OSNOVE PRENOSA SIGNALA

1. OSNOVE PRENOSA SIGNALA Predavač: Student: Prof.dr. Milorad K.Banjanin Božidar Mandić 3370 Novi Sad, 2008

2. Signal se zapisuje u obliku x(t), x(n) ili xn gde je x zavisna promenljiva(može da bude napon,struja ili neka treća veličina),a t ili n nezavisna promenljiva. Signal se posmatra kao zavisna fizička veličina koja se menja u zavisnosti od druge fizičke veličine(nezavisne promenljive). Signalje (električni) ekvivalent poruke,fizički nosilac podataka o nekoj pojavi ili dogadjaju Signal Elektromagnetni signal je funkcija vremena ali se moze izraziti i kao funkcija frekvencije,što znači da se signal sastoji od komponenti sa različitim frekvencijama. Analogni signal Analogni signal je onaj kod kog se intenzitet menja postepeno tokom vremena. Vremenski domen Digitalni signal Digitalni signal je onaj kod kog se intenzitet održava na konstantnom nivou tokom nekog vremenskog perioda,a zatim se menja do nekog drugog konstantnog nivoa.

3. Periodični signal- kod koga se signalna šema ponavlja tokom vremena. Signal s(t) je periodičan ako i samo ako je s(t+T) = s(t), -∞<t<+∞, T –period signala Sinusni talas je osnovni analogni signal • Sinusni talas s(t) = Asin(2πft + Φ) • može se predstaviti sa tri parametra: • amplitudom (A) • frekvencijom (f) • fazom (Φ). Sinusni talas Kvadratni talas

4. Frekvencija Faza Amplituda Parametri sinusnog signala S(t) 1.0 0.5 t 0 -0.5 -1.0 0 0.5 1.0 1.5 A=1,f=1,Φ=0 Amplituda A je max. vrednost ili jacina signala tokom vremena,obicno se meri u voltima. Frekvencija f je brzina kojom se signal ponavlja (merena u ciklusima u sekundi ili hercima ( Hz ) ). Ekvivalentan parametar frekvenciji je period signala (T). To je vreme koje je potrebno za redno ponavljanje signala,stoga je T = 1/f. FazaΦje mera relativnog polozaja u vremenu,unutar rednog perioda signala.

5. Koncept domena frekvencije Spektar signala – je skup kompleksnih koeficijenata Često se prikazuje grafički, pri čemu se posebno crta amplitudski, a posebno fazni spektar. Širina opsega • Apsolutna širina opsega signala je širina spektra • Mnogi signali imaju beskonačnu širinu opsega ali veći deo njihove energije se nalazi u relativno uskom opsegu frekvencija. • Ova širina opsega se označava kao efektivna širina opsega,ili samo širina opsega. • Što je veća širina opsega,veći je i kapacitet za prenos informacija • Bilo koji digitalni oblik talasa će imati beskonačnu širinu opsega. • Ako pokušamo da prenesemo ovaj oblik talasa preko bilo kog medijuma, transmisioni sistem će ograničiti širinu opsega koja se može preneti • Ograničavanje širine opsega stvara distorzije. • Što je širina opsega više ograničena, to je veća distorzija i veći je potencijal za nastanak greške od strane prijemnika.

6. ANALOGNI I DIGITALNI PRENOS PODATAKA Analogno Digitalno Diskretno Kontinualno Komunikacija podataka Podaci Signali Prenos entiteti koji nose neko značenje ili informaciju električne ili elektromagnetne reprezentacije podataka komunikacija podataka putem prenosa i obrade signala.

7. ANALOGNI I DIGITALNI PODACI Digitalni podaci Analogni podaci • Najpoznatiji primer analognog • podatka je zvuk. • uzimaju kontinualne vrednosti u nekom intervalu • uzimaju diskretne vrednosti u nekom intervalu • glas i slika su šema koje kontinualno variraju u intenzitetu • Frekvencione komponente običnog • govora mogu se naći između • 100 Hz i 7 kHz približno • primer za to su tekst i celi brojevi • većina podataka koje sakupljaju senzori, kao npr. temperatura i pritisak, su kontinualne vrednosti. • Testovi su pokazali da frekvencije • ispod 600 ili 700 Hz doprinose • veoma malo razumljivosti govora • za ljudsko uho. • Običan govor ima dinamičan opseg • od 25 dB, • to znači da jačina najglasnije vike • može biti i do 300 puta veća • od najtišeg šapata. Slika pokazuje akustični spektar za ljudski govor i muziku.

8. ANALOGNO I DIGITALNO SLANJE I PRIMANJE SIGNALA U komunikacijskim sistemima, podaci se prenose sa jednog mesta na drugo putem elektromagnetnih signala. Analogni signal Prenosni mediji • Analogni signal je kontinualno varirajući elektromagnetni talas koji se može prenositi preko različitih medija u zavisnosti od frekvencije. • bakarna žica • optički kabl • kosmički prenos Digitalni signal • Digitalni signal je sekvenca naponskih impulsa koji se mogu prenositi putem bakarne žice, npr. konstantan pozitivan nivo napona može da označava 0 u binarnom kodu, a konstantan negativan napon može da označava 1 • Slika pokazuje sekvencu naponskih impulsa koju je stvorio izvor koristeći dva nivoa napona. Prednosti • generalno jeftinija nego analogna • Zbog slabljenja ili redukcije jačine signala na višim frekvencijama, • impulsi postaju zaobljeni i sve manji. • manje je podložna uticajim mešanja buke Mana • Ovakvo slabljenje vodi veoma brzom gubljenju informacija u signalu koji • se prenosi. • digitalni signali pate od slabljenja mnogo više nego analogni.

9. ANALOGNO I DIGITALNO SLANJE I PRIMANJE SIGNALA Analogni i digitalni podaci se mogu predstaviti i preneti, putem bilo analognih ili digitalnih signala. Telefonski aparat • Standardni spektar glasovnih signala je još uži, između 300 i 3400 Hz • Najveći deo energije govora je mnogo manjeg opsega sa uobičajenimopsegom • između100 Hz i 7 kHz. • Zvučni talas glas ima frekvecione komponente u rasponu od 20 Hz do 20 kHz podatak u obliku glasa Analogni podaci Mogu se direktno predstaviti putem elektromagnetnog signala koji zauzima isti spektar. Su funkcija vremena i zauzimaju ograničeni spektar frekvencija

10. ANALOGNO I DIGITALNO SLANJE I PRIMANJE SIGNALA Digitalni podaci se takođe mogu predstaviti kao analogni signali koriščenjem modema. • Modem pretvara serije binarnih naponskih impulsa u analogni signaltako što moduliše noseću frekvenciju rezultujući signal zauzimaodređeni spektar frekvencija centriran oko nosača, a može da se prenosi preko medijuma pogodnog za taj nosač • Pomoću operacije veoma slične onoj koju vrši modem analogni podaci se mogu predstaviti kao digitalni signali • Uređaj koji obavlja datu funkciju kada su u pitanju glasovni podaci naziva se kodek • Najčešći modemi predstavljaju digitalne podatke u glasovnom spektru i tako omogućavaju da ti podaci budu preneseni običnim telefonskim linijama. • Kodek uzima analogni signal koji direktno označava glasovne podatke i aproksimira taj signal u binarni niz. Na drugom kraju linije, kodek koristi binarni niz da bi reknostruisao analogne podatke. • Na drugom kraju linije modem vrši demodulaciju signala da bi povratio orginalne podatke.

11. Razlozi zbog kojih se koriste različite podatak – signal kombinacije Analogni podaci Analogni signal Digitalni signal • Dve alternative: • signal zauzima isti spektar kao podaci, • analogni podaci su kodirani da bi zauzimali drugačiji deo spektra Analogni podaci su kodirani pomoću kodeka da bi se dobio digitalni binarni niz Digitalni podaci Analogni signal Digitalni signal Digitalni podaci su kodirani pomoću modema da bi se dobio analogni signal • Dve alternative: • signal se sastoji od dva nivoa napona koji predstavljaju dve binarne vrednosti, • digitalni podaci su kodirani da bi se dobio digitalni signal sa željenim karakteristikama

12. Metode prenosa podataka Analogna transmisija Digitalna transmisija • Način prenosa analognih signala bez obzira na njihov sadržaj, a signali mogu predstavljati analogne podatkeili digitalne podatke • Ona se bavi sadržajem signala Analogni signal • Pretpostavlja da analogni signal predstavlja digitalne podatke. • Signal se prenosi putem ponavljača;na svakom ponavljaču,digitalni podaci se rekonstruišu iz ulazećeg signala i koriste se za stvaranje novog analognog odlazećeg signala Analogni signal • Prenosi se preko pojačivača;isto se tretira bilo da nosi analogne ili digitalne podatke Digitalni signal Digitalni signal predstavlja niz 0 i 1 koje mogu označavati digitalne podatke ili mogu biti kodirani analogni podaci.Signal se prenosi preko ponavljača;na svakom ponavljaču se niz 0 i 1 rekonstruiše od ulazećeg signala I koristi za stvaranje novog digitalnog odlazećeg signala Digitalni signal • Ne koristi se

13. KAPACITET KANALA predstavlja brzinu u bitima u sekundi, kojom se podaci prenose. brzina prenosa podataka Problemi sa kojim se susrećemo je širina opsega transmitovanog signala koju nameće predajnik i priroda transmisionog medijuma; izraženo u ciklusima u sekundi ili hercima. širina opsega • komunikaciona postrojenja su skupa i generalno gledano, što je veća širina opsega postrojenja to je veće cena buka učestalost grešaka • svi transmisioni kanali od bilo kakve praktične koristi su sa ograničenim opsegom • ograničenja nastaju zbog fizičkih karakteristika transmisionog medijuma ili od namernih ograničavanja transmiterove širine opsega radi sprečavanja mešanja iz drugih izvora. ovo je učestalost stvaranja grešaka, pri čemu greška nastaje kada se na prijemniku registruje 1 umesto 0 koja je poslata, ili kada se registruje 0 imesto 1 koja je poslata. Kapacitet kanala Buka Predstavlja bilo kakav neželjeni signal koji se kombinuje i tako kvari signal namenjen za transmisiju i primanje Maksimalna brzina pri kojoj se podaci mogu transmitovati putem date komunikacione putanje, ili kanala, pod zadatim uslovima

14. ŠENONOVA FORMULA KAPACITETA NIKVISTOVA ŠIRINA OPSEGA Nikvistova formula pokazuje da se, uz sve druge faktore jednake, udvostručavanjem širine opsega duplira i brzina prenosa podataka. C=2Blog2M C-kapacitet (bps) B-širina opsega(HZ) M-broj diskretnih elemenata signala Slika predstavlja primer uticaja buke na digitalni signal • Buka sastoji od relativno skromnog nivoa pozadinske buke uz nekoliko dodatnih pikova buke. • Digitalni podaci se mogu rekonstruisati iz signala semplovanjem primljenog oblika talasa jednom za svako bit vreme. • Buka je na nekoliko mesta dovoljno jaka da promeni 1 u 0 ili 0 u 1.

15. ŠENONOVA FORMULA KAPACITETA • Ključni parametar ove stavke je odnos signal – buka, a to je odnos između jačine signala i jačine buke koja je prisutna na određenom mestu pri transmisiji. • Obično se ovaj odnos meri na prijemniku jer se u njemu vrši pokušaj procesuiranja (obrade) signala i eleminisanja neželjene buke. • Da bi bilo pogodnije ovaj odnos se često izražažava u decibelima. SNRdb=10 log10 jačina signala ⁄ jačina buke Visok SNR znači i visokokvalitetni signal Šenonov rezultat glasi da maksimalni kapacitet kanala u bps, zadovoljava jednačinu: C= Blog2 (1+SNR) kapacitet bez grešaka • Šenonova formula prestavlja teoretski maksimum koji je moguće postići

16. TRANSMISIONI MEDIJUMI Transmisioni medijum je fizička putanja između transmitera i prijemnika Vođeni mediji Nevođeni mediji • komunikacija se obavlja putem elektro magnetnih talasa • komunikacija se obavlja putem elektro magnetnih talasa • za nevođene medijume, kod određivanja karakteristika transmisije, važniji faktor od samog medijuma je širina opsega signala koji proizvodi antena transmitera • talasi se vode kroz čvrst medijum, kao npr. upletena bakarna žica, bakarni koaksijalni kabl ili optičko vlakno • atmosfera i vasionski prostor su primeri nevođenih medijuma • jedna od ključnih osobina signala transmitovanog putem antene je usmerenost. • prenose elektromagnetne signale, ali ih ne vode; ovaj oblik transmisije se obično naziva bežična transmisija. • uopšteno signali pri nižim frekvencijama se prostiru u svim pravcima. • pri višim frekvencijama, moguće je fokusiranje signala u vazduh. • karakteristike i kvalitet transmisije podataka zavise od karakteristika • medijuma i karakteristike signala • sam medijum je mnogo važniji kada je u pitanju određivanje ograničenja transmisije

17. ZEMALJSKA MIKROTALASNA KOMUNIKACIJA • Najpoznatiji oblik mikkrotalasne antene je parabolični tanjir. Obično ima oko 3 m u prečniku. • Antena je čvrsto fiksirana i fokusira uzak snop da bi ostvarila komunikaciju (transmisiju) sa prijemnom antenom u istoj liniji. • Mikrotalasne antene se obično nalaze na dovoljnoj visini iznad nivoa zemlje da bi se povećao njihov domet i da bi mogle da transmituju preko prepreka. • Da bi se ostvarila dalekodometna transmisija, koriste se grupe mikrotalasnih relejnih tornjeva, pomoću kojih se uspostavljaju mikrotalasne veze od tačke do tačke preko željene razdaljine. • Glavna svrha zemaljskih mikrotalasnih sistema su: dugodometni prenosi podataka u telekomunikacionim servisima, kao alternativa koaksijalnom kablu ili optičkom vlaknu. • Mikrotalasno postrojenje zahteva mnogo manje pojačivača ili ponavljača nego koaksijalni kabl preko iste razdaljine, ali zato zahteva transmisiju u istoj liniji. • Mikrotalasi se koriste najčešće za glasovnu i televizijsku transmisiju. • Druga raširena upotreba mikrotalasa se odnosi na kratke "od tačke do tačke"veze između zgrada. Ovo se može koristiti za televiziju zatvorenog kola ili kao veza između lokalnih mreža. • Kratkodometna mikrotalasna tehnologija se može koristiti i za tzv. premošćavanja (bajpas). Npr. poslovna kompanija može da postavi mikrotalasnu vezu do udaljenosti telekomunikacionog postrojenja u istom gradu, premošćavajući tako lokalnu telefonsku kompaniju. Primena Fizički opis

18. SATELITSKA MIKROTALASNA TRANSMISIJA • Komunikacioni satelit je zapravo mikrotalasna relejna stanica. • Koristi se za povezivanje dva ili više zemaljska mikrotalasna transmitera/ prijemnika, kojisu poznati pod nazivom zemaljske stanice. • Satelit prima transmisije na jednom frekvencionom opsegu (uplink), pojačava ili ponavlja signal, i transmituje ga drugoj frekvenciji(downlink). • Jedan orbitirajući satelit radi na više frekvencionih opsega, poznatih pod nazivom transponderski kanali ili prosto tansponderi. • Komunikacioni satelit je tehnološka revolucija jednako važna koliko i optičko vlakno. • Među najvažnijim primenama satelita nalaze se sledeće: • televizijska distribucija • dalekodometna telefonska transmisija • privatne poslovne mreže • Zbog njihove prirode emitovanja sateliti su veoma pogodni za televizijsku distribuciju, i u te svrhe su u širokoj upotrebi u Sjedinjenim Državama i širom sveta. • Kada je u pitanju tradicionalna upotreba, mreža obezbeđuje programe sa centralne lokacije. Programi se transmituju do satelita a zatim se emituju do određenog broja stanica, koje zatim distribuiraju programe do individualnih gledalaca. Jedna od mreža, Public Broadcasting Service (PBS) distribuiraju svoje televizijske programe isključivo preko satelitskih kanala. • Najnovija primena satelitske tehnologije u televizijskoj distribuciji se odnosi na direktno emitujući satelit (DBS), pri čemu se satelitski video signali transmituju direktno do doma korisnika. • Sve veći pad cena i veličine prijemnih antena su učinile DBS ekonomski isplativim, i DBS je danas uobičajen. Primena Fizički opis

19. RADIO EMITOVANJE • Glavne razlike između radio emitovanja i mikrotalasnog emitovanja je u tome da je prvi usmeren u svim pravcima, dok je drugi usko usmeren. • Tako radio emitovanje ne zahteva tanjiraste antene ne moraju biti čvrsto montirane i precizni usmerene. • Radio talasi obuhvataju frekvencije u opsegu od 3kHz do 300 GHz. • Koristimo termin radio emitovanje da bismo obuhvatili VHF i deo UHF opsega: od 30 MHz do 1 GHz. • Ovaj opseg obuhvata FM radio o VHF u VHF televiziju. • Ovaj opseg se takođe koristi za određen broj primena kada su u pitanju mreže podataka. Primena Fizički opis

20. INFRACRVENA KOMUNIKACIJA • Infracrvena komunikacija se ostvaruje korišćenjem transmitera prijemnika (risivera),tzv. transivera koji modulišu nekoherentnu infracrvenu svetlost. • Transiveri moraju biti vizuelno blizu jedan drugom,bilo direktno, ili putem refleksije sa svetlo obojene površine, kao sto je npr. tavanica prostorije. • Jedna od važnih razlika između infracrvene i mikrotalasne transmisije je u tome da prva ne prolazi kroz zidove.Tako nema problema koji se susreću kod mikrotalasa, a to su sigurnosni i interferencioni problemi. • Ne postoji raspodela frekvencija kod infracrvene komunikacije, jer za nju nije potrebna dozvola.

21. MULTIPLEKSIRANJE kada kapacitet transmisionog medijuma premašuje kapacitet potreban za transmisiju jednog signalapoželjno je da se prenose više signala preko jednog medijuma -to se naziva multipleksiranje. Multipleksiranje Slika pokazuje funkciju multipleksiranja u njenom najprostijem obliku • Postoji n unosa u multiplekser. • Multiplekser je povezan jednim linkom podataka sa demultiplekserom. • Link je u stanju da prenese n razdvojenih kanala podataka. • Multiplekser kombinuje (multipleksira) podatke sa n ulaznih linija i transmituje ih preko visoko kapacitivnog linka podataka. • Demultiplekser prihvata multipleksirani tok podataka, razdvaja (demultipleksira) podatke prema kanalu i isporučuje ih do odgovarajućih izlaznih linija.

22. MULTIPLEKSIRANJE FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING TIME DIVISION MULTIPLEXING FDM TDM • prednost je činjenica da korisna širina opsega medijuma premašuje potrebnu širinu opsega za dati signal • prednost je činjenica da dostižna brzina podataka (bit rate) medijumapremašuje potrebnu brzinu prenosa podataka digitalnog signala • više signala se može prenositi simultano, ako je svaki od njih modulisan na drugačiju noseću frekvenciju, a noseće frekvencije su dovoljno razdvojene tako da ne dolazi do preklapanja širina opsega različitih signala • višestruki digitalni signali se mogu prenositi preko jedne transmisione putanje, pomoću unutrašnje obrade delova svakog signala tokom vremena • unutrašnja obrada može biti na nivou bita ili po blokovima bajtova ili većim • količinama • svaki signal zahteva određenu širinu opsega centriranu na njegovoj nosećoj frekvenciji, što se naziva kanal • sekvenca (niz) vremenskih slotova namenjena pojedinačnom izvoru se naziva kanal • da bi se sprečila interferencija, kanali su razdvojeni tzv. zaštitnim opsezima, koji predstavljaju neiskorišćene delove spektra. • jedan ciklus vremenskih slotova (po jedan na svaki izvor) se naziva frejm

23. Kraj