TELEKOMUNIKAČNÍ SIGNÁLY A TELEKOMUNIKAČNÍ KANÁLY

Prezentace na téma: "TELEKOMUNIKAČNÍ SIGNÁLY A TELEKOMUNIKAČNÍ KANÁLY"— Transkript prezentace:

1 TELEKOMUNIKAČNÍ SIGNÁLY A TELEKOMUNIKAČNÍ KANÁLY
(c) Tralvex Yeap. All Rights Reserved

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 POKUS O DEFINICI SIGNÁLU
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.

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 S= (t1/ T0) * 100 [%]
DŮLEŽITÝM PARAMETREM PERIODICKÝCH OBDÉLNÍKOVÝCH SIGNÁLŮ JE TZV. STŘÍDA (DUTY CYCLE) . S= (t1/ T0) * 100 [%]

12 DETERMINISTICKÉ SIGNÁLY
MODEL ČASOVÉHO PRŮBĚHU TLAKU 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.

13 STOCHASTICKÉ SIGNÁLY ZÁZNAM SIGNÁLŮ EEG Z MOZKU

14 STOCHASTICKÉ-DETERMINISTICKÉ SIGNÁLY
DETERMINISTICKÝ PRŮBĚH STOCHASTICKÝ PRŮBĚH

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
FOURIEROVA ŘADA - DANÁ PERIODICKÁ FUNKCE, SPLŇUJÍCÍ JISTÉ MATEMATICKO-TEORETICKÉ PODMÍNKY JE ROZLOŽENA NA NEKONEČNOU ŘADU HARMONICKÝCH FUNKCÍ. 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.

19 OBECNÝ SDĚLOVACÍ ŘETĚZEC
Měnič zprávy Měnič signálu Přenosová cesta Zpětný měnič signálu Zpětný měnič zprávy KÓDOVÁNÍ MODULACE PŘENOS DEMODULACE DEKÓDOVÁNÍ ZDROJ Z PŘÍJEMCE Z RUŠENÍ VYSÍLACÍ ČÁST PŘIJÍMACÍ ČÁST PŘENOSOVÝ KANÁL SPOJ Z´ Z

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 je požadováno. 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´ JSOU ZPŮSOBENY : A) NEDOKONALOSTMI ZÁKLADNÍCH
MĚNIČŮ B) NEDOKONALOSTMI TELEKOMUNIKAČNÍHO KANÁLU (ZKRESLENÍ ZPRÁVY) – VNITŘNÍ VLIV C) RUŠENÍM (INTERFERENCÍ) – VNĚJŠÍ VLIV

26 OBJEM 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 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 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 ŠÍŘKA PŘENOSOVÉHO PÁSMA (BANDWITH)
fmax-fmin PŘEDSTAVUJE TKZV. ŠÍŘKU PŘENOSOVÉHO PÁSMA

30 NELZE PŘENÁŠET SIGNÁLY SE STEJNOSMĚRNOU SLOŽKOU
TELEFONNÍ KANÁL PÁSMO : 300 Hz – 3400 Hz ŠÍŘKA PÁSMA : 3100 Hz ano ne ne f [Hz] NELZE PŘENÁŠET SIGNÁLY SE STEJNOSMĚRNOU SLOŽKOU

31 PŘÍKLAD Mužský hlas Hz Ženský hlas – Hz

32 PÁSMA ROZHLASOVÝCH KANÁLŮ
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. NORMÁLNÍ TYPU B : 50Hz – 7 kHz NORMÁLNÍ TYPU A : 50Hz – 10 kHz VYSOCE KVALITNÍ Q : 40 Hz – 15 kHz

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
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 a=Ts A t T=2a

36 DYNAMICKÝ ROZSAH SIGNÁLU DS MINIMÁLNÍ DOBA TRVÁNÍ SIGNÁLOVÉHO PRVKU TS
OBJEM SIGNÁLU VS DYNAMICKÝ ROZSAH SIGNÁLU DS ŠÍŘKA PÁSMA SIGNÁLU FS MINIMÁLNÍ DOBA TRVÁNÍ SIGNÁLOVÉHO PRVKU TS

37 PROPUSTNOST TELEKOMUNIKAČNÍHO KANÁLU PK
DYNAMICKÝ ROZSAH KANÁLU DK ŠÍŘKA PÁSMA KANÁLU FK MINIMÁLNÍ DOBA TRVÁNÍ SIGNÁLOVÉHO PRVKU TK

38 PODMÍNKA ! 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

45 OTÁZKY K OPAKOVÁNÍ 1. POPIŠTE A DEFINUJTE ZÁKLADNÍ TYPY SIGNÁLŮ
2. 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.