telekomunikaČnÍ signÁly a telekomunikaČnÍ kanÁly
DESCRIPTION
TELEKOMUNIKAČNÍ SIGNÁLY A TELEKOMUNIKAČNÍ KANÁLY. SIGNÁLY. LIBOVOLNÉ FYZIKÁLNÍ VELIČINY JEDNA NEBO NĚKOLIK NEZÁVISLÝCH PROMĚNNÝCH (VĚTŠINOU ČAS), JEDNA ZÁVISLÁ. PŘÍKLADY : AKUSTICKÝ TLAK VYVOLANÝ HLÁSKOU „e“ , STUPNĚ ŠEDI NA ČB SNÍMKU, SÍLA ASFALTU NADÁLNICI D1, KURZ Kč K EURu. PŘÍKLADY. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
TELEKOMUNIKAČNÍ SIGNÁLY
A TELEKOMUNIKAČNÍ KANÁLY
2
SIGNÁLY
LIBOVOLNÉ FYZIKÁLNÍ VELIČINY
JEDNA NEBO NĚKOLIK NEZÁVISLÝCH PROMĚNNÝCH (VĚTŠINOU ČAS), JEDNA ZÁVISLÁ.
PŘÍKLADY : AKUSTICKÝ TLAK VYVOLANÝ HLÁSKOU „e“ , STUPNĚ ŠEDI NA ČB SNÍMKU, SÍLA ASFALTU NADÁLNICI D1, KURZ Kč K EURu.
3
PŘÍKLADY
4
SIGNÁL JE JEV FYZIKÁLNÍ, CHEMICKÉ, BIOLOGICKÉ, EKONOMICKÉ ČI JINÉ MATERIÁLNÍ POVAHY, NESOUCÍ INFORMACI O STAVU SYSTÉMU, KTERÝ JEJ GENERUJE. JE-LI ZDROJEM INFORMACE ŽIVÝ ORGANISMUS, PAK
HOVOŘÍME O BIOSIGNÁLECH BEZ OHLEDU NA PODSTATU NOSIČE INFORMACE.
POKUS O DEFINICI SIGNÁLU
5
ANALOGOVÉ A DISKRÉTNÍ SIGNÁLY
6
ANALOG VS DIGITAL SIGNALS
7
PERIODICKÉ SIGNÁLY
S(t) = s(t+k*T0)
PERIODICKÉ SIGNÁLY JSOU TAKOVÉ SIGNÁLY ČI JEJICH MODELY, JEJICHŽ FUNKČNÍ HODNOTY SE OPAKUJÍ V PRAVIDELNÝCH INTERVALECH.
8
PERIODICKÉ SIGNÁLY
SIGNÁL g) JE PERIODICKÝ JEN TEHDY, JE-LI VYŠŠÍ KMITOČET RACIONÁLNÍM NÁSOBKEM NIŽŠÍHO. JINAK SIGNÁL NAZÝVÁME KVAZI-PERIODICKÝM SIGNÁLEM
9
NEPERIODICKÉ SIGNÁLY
10
HARMONICKÉ SIGNÁLY
S(t) = A * cos(ωt + Ψ)
HARMONICKÝM SIGNÁLEM OZNAČUJEME SIGNÁL, JEHOŽ ČASOVÝ PRŮBĚH LZA POPSAT MODELOVAT FUNKCEMI SINUS NEBO KOSINUS
11
OBDÉLNÍKOVÉ SIGNÁLY
DŮLEŽITÝM PARAMETREM PERIODICKÝCH OBDÉLNÍKOVÝCH SIGNÁLŮ JE TZV. STŘÍDA (DUTY CYCLE) .
S= (t1/ T0) * 100 [%]
12
DETERMINISTICKÉ SIGNÁLY
JE-LI SIGNÁL DETERMINISTICKÝ, ZNAMENÁ TO, ŽE JEJ MŮŽETE ZCELA PŘESNĚ POPSAT FUNKCEMI ČASU TAK, ŽE MŮŽETE ZCELA PŘESNĚ VYPOČÍTAT JEHO HODNOTU V LIBOVOLNÉM ČASE.
MODEL ČASOVÉHO PRŮBĚHU TLAKU
13
STOCHASTICKÉ SIGNÁLY
ZÁZNAM SIGNÁLŮ EEG Z MOZKU
14
DETERMINISTICKÝ PRŮBĚH STOCHASTICKÝ PRŮBĚH
STOCHASTICKÉ-DETERMINISTICKÉ SIGNÁLY
15
NAPĚŤOVĚ ŘÍZENÝ OSCILÁTOR - VCO
PODSTATOU JE GENEROVÁNÍ HARMONICKÉHO SIGNÁLU JEHOŽ OKAMŽITÝ KMITOČET ZÁVISÍ NA OKAMŽITÉ HODNOTĚ JISTÉHO VEKTORU. NAPĚŤOVĚ ŘÍZENÝ OSCILÁTOR (VOLTAGE CONTROLLED OSCILLATOR - VCO) JE TERMÍN Z PRAXE, KDE OSCILÁTOR (GENERÁTOR HARMONICKÉHO SIGNÁLU) JE ČASTO ŘÍZEN VELIČINOU, JEJÍMŽ FYZIKÁLNÍM VÝZNAMEM JE ELEKTRICKÉ NAPĚTÍ.
16
HARMONICKÝ SIGNÁL S PROMĚNNÝM KMITOČTEM
CHIRP
KMITOČET HARMONICKÉHO SIGNÁLU SE BUDE MĚNIT VMEZÍCH A METODOU, STANOVENÝMI UŽIVATELEM . ZMĚNA KMITOČTU MŮŽE BÝT LINEÁRNÍ, KVADRATICKÁ NEBO LOGARITMICKÁ.
17
SPEKTRUM HARMONICKÉHO SIGNÁLU
18
SPEKTRUM HARMONICKÉHO SIGNÁLU
KAŽDÝ PERIODICKÝ ANALOGOVÝ SIGNÁL, SPLŇUJÍCÍ JISTÉ PODMÍNKY, LZE ROZLOŽIT NA ŘADU HARMONICKÝCH FUNKCÍ, KTERÉ SE BUDOU LIŠIT SVOU AMPLITUDOU, KMITOČTEM A POČÁTEČNÍ FÁZÍ. SOUČET VŠECH TĚCHTO HARMONICKÝCH FUNKCÍ PAK DÁ UVAŽOVANÝ PERIODICKÝ PRŮBĚH SIGNÁLU.
FOURIEROVA ŘADA - DANÁ PERIODICKÁ FUNKCE, SPLŇUJÍCÍ JISTÉ MATEMATICKO-TEORETICKÉ PODMÍNKY JE ROZLOŽENA NA NEKONEČNOU ŘADU HARMONICKÝCH FUNKCÍ.
19
OBECNÝ SDĚLOVACÍ ŘETĚZEC
Měnič zprávy
Měnič signálu
Přenosová cesta
Zpětný měnič signálu
Zpětný měnič zprávy
KÓDOVÁNÍ MODULACE PŘENOS DEMODULACE DEKÓDOVÁNÍ
ZDROJ Z PŘÍJEMCE ZRUŠENÍ
VYSÍLACÍ ČÁST PŘIJÍMACÍ ČÁSTPŘENOSOVÝ KANÁL
SPOJ
ZZ´
20
BLOKOVÉ SCHÉMA DIGITÁLNÍHO RADIOKOMUNIKAČNÍHO SYSTÉMU
21
BITOVÁ CHYBOVOST BER (BIT ERROR RATE)
BER = ne / (vp * t)
ne – počet chybně přenesených bitů
vp – přenosová rychlost
T - doba (interval) sledování
22
SHANNONOVY TEORÉMY ZDROJOVÉHO A KANÁLOVÉHO KÓDOVÁNÍ
Z Shannonovy koncepce komunikačního kanálu vyplývá další klasifikace kódů na zdrojové a kanálové kódy. Příklad zdrojového kódu je kompresní kód, kanálové kódy jsou např. kódy bezpečnostní. Poznatky z předchozích kapitol je možné slovně shrnout do dvou teorémů.
První z nich říká, že vhodným kódováním je možné „zhustit“ každou zprávu tak, že se její informační obsah může libovolně přiblížit její teoretické informační kapacitě podle Hartleye. Druhý teorém je vlastně Shannonova věta o kódování v šumovém kanále.
23
TEORÉM ZDROJOVÉHO KÓDOVÁNÍ
Počet bitů, nezbytných k jednoznačnému popisu určitého zdroje dat, se může vhodným kódováním blížit k odpovídajícímu informačnímu obsahu tak těsně, jak jepožadováno.Zdrojové kódování - kódy pro snižování
nadbytečnosti.
např. MP3 – zvuk ; MPEK - obraz
24
TEORÉM KANÁLOVÉHO KÓDOVÁNÍ
Frekvence výskytu chyb v datech přenášených pásmově omezeným kanálem se šumem může být vhodným kódováním dat redukována na libovolně malou hodnotu, pokud je rychlost přenosu informace menší než činí kapacita přenosového kanálu.
25
ROZDÍLY ZPRÁVY Z A Z´ROZDÍLY ZPRÁVY Z A Z´
JSOU ZPŮSOBENY :
A) NEDOKONALOSTMI ZÁKLADNÍCH MĚNIČŮB) NEDOKONALOSTMI TELEKOMUNIKAČNÍHO KANÁLU (ZKRESLENÍ ZPRÁVY) – VNITŘNÍ VLIVC) RUŠENÍM (INTERFERENCÍ) – VNĚJŠÍ VLIV
26
OBJEM SIGNÁLU VSOBJEM SIGNÁLU VS
PRVOTNÍ ELEKTRICKÝ SIGNÁL NA VÝSTUPU MĚNIČE ZPRÁVY HODNOTÍME PO TECHNICKÉ STRÁNCE POMOCÍ TŘECH VZÁJEMNĚ SVÁZANÝCH VELIČIN.
1. DYNAMICKÝ ROZSAH DS
2. ŠÍŘKA PÁSMA SIGNÁLU FS
3. DOBA TRVÁNÍ SIGNÁLOVÉHO PRVKU Ts
27
DYNAMICKÝ ROZSAH DSDYNAMICKÝ ROZSAH DS
PŘEDSTAVUJE ZMĚNU AMPLITUDY SIGNÁLU VYJADŘUJÍCÍ ROZSAH HLASITOSTI OD ŠEPOTU AŽ DO NEJHLASITĚJŠÍHO VÝKŘIKU, U HUDEBNÍHO SIGNÁLU PAK ZMĚNU VYJADŘUJÍCÍ ROZSAH OD PIANISSIMA DO FORTISSIMA. V PRAXI SE ČASTO VYJADŘUJE JAKO ODSTUP STŘEDNÍ HODNOTY VÝKONU SIGNÁLU KU STŘEDNÍ HODNOTĚ VÝKONU ŠUMU.
28
ŠÍŘKA PÁSMA SIGNÁLU FSŠÍŘKA PÁSMA SIGNÁLU FS
REÁLNÉ TELEKOMUNIKAČNÍ SIGNÁLY JSOU SLOŽENY Z JEDNODUCHÝCH SINUSOVÝCH SLOŽEK O RŮZNÝCH FREKVENCÍCH A SOUHRN VŠECH TĚCHTO SLOŽEK VYTVÁŘÍ ŠÍŘKU PÁSMA SIGNÁLU. U AKUSTICKÝCH SIGNÁLŮ (20 Hz – 20 KHz).
29
fmax-fmin PŘEDSTAVUJE TKZV. ŠÍŘKU PŘENOSOVÉHO PÁSMA
ŠÍŘKA PŘENOSOVÉHO PÁSMA (BANDWITH)
ŠÍŘKA PŘENOSOVÉHO PÁSMA (BANDWITH)
30
TELEFONNÍ KANÁL
PÁSMO : 300 Hz – 3400 Hz
ŠÍŘKA PÁSMA : 3100 Hz
f [Hz]
ano
nene
NELZE PŘENÁŠET SIGNÁLY SE STEJNOSMĚRNOU SLOŽKOU
31
PŘÍKLAD
Mužský hlas 80 - 500 Hz
Ženský hlas 200 – 1 000 Hz
32
PÁSMA ROZHLASOVÝCH KANÁLŮ
NORMÁLNÍ TYPU B : 50Hz – 7 kHz
NORMÁLNÍ TYPU A : 50Hz – 10 kHz
VYSOCE KVALITNÍ Q : 40 Hz – 15 kHz
POUŽÍVÁ SE PRO PŘENOS RELACÍ BEZDRÁTOVÉHO I DRÁTOVÉHO ROZHLASU A ZVUKOVÉHO DOPROVODU BEZDRÁTOVÉ I DRÁTOVÉ TELEVIZE V REŽIMU JEDNOSMĚRNÉHO PROVOZU. MĚNIČEM ZPRÁVY PRO ŽIVÉ PŘENOSY JE MIKROFON, PRVOTNÍ ELEKTRICKÝ SIGNÁL JE SPOJITÝ.
POŽADUJEME PŘENOS NÍZKÝCH I VYSOKÝCH KMITOČTŮ, ZACHOVÁNÍ BARVY ZVUKU (TJ. PŘENOS ZÁKLADNÍHO TÓNU A JEHO HARMONICKÝCH) A ZACHOVÁNÍ DYNAMICKÉHO ROZPĚTÍ. ŠÍŘKA ROZHLASOVÉHO KANÁLU MUSÍ BÝT TEDY VĚTŠÍ NEŽ ŠÍŘKA TELEFONNÍHO KANÁLU.
33
TELEVIZNÍ KANÁL
PÁSMO : 50 Hz – 8 MHz
OBRAZOVÝ SIGNÁL MÁ SLOŽKU JASOVOU (LUMINISCENČNÍ) A BARVONOSNOU (CHROMIZAČNÍ). JASOVÁ SLOŽKA OBRAZU JE VĚTŠINOU VYJÁDŘENA NEGATIVNÍ POLARITU, TJ. BÍLÁ BARVA SCÉNY SE ELEKTRICKY VYJADŘUJE NIŽŠÍM NAPĚTÍM (10% MAXIMA). TELEVIZNÍ SIGNÁL KROMĚ TOHO OBSAHUJE JEŠTĚ ZATEMŇOVACÍ (75%) A SYNCHRONIZAČNÍ (100%) SIGNÁLY.
34
DÁLNOPISNÝ KANÁL
PÁSMO TELEGRAFIE STEJNOSMĚRNÝM PROUDEM (50Bd) : 0 – 40 Hz
ŠÍŘKA PÁSMA TÓNOVÉ TELEGRAFIE :
f = 120 Hz
MĚNIČEM I ZPĚTNÝM MĚNIČEM ZPRÁVY JE DÁLNOPISNÝ PŘÍSTROJ. VYSÍLACÍ ČÁST DÁLNOPISU VYTVÁŘÍ NA SVÉM VÝSTUPU PROUDOVÉ IMPULZY, JEJICHŽ KOMBINACE JSOU DÁNY DÁLNOPISNOU ABECEDOU. PŘENOS DÁLNOPISNÉHO SIGNÁLU VYŽADUJE RELATIVNĚ MALOU ŠÍŘKU PÁSMA, AŤ PRO PŘENÁŠENÍ V ZÁKLADNÍ POLOZE NEBO V PŘELOŽENÉ POLOZE.
35
DOBA TRVÁNÍ SIGNÁLOVÉHO PRVKU TS
DOBA TRVÁNÍ SIGNÁLOVÉHO PRVKU TS
PRVKEM/ELEMENTEM SIGNÁLU NAZÝVÁME NEJMENŠÍ ČÁST, KTERÁ MUSÍ BÝT SAMOSTATNĚ ROZLIŠENA (NAPŘ.SLABIKA V HOVOROVÉM SIGNÁLU, BIT V DATOVÉM ZNAKU,OBRAZOVÝ ELEMENT APOD.)
a a
T=2a
a=Ts
t
A
36
OBJEM SIGNÁLU VSOBJEM SIGNÁLU VS
DYNAMICKÝ ROZSAH
SIGNÁLU DS
ŠÍŘKA PÁSMA SIGNÁLU FS
MINIMÁLNÍ DOBA TRVÁNÍ
SIGNÁLOVÉHO PRVKU TS
37
PROPUSTNOST TELEKOMUNIKAČNÍHO KANÁLU PK
PROPUSTNOST TELEKOMUNIKAČNÍHO KANÁLU PK
DYNAMICKÝ ROZSAH
KANÁLU DK
ŠÍŘKA PÁSMA KANÁLU FK
MINIMÁLNÍ DOBA TRVÁNÍ
SIGNÁLOVÉHO PRVKU TK
38
PODMÍNKAPODMÍNKA
ABY BYLO MOŽNO DANÝM TELEKOMUNIKAČNÍM KANÁLEM PŘENÁŠET SIGNÁL S DEFINOVANÝMI VLASTNOSTMI, MUSÍ BÝT PROPUSTNOST KANÁLU VĚTŠÍ NEBO ROVNA OBJEMU PŘÍSLUŠNÉHO SIGNÁLU
!
39
PŘÍKLAD AKUSTICKÉHO SIGNÁLU
40
PŘÍKLAD AKUSTICKÉHO SIGNÁLU VE SPEKTRÁLNÍM ZOBRAZENÍ
41
FREQUENCY SPECTRUM
42
FAST FOURIER TRANSFORMS (FFT)
43
FFT
44
LITERATURA
ŠEBESTA, V. : SIGNÁLY A SOUSTAVY
HANUS,S. : BEZDRÁTOVÉ A MOBILNÍ KOMUNIKACE
SVOBODA, J. A KOLEKTIV : TELEKOMUNIKAČNÍ TECHNIKA - DÍL 1-3
http://cnx.org/content/m11479/latest/
http://fei.vsb.cz/kat454/odkazy/studium/studpl_bc.htm
45
OTÁZKY K OPAKOVÁNÍ
1. POPIŠTE A DEFINUJTE ZÁKLADNÍ TYPY SIGNÁLŮ2. NAKRESLETE A VYSVĚTLETE OBECNÝ SDĚLOVACÍ
ŘETĚZEC.3. POMOCÍ JAKÝCH VELIČIN HODNOTÍME OBJEM SÍGNÁLU
VS ?4. POMOCÍ JAKÝCH VELIČIN HODNOTÍME PROPUSTNOST
TELEKOMUNIKAČNÍHO KANÁLU PK ?5. VYSVĚTLETE POJEM ŠÍŘKA PÁSMA SIGNÁLU A ŠÍŘKA
PÁSMA KANÁLU.6. UVEĎTE PŘÍKLADY ŠÍŘKY PÁSMA KANÁLU.