Přenosová pásma 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

Čím kvalitnější přenosové médium, tím má větší šířku pásma Přenosová pásma 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)

Signál Periodický signál s(t + T) = s(t) Signál analogový perioda - T amplituda - A fáze - Φ Signál diskrétní (digitální)

Pojmy kódování, modulace – projekce dat do signálu kódování – konverze do diskrétního signálu modulace – konverze do analogového signálu Kódovací/modulační techniky prvek dat (např. bit) prvek signálu prvek signálu – taková část signálu, která zabere nejkratší interval signálového kódu diskrétní – napěťový puls konstantní amplitudy analogový – puls konstantní frekvence, fáze a amplitudy

Množství informace v prvku signálu – nejjednodušší případ 1:1 Kódování - modulace Množství informace v prvku signálu – nejjednodušší případ 1:1 Úrovně signálu – nejjednodušší případ 2 Příklad jednofázového kódování Bi-fázové kódování - perioda bitu je rozdělena na dvě „fáze“, časování probíhá v každé fázi, tzn. perioda bitu je dvojnásobek periody prvku signálu 1 0 0 1 1 1 0 1 0 B A perioda bitu časování

C = M x b Data se konvertují do prvků signálu bit po bitu po oktetech Kódování - modulace 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

Možné konverze data signál Počítačové sítě 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

Důvody pro modulaci a kódování Počítačové sítě 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)

Příklady kódovacích technik digitální data diskrétní signál Kódování - modulace Příklady kódovacích technik digitální data diskrétní signál NRZ - L NRZ I Bipolar. AMI Pseudoternary Manchester Diff. Manchester

amplitudová Kódování - modulace Principy modulace frekvenční fázová 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0

Vlastnosti modulačních technik (u elektrických vodičů): Kódování - modulace Modulace – digitálními nebo analogovými daty se mění (moduluje) nosný signál s nosnou frekvencí fc . „ 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

Kódování - modulace Modulační techniky digitální data – analogový signál (modem) – víceúrovňové techniky b = 2 nebo 4: Kvadraturní fázová modulace Kombinace fázové a amplitudové modulace Techniky pro bezdrátové přenosy – rozprostřené spektrum (spread spectrum) – zabezpečení proti odposlechům a kolizím – FHSS a DSSS (dále na semináři)

fáze referenčního signálu Modulační techniky QPSK – Kvadraturní fázová modulace – 4 fázové posuny přenáší 2 bity 00…. 450 01….. 1350 10….. 2250 11….. 3150 Π/2 3Π/4 Π/4 01 00 Π 0 ~ 2Π fáze referenčního signálu 11 10 7Π/4 5Π/4 3Π/2

fáze referenčního signálu Modulační techniky QAM – Kvadraturní amplitudová modulace (např. 256 QAM přenáší v jednom prvku signálu 8 bitů) 00000000 00000001 00000010 00000011 ………… 11111110 11111111 16 fázových posunů 16 úrovní amplitud fáze referenčního signálu

Modulace analogová data digitální signál Kódování - modulace Modulace analogová data 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 125s 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

Problémy při přenosech signálu Přenos signálu 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.

Prostředky pro obnovu signálu: zesilovače, opakovače (repeaters) Přenos signálu Prostředky pro obnovu signálu: zesilovače, opakovače (repeaters) HUB Repeater Deformovaný signál Obnovený signál

ideální (podle Nyquista) C = 2 W log2 M Přenos signálu Kapacita přenosového kanálu – maximální přenosová rychlost v bitech za vteřinu [b/s] nebo [bps] ideální (podle Nyquista) C = 2 W log2 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 log2 ( 1 + S/N ) Přenos signálu reálná (podle Shannona) C = W log2 ( 1 + S/N ) S/N…poměr signál/šum PS - výkon signálu (S/N)dB = 10 log10 PS /PN PN - výkon šumu 3 dB – 50 % ztrát 10 dB – 10 % ztrát 20 dB – 1 % ztrát 30 dB – 0,1 % ztrát S S´ N

Přenosový kanál vytvářejí přenosové technologie, které specifikují Přenos signálu 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 ……

Požadavky na přenosové technologie: vysoká přenosová rychlost Přenos signálu Požadavky na přenosové technologie: vysoká přenosová rychlost nulová chybovost dlouhé vzdálenosti bez nutnosti obnovy signálu nízké náklady