Počítačové sítě Přenos signálu 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 Počíračové sítě - Přenos signálu

Počítačové sítě Přenos signálu 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) Počíračové sítě - Přenos signálu

Počítačové sítě Přenos signálu Periodický signál s(t + T) = s(t) Signál analogový perioda - T amplituda - A fáze - Φ Signál diskrétní (digitální) Počíračové sítě - Přenos signálu

Počítačové sítě Přenos signálu 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 Počíračové sítě - Přenos signálu

Počítačové sítě Přenos signálu 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 časování perioda bitu Počíračové sítě - Přenos signálu

Počíračové sítě - Přenos signálu 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 Počíračové sítě - Přenos signálu

Počítačové sítě Přenos signálu 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 Počíračové sítě - Přenos signálu

Počítačové sítě Přenos signálu 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) Počíračové sítě - Přenos signálu

Počítačové sítě Přenos signálu Příklady kódovacích technik digitální data diskrétní signál NRZ - L NRZ I Bipolar. AMI Pseudoternary Manchester Diff. Manchester Počíračové sítě - Přenos signálu

Počíračové sítě - Přenos signálu Modulační techniku Manchester používá nevýznamnější technologie LAN - IEEE 802.3 (Ethernet) Počíračové sítě - Přenos signálu

Počíračové sítě - Přenos signálu Kódování - modulace Principy modulace amplitudová frekvenční fázová 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 v v Počíračové sítě - Přenos signálu

Počítačové sítě Přenos signálu Modulace – digitálními nebo analogovými daty se mění (moduluje) nosný signál s nosnou frekvencí fc . Nosná frekvence určuje rychlost přenosu. 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 Počíračové sítě - Přenos signálu

Počítačové sítě Přenos signálu 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 Počíračové sítě - Přenos signálu

Technika DSSS Direct Sequence : Počítačové sítě Přenos signálu Původní signál Kódovaný signál (v rozloženém spektru) Dekódovaný signál Počíračové sítě - Přenos signálu

Technika FHSS Počítačové sítě Přenos signálu Počíračové sítě - Přenos signálu

Počítačové sítě Přenos signálu 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 Počíračové sítě - Přenos signálu

Počítačové sítě Přenos signálu 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 Počíračové sítě - Přenos signálu

Počítačové sítě Přenos signálu 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 Počíračové sítě - Přenos signálu

Počítačové sítě 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. Počíračové sítě - Přenos signálu

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

Počítačové sítě 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] S S´ Počíračové sítě - Přenos signálu

Počítačové sítě Přenos signálu Útlum signálu v reálném přenosovém prostředí Počíračové sítě - Přenos signálu

Počítačové sítě 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 Počíračové sítě - Přenos signálu

Počítačové sítě 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 …… Počíračové sítě - Přenos signálu

Počítačové sítě Přenos signálu Požadavky na přenosové technologie: vysoká přenosová rychlost nulová chybovost dlouhé vzdálenosti bez ztráty kvality signálu nízké provozní náklady Počíračové sítě - Přenos signálu