Počítačové sítě Přenos signálu

Prezentace na téma: "Počítačové sítě Přenos signálu"— Transkript prezentace:

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

2 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 Počítačové sítě - Přenos signálu

3 Počítačové sítě Přenos signálu
Šířka přenosového pásma (propustnost komunikačního kanálu) vs. přenosová rychlost (rychlost přenosu dat) 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) Počítačové sítě - Přenos signálu

4 Počítačové sítě Přenos signálu
Signál – fyzikální veličina sloužící k přenosu dat Modulace - projekce dat do signálu Pojmy kódování (diskrétní modulace), modulace (analogová modulace) kódování – konverze dat do diskrétního signálu modulace – konverze dat 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 Počítačové sítě - Přenos signálu

5 Počítačové sítě Přenos signálu
Množství informace (dat) v prvku signálu – nejjednodušší případ 1:1 Úrovně signálu – nejjednodušší případ 2 úrovně 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 Počítačové sítě - Přenos signálu

6 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 možnost detekce chyb možnost synchronizace přenosu zvýšení bezpečnosti přenosu – znemožnění odposlechu (zvláště u bezdrátových přenosů) BER (Bit Error Ratio) poměr chybně přenesených bitů k počtu celkově přenesených bitů Počítačové sítě - Přenos signálu

7 Počítačové sítě Přenos signálu

8 Počítačové sítě - Přenos signálu
Kódování - modulace Data se vkládají 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 Počítačové sítě - Přenos signálu

9 Počítačové sítě Přenos signálu

10 Počítačové sítě Přenos signálu
Příklady kódovacích technik Digitální data - Diskrétní signál Počítačové sítě - Přenos signálu

11 Počítačové sítě Přenos signálu
Modulační techniku Manchester používá nevýznamnější technologie LAN - IEEE (Ethernet) Počítačové sítě - Přenos signálu

12 Principy modulačních technik
Počítačové sítě Přenos signálu Principy modulačních technik Počítačové sítě - Přenos signálu

13 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): amplitudová – 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 Počítačové sítě - Přenos signálu

14 Počítačové sítě Přenos signálu
Princip modulace Počítačové sítě - Přenos signálu

15 Počítačové sítě Přenos signálu
Modulační techniky (digitální data -> analogový signál) Víceúrovňové techniky (implementace – modem) b = 2 nebo b = 4 (b – počet bitů v prvku signálu): Kvadraturní fázová modulace Kombinace fázové a amplitudové modulace Techniky pro bezdrátové přenosy – rozprostřené spektrum (Spread Spectrum) – zabezpečení proti odposlechům a kolizím: FHSS DSSS (Podrobněji v následující přednášce Počítačové sítě - Přenos signálu

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

17 Technika FHSS Počítačové sítě Přenos signálu

18 Počítačové sítě Přenos signálu
Fázorový diagram Fázor je grafické znázornění jedné sinusové veličiny. Je to orientovaná úsečka, délka odpovídá efektivní hodnotě (amplitudě) a úhel který svírá s vodorovnou osou x vyjadřuje fázový posun vůči počátku souřadnic. Počítačové sítě - Přenos signálu

19 Počítačové sítě Přenos signálu
QPSK – Kvadraturní fázová modulace – 4 fázové posuny přenáší 2 bity 00…. 450 01… 10… 11… Počítačové sítě - Přenos signálu

20 Počítačové sítě Přenos signálu
QAM – Kvadraturní amplitudová modulace (např. 256 QAM přenáší v jednom prvku signálu 8 bitů) ………… Počítačové sítě - Přenos signálu

21 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 Počítačové sítě - Přenos signálu

22 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. Počítačové sítě - Přenos signálu

23 Počítačové sítě Přenos signálu
Prostředky pro obnovu signálu v optických a bezdrátových spojích : zesilovače, opakovače (repeaters) Satelitní spoje – retranslátory Počítačové sítě - Přenos signálu

24 Počítačové sítě Přenos signálu
Kapacita přenosového kanálu – maximální přenosová rychlost v bitech za vteřinu [b/s] nebo [bps] Ideální kapacita(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] Počítačové sítě - Přenos signálu

25 Počítačové sítě Přenos signálu
Reálná kapacita (podle Shannona) C = W log2 ( 1 + S/N ) S/N…poměr signál/šum S/N - SNR (Signal-to-Noise Ratio) (SNR)dB = 10 log (PS /PN) PS - výkon signálu AS - amplituda signálu SNR = PS /PN = (AS /AN )2 PN - výkon šumu An - amplituda šumu 3 dB – 50 % ztrát dB – 10 % ztrát 20 dB – 1 % ztrát dB – 0,1 % ztrát Počítačové sítě - Přenos signálu

26 Počítačové sítě Přenos signálu
Útlum signálu v reálném přenosovém prostředí (Signal to Noise Ratio) Počítačové sítě - Přenos signálu

27 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 …… Počítačové sítě - Přenos signálu

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