Kommunikációs rendszerek

2 1. A kommunikációban használt fontosabb fogalmak

3 Sávszélesség  A legtöbb elektromos áramkör frekvencia- függően viselkedik.  Ha az áramkör bemenetére adott jel frek- venciáját változtatjuk, miközben nagysága változatlan marad, a kimenő jel gyorsan csökken, ha a bemenő jel egy bizonyos frekvencia alá, illetve valamely frekvencia fölé kerül.

4 Sávszélesség BW=f2-f1

5 Sávszélesség  A sávszélességet az f2-f1 különbséggel definiáljuk, ahol f1 az alsó és f2 az ún. felső határfrekvancia. Ezekben a pontokban a kimenő jel a maximális érték felére esik vissza.  Meghatározza az információtovábbítás sebességét

6 Csillapítás  Valamely elektronikus alkatrész, vagy adatátviteli összeköttetés kimenetén a jel amplitúdója kisebb, mint a bemenetén.  Definíció szerint a csillapítás a kimenő és a bemenő teljesítmény hányadosa.  A csillapítást az áramkörök belsejében levő veszteségek okozzák

7 A decibel-skála  A kommunikációs rendszerekben az erősítést és a csillapítást decibelben adják meg.  A decibel (dB) definíció szerint a két teljesítmény hányadosának a logaritmusa (*10).  (Az emberi érzékszerveknek megfelelő skála – antropomorf, pl. kétszer akkora hangszóró teljesítmény csak 3dB növekedést okoz, amit épp hogy csak érzékelünk.)  dB=10log 10 P 1 /P 2 ; Pl: P 1 /P 2 = 10 6  60 dB

8 Zaj  Minden olyan jelet, ami nem része az információ- nak a kommunikációs összeköttetésben zajnak tekintünk.  A zaj forrása lehet:  természetes eredetű (Nap, a kozmikus sugárzás),  mesterséges, valamilyen emberi tevékenység,  keletkezhet zaj magában a rendszerben is, pl. az ellenállások, vagy a félvezetők termikus zaja.  A zaj erősen befolyásolja a kommunikációs rend- szer információátvivő képességét.

9 Jel/zaj viszony  A kommunikációs rendszerekben nem a zaj abszolút értéke, hanem annak a hasznos jel teljesítményéhez való viszonya a döntő tényező.  Ezért hasznos definiálni a jel/zaj viszony-számot, ami a jel és a zaj teljesítményének a hányadosa  Szintén decibelben fejezzük ki.  Példa: Bay Zoltán, 1946 hold-echo kísérlet

10 Moduláció  A folyamatos szinuszhullám nem hordoz információt.  Hogy közölhessünk vele valamit, egy infor- mációt hordozó hullámot kell rá ültetnünk.  Ezt a folyamatot nevezzük modulációnak, magát a szinuszhulámot pedig vivőnek.

11 Miért van szükség a vivőre?  Hogy az elektromágneses hullámokat megfelelő hatásfokkal sugározhassuk, az adó antenna mérete a hullámhossz fele, vagy negyede kell hogy legyen: pl. 3000Hz-es hangfrekvencia esetén 25 km.  Az egymáshoz közel levő rádióadóknak más- más vivőfrekvenciát kell használniuk.

12 Elektromágneses spektrum - szolgáltatások

13 2. Analóg modulációs rendszerek

14 Amplitúdómoduláció (AM)  A vivő amplitúdóját változtatjuk az átvinni kívánt információnak megfelelően (1906)

15 AM

16 AM A moduláló jel: m(t) = M∙cos(  m t) A vivő jel: c(t) = C∙cos(  c t) AM: m(t) + C, így a modulált jel: y(t) = ( C+M∙cos(  m t) ) ∙cos(  c t) De: cos  ∙cos  = ½ ( cos(  +  ) + cos(  -  ) ) y(t) = C∙cos(  c t) + M/2∙ ( cos(  c +  m )t ) + M/2∙ ( cos(  c -  m )t )

17 AM – DSB  A jel teljesítménye megoszlik a vivőfrekvenciás összetevő és a két oldalsáv között (Double Sideband); középhullámú rádió:  4,5kHz  Csak a teljesítmény egynegyede hasznos, hordoz infor- mációt.  Hatékonyság növelése  DSSC (suppressed carrier)  SSB (single sideband); pl. amatőr rádiózás

18 Frekvenciamoduláció  Az információt a vivő pillanatnyi frekven- ciája hordozza (1935)

19 FM

20 FM Az FM jel spektrumában a vivőfrekvencia mellett végtelen számú frekvenciakomponens jelenik meg. A magasabb rendű komponensek nyugodtan elhanyagol- hatók, mivel amplitúdójuk már nagyon kicsi.

21 FM  Az FM adók 100MHz környékén működnek  „high-fidelity”: 15 kHz felső moduláló frekvencia  Nagyobb sávszélességű (0,2MHz)  Kevésbé érzékeny a zajokra  Az adó hatásfoka jobb

22 3. Digitális és hibrid modulációs rendszerek

23 Shift keying  Két (vagy több) érték közötti kapcsolga- tás: „váltó billentyűzés”  ASK (amplitúdó)  FSK (frekvencia)  PSK (fázis)

24 Amplitude Shift Keying (ASK)  A legegyszerűbb formája az amplitúdó ki-be kapcsolgatása  Morze szikra-távíró  Ma már szinte sehol sem alkalmazzák

25 Frequency Shift Keying (FSK)  Az információt a modulált vivő pillanatnyi frekvenciája hordozza.  1962, AT&T: az első kereskedelmi forgalomba került modem (300 bit/s); hamarosan átálltak PSK-ra  Egyszerű előállítani és detektálni  Érzéketlen a csatornában bekövetkező amplitúdó változásokra  Pl: GSM

26 Phase Shift Keying (PSK)  Az információt a modulált vivő pillanatnyi fázisa hordozza.  Koherens PSK: demoduláció a vevőben előállított vivővel való összehasonlítás alapján történik.

27 DPSK  Differenciális PSK: a fázisváltozás hordoz- za az információt

28 PSK változatok  Bináris PSK: a két állapot akkor különböztethető meg a legjobban, ha egymáshoz képest 180°-os a fáziseltérés.  Kvadratura PSK (QPSK): 4 fázis, egy fázisszög két bitet reprezentál  8-PSK: 8 fázis, egy fázisszög három bitet repre- zentál  Több mint 8 fázis esetén már túl nagy lenne a hibaarány

29 PSK alkalmazások  Vezeték nélküli LAN: számos különböző PSK-t használ az adatsebességtől függően  Vezeték nélküli PAN  Bluetooth: szintén többfélét használ, pl. 8-DPSK  ZigBee (egyszerűbb, olcsóbb, mint a Bluetooth): pl. BPSK

30 Pulzus modulációk  Digitális – analóg hibrid technika  Szabályos időközönként mintát veszünk a jelből

31 Pulse Amplitude Modulation (PAM)  Az analóg jel mintavételezésével impulzusok sorozatát kapjuk.  A pulzusok nagysága megfelel az analóg jel mintavételezés időpontjában felvett értékének.  Az analóg jel helyett ezeket az impulzusokat továbbítják  Napjainkban gyakorlati alkalmazása nincs  Érzékeny a zajokra

32 PAM

33 Pulse Code Modulation (PCM)  A PAM minta amplitúdójához egy számértéket rendelünk  Analóg jel digitális reprezentációja  Mintavételezés  Kvantálás  Felhasználás  Digitális telefonrendszerek  Digitális hang  Digitális videó

34 Mintavételezés- kvantálás

35 PCM – digitalizálás  Telefon: 8kHz; 8 bit  64 kbit/s (Nyquist kritérium)  DPCM (differenciális):  Két egymást követő érték különbségét kódolja.  Csökken a szükséges bitek száma  Akkor a legelőnyösebb, ha nagy a korreláció az egymást követő minták között (pl. kép)  ADPCM (adaptív): változtatják a kvantálás finomságát (pl. Voice over IP)

36 PCM – a bitfolyam kódolása (alapsávi átvitelnél)  Non-return-to-zero (NRZ)  RS-232  Számítógépen belüli jelek  Return-to-zero (RZ) (szinkronizálás)  Manchester kódolás (pl. Ethernet)

37 Egyéb pulzus modulációk  PWM (szélesség): a pulzusok szélessége felel meg az analóg jel amplitúdójának; felhasználás pl. teljesítmény-, feszültség- szabályzás  PPM (pozíció): az információt a pulzusok közötti idő kódolja; ritka, pl. járművek rádiós vezérlése  PDM (sűrűség), más néven PFM: a pulzusok sűrűsége felel meg az analóg kel amplitúdójának

38 PCM vs analóg moduláció  Nagy távolságú átvitelnél az ismétlőállomásokon lehetséges a jel regenerálása  Kedvezőbb kimeneti jel/zaj viszony  A legváltozatosabb jelfajták átvitelére is fel lehet használni  Digitális áramkörök alkalmazása: olcsóbb, meg- bízhatóbb  Forrás kódolás: titkosítás, hibafelismerés, hiba- javítás lehetséges (www.mindentudas.hu/gyorfi)  Bonyolultabb

39 Multiplex rendszerek  Több üzenet egyidejű átvitele egy adott csatornán  Frekvenciaosztásos (FDM – Frequency Division Multiplex)  Időosztásos (TDM – Time Division Multiplex)

40 Frekvencia-multiplexelés Különböző frekvenciájú vivők (rádió, TV) Telefon: 1910, a mai digitális rendszerekben TDM

41 Idő-multiplexelés Pl: GSM A 2. Világháború során fejlesztették ki Churchill és Roosevelt közötti rádiókapcsolat titkosítására.

42 4. Telekommunikáció

43 A kommunikáció fejlődése

44 Rádió

45 Rádió története  Nicola Tesla 1893; Guglielmo Marconi, Alexander Popov 1895;  AM, 1920  FM, 1933 Signal Hill, itt fogta Marconi az első transz- atlanti üzenetet ben

46 AM rádió  Hosszú, közép (530–1620 kHz) és rövidhullám  Nappal a föld felszínéhez közel terjedve néhány 100km-re jutnak el  Éjjel az ionoszféra visszaveri a hullámokat, így sokkal messzebbről is hallhatók.  Érzékeny a légköri zavarokra

47 FM rádió  VHF (URH): 100 MHz körül  Sztereo  kompatibilisnek kell lennie a mono vevőkkel  M=(L+R)/2 és S=(L-R)/2 sugárzása  Mono vétel: csak M ; sztereo vétel: L=M+S, R=M-S,  A moduláló jel a következő összetevőkből áll:  M, 50Hz-15kHz  S ráültetve egy 38kHz-es segédvivőre (AM)  egy 19kHz-es referenciajel a demodulálás számára

48 Televízió  PAL: 625-sor/50Hz  50 félkép másodpercenként (interlace)  Kép: negatív amplitúdó moduláció  Hang: FM

49 Telefon  Emberi hang átvitele: 300Hz Hz  Analóg rendszerben FDM  Modem (modulátor/demodulátor)  számítógép felől érkező digitális információnak megfelelő analóg jelet kell előállítania,  a túloldalon ezt a műveletet fordítva is el kell végeznie  nem AD/DA átalakítás  Fázismoduláció  Digitális telefonközpontok (PCM)

50 Digitális előfizetői vonal - DSL  Digital Subscriber Line (1988)  Közönséges telefonvonalon lehetővé teszi a digitális kommunikációt a hangszolgáltatás zavarása nélkül (3400Hz felett)  Üzleti megfontolásból (kábel TV konkurencia) csak a 90-es évek végétől terjedt el  ADSL2+: 20 Mbit/s, 2km (Asymmetric)

51 ADSL  FDM (frekvencia multiplexelés): a két sáv további 4,3 kHz-es csatornákra van osztva.  Moduláció: pl. PSK.  Ha valamelyik frekvenciasávban a jel/zaj viszony nem megfelelő, akkor azt nem használja, így csökken a sebesség. PSTN: Public Switched Telephone Network- nyilvános kapcsolt telefohálózatból

52 Analóg telefonhálózat

53 ISDN  Integrated Services Digital Network — integrált szolgáltatású digitális hálózat  Digitális bitcső, időosztásos multiplexeléssel felosztják több független csatornára  Csatornák  A 4 kHz-es analóg telefoncsatorna.  B 64 kbit/s-os PCM csatorna hang és adatátviteli célokra. Csupán adattovábbításra használható. A hibajavítás a felsőbb rétegek feladata.  C 8 kbit/s vagy 16 kbit/s sebességű digitális csatorna.  D 16 kbit/s vagy 64 kbit/s sebességű csatorna a sávon kívüli jelzésekhez. Ezen keresztül történik meg a híváskérések üzeneteinek az elküldése.  E 64 kbit/s sebességű digitális csatorna a sávon belüli jelzésekhez.  H 384 kbit/s, 1536 kbit/s, illetve 1920 kbit/s sebességű digitális csatorna.  Alapsebességű hálózat, amelyben kettő B és egy D csatornát alakítottak ki.

54 Mobilhálózat  Cellás felépítésű  Minden cellában a telefonokkal egy rádiófrekvenciás adó- vevő antenna (bázisállomás) tartja a kapcsolatot.  A cellák alakja elméletileg hatszög  Az egymáshoz közeli cellákban más a vivőfrekvencia  Frekvencia újrahasznosítás  Mivel minden cellában több telefon tartózkodik, ezért a frekvenciasávot kisebb részekre, csatornákra osztják. Minden telefon egy csatornán keresztül képes kommu- nikálni a bázisállomással.  A cellák közötti csatornakiosztás lehet statikus, dinamikus.

55 Cellák logikai felépítése

56 GSM - Global System for Mobile Communications  A legelterjedtebb mobiltelefon szabvány (2. ge- nerációs)  A jelzés és a beszédcsatornák is digitálisak (FSK)  Short message service  tárol-és-továbbít elv (store-and-forward)  ún. best-effort kézbesítés (nem garantált)  900MHz: 124 vivőfrekvencia (200kHZ-enként), egyenként 8 beszédcsatornával (TDM)  Subscriber Identity Module

57 GSM cellaméretek  Makrocellák: max. 35 km  Mikrocellákat: antenna az átlag tetőszint alatt (nagyvárosok központjaiban).  Pikocellák: néhány 10 m, főleg épületen belül  Esernyő cellák: az árnyékol, vagy lefedet- len területeket töltik ki


Letölteni ppt "Kommunikációs rendszerek. 1. A kommunikációban használt fontosabb fogalmak."

Hasonló előadás


Google Hirdetések