Transmisja sygnałów
ModuIacje anaIogowe: AM, FM, PM, QAM
ModuIacja PCM
Systemy dostępu wieIokrotnego;
muItipIeksowanie
Systemy z rozproszonym widmem
© AJ
Przekształcanie sygnałów
(modulacja) - cele
Umożliwienie wypromieniowania energii sygnału
stworzenie warunków do jednoczesnego i
niezależnego przesyłania wielu różnych sygnałów
stworzenie warunków dogodniejszego
przesyłania sygnałów
stworzenie warunków do poufnego przesyłania
sygnałów
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. II) 2
Politechniki Warszawskiej
Umożliwienie wypromieniowania energii
sygnału
Np. radiofonia, tory radiowe -
wypromieniowanie fal radiowe jest możliwe
dla częstotliwości powyżej 15 kHz
(rozmiary anteny)
telewizja - pasmo sygnału naturalnego
trzeba  przesunąć w zakres wyższych
częstotliwości
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. II) 3
Politechniki Warszawskiej
Stworzenie warunków do jednoczesnego i
niezależnego przesyłania wielu różnych sygnałów
Tworzenie kanałów częstotliwościowych i
czasowych do przesyłania różnych
sygnałów przez to samo środowisko (tor
teletransmisyjny)
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. II) 4
Politechniki Warszawskiej
Stworzenie warunków dogodniejszego
przesyłania sygnałów
Takie przekształcenie sygnału, aby np.:
' był odporny na zakłócenia,
' umożliwiał detekcję i korekcję błędów,
' znalazł się w paśmie wolnym od
zniekształceń
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. II) 5
Politechniki Warszawskiej
Stworzenie warunków do poufnego
przesyłania sygnałów
Utajnianie wiadomości:
' kodowanie,
' szyfrowanie
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. II) 6
Politechniki Warszawskiej
POJ
CIE MODULACJI:
Proces zmiany niektórych wielkości
charakterystycznych jednego przebiegu
elektrycznego zmiennego w czasie (przebiegu
modulowanego - nośnego) pod wpływem
drugiego przebiegu tzw. przebiegu
modulujÄ…cego.
Rodzaje modulacji: analogowa, impulsowa,
impulsowo-kodowa.
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. II) 7
Politechniki Warszawskiej
Rodzaje modulacji
Modulacje
typu ciągłego
typu nieciągłego
amplitudy szerokości położenia impulsowo-
amplitudowe kÄ…towe
impulsów impulsów impulsów kodowa
częstotliwości fazy
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. II) 8
Politechniki Warszawskiej
MODULACJA ANALOGOWA
ILUSTRACJA MODULACJI AMPLITUDY
Przebieg modulujÄ…cy
t
Przebieg nośny
t
Przebieg zmodulowany
t
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. II) 9
Politechniki Warszawskiej
Modulacja amplitudy
y(t), x(t)
Am
przebieg nośny
A0
t
y(t) = A sin(&!t + Åš)
przebieg modulujÄ…cy
x(t) = Bsin(Ét + Ć)
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. II) 10
Politechniki Warszawskiej
Modulacja amplitudy cd.
f
y1
F
Y1(t) = [A0 + Amsin(Ét+ Õ)]sin(&!t + Åš)
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. II) 11
Politechniki Warszawskiej
Modulacja amplitudy cd.
Y1(t) = A0sin(&!t + Åš)+ 0,5Amcos[(&!  É)t + Åš  Õ)]
 0,5Amcos[(&! + É)t + Åš + Õ)]
A0
0,5Am 0,5Am
B
f
f F-f F F+f
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. II) 12
Politechniki Warszawskiej
Widmo modulacji amplitudowej
A0
wn wbd wbg
fd fg F-fg F-fd F F+fd F+fg
wn wbd wbg
fd fg F-fg F-fd F F+fd F+fg
300 Hz 3400 Hz
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. II) 13
Politechniki Warszawskiej
Modulacja częstotliwości
x(t) = Bsin(Ét+ Õ)
y(t) = Asin(&!t + Åš)
t
Fm
Wskaz
nik modulacji: m =
fg
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. II) 14
Politechniki Warszawskiej
Modulacja częstotliwości - widmo
m = 0
f
F
m = 2
f
f
F
m = 4
f
f
F
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. II) 15
Politechniki Warszawskiej
Modulacja fazy
t
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. II) 16
Politechniki Warszawskiej
© AJ
Modulacje analogowe
u= Aosin( ot+ o)
ModuIacja AM: zmiana Ao
ModuIacja FM; zmiana Éo
ModuIacja PM; zmiana Õo
ModuIacja QAM; zmiana Ao oraz Õo
© AJ
Modulacje impulsowe
a)
t
b)
t
c)
t
d)
t
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. II) 17
Politechniki Warszawskiej
Cechy systemów wielokrotnych
z modulacjÄ… impulsowo-kodowÄ…
Transmisja cyfrowa umożliwia zastąpienie
wzmacniania przez regenerację (złagodzenie
warunków na dopuszczalne zakłócenia)
Transmisja cyfrowa umożliwia wielokrotne
wykorzystanie torów transmisyjnych przez
tworzenie kanałów czasowych - krotnice
czasowe są znacznie prostsze od częstotliwościowych
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. III) 4
Politechniki Warszawskiej
Cechy systemów wielokrotnych
z modulacjÄ… impulsowo-kodowÄ… (c.d.)
Prosta zamian sygnału analogowego na
cyfrowy
Trakty przystosowane do transmisji
sygnałów kodowanych cyfrowo (telefonia)
mogą być bezpośrednio wykorzystywane
do transmisji sygnałów z natury cyfrowych
(transmisja danych)
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. III) 5
Politechniki Warszawskiej
Cechy systemów wielokrotnych
z modulacjÄ… impulsowo-kodowÄ… (c.d.)
Zasada tworzenia kanałów czasowych jest
wykorzystywana w elektronicznych centralach
komutacyjnych umożliwia to unifikację techniki
teletransmisyjnej i komutacyjnej
UrzÄ…dzenia cyfrowe sÄ… Å‚atwiejsze w
projektowaniu, realizacji i utrzymaniu; sÄ…
tańsze
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. III) 6
Politechniki Warszawskiej
Cechy systemów wielokrotnych
z modulacjÄ… impulsowo-kodowÄ… (c.d.)
Cyfryzacja analogowej techniki
transmisyjnej przy równoczesnym rozwoju
teletransmisji sygnałów cyfrowych i
elektronizacji central prowadzi do integracji
sieci telekomunikacyjnej w zakresie techniki
(IDN) i w zakresie usług (ISDN)
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. III) 7
Politeniki Warszawskiej
Etapy przekształcania sygnału w systemach
impulsowo-kodowych PCM
Próbkowanie
Kwantyzacja
Kodowanie
Podstawy telekomunikacji (cz. III)
Próbkowanie (przypomnienie)
t
Tp
Ts
Twierdzenie o próbkowaniu (Shannona):
Tp d" 0,5 Ts lub fp e" 2 fg
fp = 8 kHz
Podstawy telekomunikacji (cz. III)
Kwantyzacja - zakwalifikowanie wartości
amplitudy próbki z ciągłego przedziału wartości do
jednego ze skończonej liczby przedziałów, np. 128
Poziom
kwantyzacji
5
4
4
4
3
3 3
2
2
t
1
-1
-1
-2
-2
-3
-4
-4
-5
-5
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. III) 10
Politechniki Warszawskiej
Kodowanie asymetryczne
a
U
t
b
7 111
6 110
5 101
100
4
3 011
2 010
1 001
t
000
0
c
t
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. III) 11
Politechniki Warszawskiej
Kodowanie symetryczne
a
U
t
b
+3 111
+2 110
+1 101
t
100
+0
 0
000
 1 001
 2 010
011
 3
c
t
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. III) 12
Odtwarzanie sygnału
Szum kwantyzacji
Sygnał nadany
Sygnał odtworzony
U
+3 111
+2 110
101
+1
t
+0 100
 0
000
 1 001
 2 010
 3 011
t
0 +2 +3 +3 +3 +1 0 - 2 -3 -3 -3 -1
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. III) 13
Politechniki Warszawskiej
Szum kwantyzacji
U
Moc szumu
kwantyzacji:
A
a2
B
2
Sk =
12
A - punkt na krzywej nadanej, B - punkt na krzywej odtworzonej
x - chwilowa wartość szumu kwantyzacji, a - skok kwantyzacji
t
Moc szumu kwantyzacji zależy wyłącznie od wartości skoku kwantyzacji
(liczby skoków kwantyzacji), a nie zależy do wielkości próbki.
Odstęp od szumu kwantyzacji jest mniejszy dla próbek o mniejszych
wartościach.
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. III) 14
Politechniki Warszawskiej
a
2
x
a
a
2
© AJ
Modulacja PCM
FiItr doIno- Układ Kwantyzator
przepustowy próbkujący i koder
FiItr doIno-
Sieć Dekoder
przepustowy
© AJ
Kwantyzacja
Górna granica
6 6
Poziom kwantyzacji
E4
5
DoIna granica
4
E2
5
3
1 2 1 2
2
Próbki Próbki po
4
wejS
ciowe odtworzeniu
1
3
E1 E3
21
Powstawanie błędu kwantyzacji
0
0
Kwantyzacja Iiniowa i Iogarytmiczna
© AJ
© AJ
Przykład kodowania
AmpIituda Poziom Zakodowana
próbki kwantyzacji próbka
0.027 V 3 00 00 00 11
-0.005 V 0 00 00 00 00
1.278 V 128 01 11 11 11
-1.278 V -127 11 11 11 11
© AJ
Multipleksowanie
sygnałów PCM
MuItipIekser
bajt A2 bajt A1
Kanał A
0100 0110
bajt B2 bajt B1
Kanał B Z2 B2 A2 Z1 B1 A1
0011 0001
... ...
1010 0011 0100 1000 0001 0110
bajt Z2 bajt Z1
Kanał Z
Ramka 125 µs Ramka 125 µs
1010 1000
125 µs
Uwaga: DIa przejrzystoS
ci rysunku zamiast próbek oS
miobitowych przyjęto próbki czterobitowe
© AJ
© AJ
Struktura ramki systemu
PCM 30/32
WieIoramka
Ramka 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Ramka
... ...
Kanał rozmówny - 1 2 3 15 - 16 28 29 30
... ...
SzczeIina czasowa 0 1 2 3 15 16 17 29 30 31
Bit 1 2 3 4 5 6 7 8
© AJ
Struktura ramki
w systemie PCM 24
WieIoramka
Ramka 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Ramka
...
22 23
Kanał rozmówny 1 2 3 24
...
22 23
SzczeIina czasowa 1 2 3 24
Bit 1 2 3 4 5 6 7 8
© AJ
1 bit równy 488 ns
Struktura ramki
1 szczelina kanaÅ‚ow a równa 8 bitom lub 3,9 µs
B1B B3B4B5B6B B8
2 7
systemu
SK
5
0 1 2 3 4 6 7 8 9 10 1112 1314151617181920 2122 232425 2627 282930 31
KT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 131415 1617181 920 212223242526 2728 2930
PCM-30/32
1 ramka równa 32 szczelinom kanaÅ‚owym lub 125 µs
X 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 X1X X2 X3
R0 R0
1
sygnał faz owania sygnał fazowani a
ram ki wi elora mki
a b c d a b c d
R1 X 1 Y Z U V1V2V3 R1
KT1 KT16
a b c d a b c d
R2 X 0 0 1 1 0 1 1 R2
sygnał faz owania
KT 2 KT17
ram ki
X 0 0 1 1 0 1 1 a b c d a b c d
R14R14
sygnał faz owania
KT1 4 KT29
ram ki
X 1 Y Z U V1V2V3 a b c d a b c d
R15R15
KT1 5 KT30
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. III) 23
Politechniki Warszawskiej
1
wieloramka równa 32 ramkom 2 ms
Właściwości systemu PCM-24 i PCM-30/32
Parametr PCM-24 PCM-30
Przepływność binarna 1544 kbit/s 2048 kbit/s
125 µs
DÅ‚ugość ramki 125 µs
(8x24+1=193 bity)
Liczba szczelin kanałowych 24 32
Liczba bitów w szczelinie kanałowej 7 + 1 8
Liczba kanałów rozmównych 24 30
DÅ‚ugość szczeliny kanaÅ‚owej 5,21 µs3,9 µs
Zakres częstotliwości kanału rozmównego 300  3400 Hz 300  3400 Hz
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji (cz. III) 24
Politechniki Warszawskiej
Właściwości systemu PCM-24 i PCM-30
Parametr PCM-24 PCM-30
Długość wieloramki -- 2 ms
Liczba ramek w wieloramce -- 16
Liczba stopni kwantyzacji 128 256
Liczba kanałów sygnalizacyjnych na 22  4
1 kanał rozmównych
Częstotliwość próbkowania 8 kHz 8 kHz
Prawo kompresji A = 87,6 A = 87,6
Podstawy telekomunikacji (cz. III)
optycznymi rozmieszczonymi co 120 km
© AJ
TDMA: Dostęp wielokrotny
z podziałem czasu
© AJ
Moc
Cz
oS
ć
w
as
tli
o
ęst
Cz
© AJ
FDMA: Dostęp wielokrotny
z podziałem częstotliwoS
ci
© AJ
Moc
oS
ć
w
Cz
tli
o
as
ęst
Cz
WDM: Podział długoS
ci fali
MUX DEMUX
...
WDM:
(2, 4 or 8 kanały)
DWDM:
(16 lub więcej kanałów*)
* zbudowano system eksperymentalny o 1021 kanałach
© AJ
...
...
© AJ
Przykład: transmisja strumienia
o przepływnoS
ci 40 Gbit/s
na odległoS
ć 600 km
Tradycyjny system STM-16
16 par S
wiatłowodów z 272 regeneratorami
rozmieszczonymi co 35 km
© AJ
Przykład: transmisja strumienia
o przepływnoS
ci 40 Gbit/s
na odległoS
ć 600 km
System DWDM o 16-tu kanałach;
każdy z kanałów przenosi strumień
STM-16
16-kanałowe muItipIeksery DWDM
Para S
wiatłowodów z czterema wzmacniaczami
optycznymi rozmieszczonymi co 120 km
© AJ
CDMA: Dostęp wielokrotny
z podziałem kodowym
© AJ
Moc
Cz
oS
ć
w
as
tli
o
ęst
Cz
Systemy
z rozproszonym widmem
Umożliwiają realizację dostępu
wielokrotnego z podziałem kodowym
(CDMA)
Dwa rodzaje systemów z rozproszonym
widmem
Z przeskakiwaniem częstotliwoS
ci
Z rozpraszaniem bezpoS
rednim
© AJ
© AJ
Systemy
z rozproszonym widmem
1941: patent USA na torpedÄ™ sterowanÄ… radiem
(pierwsza propozycja systemu z rozpraszaniem widma)
Hedy Lamarr
http://www.inventorsmuseum.com/hedylamarr.htm
© AJ