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.