Znakovne komunikacije

8/2/2019 Znakovne komunikacije

1/26

Osnove znakovnih komunikacij

TKO


2/26

2

Informacijski pretok in simbolna hitrost

Informacijo prenaamo v obliki zaporedja dogovorjenih

znakov ali simbolov. M znakov izberemo tako, da so med seboj im bolj loljivi ! en znak lahko nosi v povpreju najve bs =log2(M) bitov

informacije

eden od starejih nainov znakovnih komunikacij

:


3/26

3

Znakovna frekvenca

Vsak znak predstavlja doloeni elektrini signal, ki ima omejenas trajanja Ts

Zaporedje znakov se prenaa po komunikacijskem mediju kotzaporedje elektrinih signalov.

Znakovna frekvenca fs (ang: baud-rate) doloa tevilo znakov,ki jih prenaamo v eni sekundi: fs =1/Ts


4/26

4

Binarni signal

Binarni signal vsebuje dva razlina znaka. Koda znaka je zapisana z enim bitom: 0, 1

zaporedje znakov=zaporedje bitov


5/26

5

Primer komunikacije s tirimi znaki

V enakem asu lahko prenesemo dvakrat ve bitov informacije:

Grayevo kodiranje znakov: sosedni znaki se razlikujejo samoza en bit.

zaporedje znakov=zaporedje blokov (parov) bitov


6/26

6

Informacijski pretok

ss fbr =

Informacijski pretok ali hitrost prenosa informacije(information transfer rate) je produkt znakovne frekvence spovprenim tevilom bitov informacije, ki jih nosi en znak:

Informacijski pretok merimo v bitih na sekundo: bit/s, kbit/s,Mbit/s


7/26

7

Omejitve pri prenosu informacije

e poveamo znakovno hitrost, razirimo spekter signala. e poveamo tevilo znakov M, se ob nespremenjeni moi signala

zmanja razlika med znaki.

r=r1 bs=1, fs=f1

r=3 r1 bs=3, M=8, fs=f1

r=4 r1 bs=1, fs=4 f1

r=12 r1 bs=3, M=8, fs=4 f1

ss fbr = Kako poveamo hitrost prenosa informacije ?


8/26

8

Popaitve na fizikalnem kanalu

popaenje signala in um zmanjujeta prepoznavnost znakov:

bs , fs bs , 4 fs

3 bs , fs 3 bs , 4 fs


9/26

9

Disperzija impulzov in interferenca

Zaradi disperzije se impulzi v sprejemniku prekrivajo med seboj:

t

TsT

sT

sT

sT

sT

sT

s

111

00

1

1 1

1 1

1

1

1

0

0 0

0

1

1

0

0

1

1

+

=

+

+

1

SPREJETI

SIGNAL:

ODDANI

SIGNAL:


10/26

10

Spekter binarnega signala

Za prenos potrebujemo frekvenni pas v katerem se nahajaveji del moi signala.

Ve kot 90% moi binarnega signala se nahaja do znakovnefrekvence fs:


11/26

11

Spekter zaporedja impulzov

Poveanje tevila amplitud impulzov ne vpliva na spektersignala:

irina spektra je odvisna od trajanja impulzov in tudi od oblikeimpulzov.


12/26

12

Oblika impulzov in spekter

irina spektra signala je najmanj polovica znakovne frekvence:


13/26

13

Omejitve s pasovno irino

Na frekvenno omejenem kanalu s pasovno irino Blahko prenaamo najve 2B znakov v sekundi.(H. Nyquist, 1927)

e je znakovna frekvenca veja od 2B, ne moremoprepreiti interference zaradi prekrivanja znakov.

Primer: Po kanalu s pasovno irino B=1MHz lahko prenaamonajve 2 milijona znakov v sekundi. (2Mbaud)

B

fMODEM MODEM

fS


14/26

14

Omejitve zaradi uma

Zaradi uma so znaki v sprejemniku manj prepoznavni. e je mo uma prevelika v primerjavi z mojo signala,

nastopijo napake pri prepoznavanju znakov v sprejemniku. Verjetnost napake je odvisna od razmerja med mojo signala

in mojo uma.


15/26

15

Kapaciteta kanala

Kapaciteta kanala nam pove teoretino maksimalno tevilobitov, ki jih lahko v enem znaku prenesemo po umnemkanalu brez izgube informacije. Odvisna je od razmerja med

mojo signala in mojo uma:

C [bit]

SNR [dB]

10 5 0 5 10 15 20

1

2

3

4

2

1log (1 )

2

s

n

PC

P= +

10 log( )s

n

PSNR

P=


16/26

16

Omejitev s umom in pasovno irino

Koliina informacije , ki jo lahko v eni sekundi prenesemo pokomunikacijskem kanalu je omejena z: mojo signala Ps, mojo uma Pn in irino frekvennega pasu B.

max 2log (1 )s

n

Pr BP

= +


17/26

17

Zgled:

Koliko bitov v sekundi lahko teoretino prenaamo po frekvennoomejenem kanalu z belim Gaussovim umom s podatki: pasovna irina kanala je 4000 Hz razmerje signal/um na kanalu je konstantno 30dB, kar ustreza

razmerju moi Ps/Pn=1000

Odgovor: Najveja hitrost prenosa po taknem kanalu je priblino40.000 bitov v sekundi: rmax=4000 log2(1001)=39869 bit/s

max 2log (1 )s

n

Pr B

P= +


18/26

18

Kodiranje signalov

V modelu prenosnega sistema nastopata dve vrsti kodiranja: kodiranje izvora ali izvorno kodiranje

kodiranje za prenos ali kanalno kodiranje


19/26

19

Namen kanalnega kodiranja

Kanalni kodirnikdodaja redundanco informacijskemu signalu.

Uinek kodiranja se stopnjuje glede na dele redundance:

e dodamo malo redundance, lahko detektiramo napake pri

prenosu,

e v kanalnem kodirniku dodamo ve redundance, lahko vsprejemniku na kanalnem dekodirniku detektiramo in tudipopravljamo napake.

Uinkoviti postopki kanalnega kodiranja in dekodiranja

uporabljajo dekodiranje na osnovi prepoznavanja najboljverjetnih dolgih znakovnih zaporedij.

kodirani biti simboli


20/26

20

Odkrivanje in popravljanje napak

Napake odkrivamo obiajno z dodajanjem redundance v obliki paritete ali v oblikicikline redundance (CRC). Paritetni bit v 7B-8B kodi pove ali je v predhodnih 7 bitih sodo ali liho tevilo

enic:

00110111 ni napake 00010111 prilo je do napake

Namesto paritetnega bita lahko dodamo CRC. CRC je lahko dolg ve bitov inga izraunamo na osnovi vseh bitov v bloku s pomojo polinoma. CRComogoa odkrivanje ve napak v bloku.

0 1 0 1 1 0 1 1

1 0 0 0 0 0 1 1

0 1 0 1 1 1 0 1

0 0 1 1 1 0 1 0

1 1 1 0 0 0 1 1

0 1 0 1 0 0 1 0

1 0 0 0 1 0 1 0

0 1 1 0 1 0 1

Da bi lahko napako popravili, moramododati ve redundance.

Primer popravljanja je blono kodiranje zdvakratno pariteto:


21/26

21

Osnovni frekvenni pas (baseband) je frekvenno obmoje vkaterem se nahaja veji del moi signala izvora. V znakovnihkomunikacijah z bipolarno ali venivojsko kodo uporabljamo

frekvenno podroje od 0Hz naprej:

Znakovna komunikacija v osnovnem pasu je mogoa le po inihkablih.

Radijske znakovne komunikacije ne potekajo v osnovnem pasu,pa v vijih frekvennih pasovih (passband).

Delitev frekvennih pasov


22/26

22

Digitalne modulacije

Osnovni digitalni modulacijski postopki so podobnianalognim modulacijskim postopkom, razlika je v

signalu na vhodu modulatorja:

znakovni signal znakovni signal


23/26

23

Digitalni modulator

Vsak znak predstavlja elektrini signal. Izberemo M harmoninih signalov, ki se razlikujejo po

amplitudi, fazi ali frekvenci !


24/26

24

Amplitudna modulacija ASK

ASK(Amplitude-Shift Keying) , amplitudni skok .Znaki se razlikujejo po amplitudi nosilca.

Najbolj preprost je binarni ASK (BASK):


25/26

25

Fazna modulacija PSK

PSK (Phase Shift Keying) , fazni skok. Znaki serazlikujejo po fazi nosilca.

Najbolj enostaven PSK je binarni PSK (BPSK):

skok faze 180 stopinj !


26/26

26

Frekvenna modulacija FSK

FSK (Frequency Shift Keying) , frekvenni skok.Znaki se razlikujejo po frekvenci nosilca.

Najbolj enostaven FSK je binarni FSK (BFSK):

Znakovne komunikacije

Documents

Transcript of Znakovne komunikacije