11
Signály a jejich přenos Signály a jejich přenos komunikačním řetězcemkomunikačním řetězcem
Miroslav ŠedivýMiroslav Šedivý
BS1BS1/2/2
22
Komunikační řetězecKomunikační řetězec(obecné schéma)(obecné schéma)
zdroj zprávykódovacízařízení
vysílačsignálu
přenosová cesta(drátová nebobezdrátová)
dekódovacízařízení
přijímačsignálu
pří jemce zprávy
• zdroj zpráv• kódovací zařízení• vysílač signálu• přenosová cesta (médium)• dekódovací zařízení• přijímač signálu• příjemce zpráv
33
Signál Signál
• signál=fyzický nosič zpráv signál=fyzický nosič zpráv
• zdroj zprávy může generovat signály:zdroj zprávy může generovat signály:– analogové (spojité)analogové (spojité)– diskrétní (nespojité)diskrétní (nespojité)– digitální (číslicové)digitální (číslicové)
44
SignálSignál
• dále můžeme rozlišovat signály:dále můžeme rozlišovat signály:– akustickéakustické– optickéoptické– elektrickéelektrické
55
KódováníKódování
• kódovací zařízení má za úkol tzv. kódovací zařízení má za úkol tzv. kódování zprávy kódování zprávy
• po zakódování je třeba zprávu vyslat po zakódování je třeba zprávu vyslat do přenosového média do přenosového média
66
Vysílač signálu Vysílač signálu
• slouží k vyslání zprávy do slouží k vyslání zprávy do přenosového médiapřenosového média
• může jím být :může jím být :– laser laser → → optický signál optický signál – reproduktor reproduktor →→ akustický signál akustický signál – tranzistor tranzistor →→ elektrický signál elektrický signál
• signály se používají s ohledem na signály se používají s ohledem na použité přenosové médium použité přenosové médium
77
Telefonní rozhovorTelefonní rozhovor(příklad použití více typů signálu)(příklad použití více typů signálu)
• je použito více typů signálůje použito více typů signálů– volající účastník volající účastník → mikrofon → přenosová → mikrofon → přenosová
cestacesta(akustický signál → elektrický signál popř. optický)(akustický signál → elektrický signál popř. optický)
– přenosová cesta →sluchátko →volaný účastníkpřenosová cesta →sluchátko →volaný účastník(elektrický signál →akustický signál)(elektrický signál →akustický signál)
88
Nedokonalosti přenosové Nedokonalosti přenosové cestycesty
• během přenosové cesty dochází ke během přenosové cesty dochází ke zkreslení signáluzkreslení signálu
• příčinoupříčinou– přeslechypřeslechy– interferenceinterference– šumyšumy
• zkreslení ale mohou způsobit všechny zkreslení ale mohou způsobit všechny bloky přenosového řetězce (nikoliv bloky přenosového řetězce (nikoliv jenom přenosová cesta)!jenom přenosová cesta)!
99
ŠumyŠumy
• podle vznikupodle vzniku
Rozdělujeme jeRozdělujeme je
• podle rozložení pravděpodobnostipodle rozložení pravděpodobnosti
• podle možnosti odstraněnípodle možnosti odstranění
1010
Šumy podle vznikuŠumy podle vzniku
• při snímání informacepři snímání informace
• kvantizační šumkvantizační šum
• při přenosupři přenosu
• při zpracování informacepři zpracování informace
1111
Šumy podle rozložení Šumy podle rozložení pravděpodobnostipravděpodobnosti
• bílý šumbílý šum
• Gaussův šumGaussův šum
1212
Šumy podle možnosti Šumy podle možnosti odstraněníodstranění
• systematickýsystematický
• náhodnýnáhodný
1313
OkruhOkruh
• okruh je pár vzájemně přiřazených okruh je pár vzájemně přiřazených protisměrných kanálů umožňujících protisměrných kanálů umožňujících protisměrnou komunikaciprotisměrnou komunikaci
• dva základní způsoby provozu:dva základní způsoby provozu:– simplex (poloduplex) – přenos signálů simplex (poloduplex) – přenos signálů
okruhem střídavě v jednom či druhém okruhem střídavě v jednom či druhém směrusměru
– duplex – přenos signálů okruhem současně duplex – přenos signálů okruhem současně v obou směrechv obou směrech
1414
Požadavky na přenos Požadavky na přenos signálusignálu
• co nejmenší odlišnosti původní a co nejmenší odlišnosti původní a reprodukované zprávyreprodukované zprávy
• přiměřené finanční náklady přiměřené finanční náklady
1515
Hodnocení el.signáluHodnocení el.signálu
• pomocí třech, vzájemně svázaných veličin, pomocí třech, vzájemně svázaných veličin, jejich souhrn nazýváme objem signálu Vjejich souhrn nazýváme objem signálu VSS
• dynamický rozsah signálu Ddynamický rozsah signálu DSS
– dynamický rozsah signálu se vyjadřuje jako dynamický rozsah signálu se vyjadřuje jako odstup střední hodnoty výkonu signálu Podstup střední hodnoty výkonu signálu PSS ku ku střední hodnotě výkonu šumu Pstřední hodnotě výkonu šumu PŠŠ
– např. u hovorového signálu představuje změnu např. u hovorového signálu představuje změnu amplitudy signálu vyjadřující rozsah hlasitosti amplitudy signálu vyjadřující rozsah hlasitosti od šepotu až do nejhlasitějšího výkřiku od šepotu až do nejhlasitějšího výkřiku
1616
Hodnocení el.signáluHodnocení el.signálu
• šířka pásma signálu Fšířka pásma signálu FSS (šířka (šířka frekvenčního spektra) frekvenčního spektra) – např. u akustických signálů je tato např. u akustických signálů je tato
veličina ohraničena nejnižšími a veličina ohraničena nejnižšími a nejvyššími sluchem vnímatelnými nejvyššími sluchem vnímatelnými frekvencemi (20Hz – 20kHz) frekvencemi (20Hz – 20kHz)
• doba trvání signálu Tdoba trvání signálu TSS
1717
Vlastnosti telekomunikačního Vlastnosti telekomunikačního kanálu kanálu
• vyjadřujeme obdobnými veličinami: vyjadřujeme obdobnými veličinami: – dynamický rozsah kanálu Ddynamický rozsah kanálu DKK – šířka pásma kanálu Fšířka pásma kanálu FKK – minimální doba trvání signálového prvku Tminimální doba trvání signálového prvku TKK, ,
jehož přenos kanál umožňuje jehož přenos kanál umožňuje – propustnost telekomunikačního kanálu Ppropustnost telekomunikačního kanálu PKK
propustnost kanálu musí být větší nebo rovna propustnost kanálu musí být větší nebo rovna objemu příslušného signálu a vysílač signálu objemu příslušného signálu a vysílač signálu musí parametry signálu přizpůsobit parametrům musí parametry signálu přizpůsobit parametrům kanálu kanálu
1818
Telefonní kanálTelefonní kanál
• hlavním kritériem srozumitelnost hlavním kritériem srozumitelnost
• na základě analýzy řeči stanoveno na základě analýzy řeči stanoveno základní pásmo 300 – 3400Hz základní pásmo 300 – 3400Hz
• dolní mezní frekvence byla určena dolní mezní frekvence byla určena vzhledem k přenosu energeticky vzhledem k přenosu energeticky bohatých složek hlasu, horní mezní bohatých složek hlasu, horní mezní frekvence vzhledem ke frekvence vzhledem ke srozumitelnosti srozumitelnosti
1919
Rozhlasový kanálRozhlasový kanál
• pro přenos rozhlasu a zvukového pro přenos rozhlasu a zvukového doprovodu televize režimu jednosměrného doprovodu televize režimu jednosměrného (simplexního) provozu (simplexního) provozu
• snaha o co největší věrnost původní snaha o co největší věrnost původní informace informace
• při přenosu rozhlasového signálu při přenosu rozhlasového signálu doporučeny tři typy rozhlasových kanálů:doporučeny tři typy rozhlasových kanálů:– normální typu B:normální typu B: 50Hz až 7kHz50Hz až 7kHz– normální typu A:normální typu A: 50Hz až 10kHz50Hz až 10kHz– vysoce kvalitní Q:vysoce kvalitní Q: 40Hz až 15kHz40Hz až 15kHz
2020
Kanál pro obrazovou Kanál pro obrazovou telegrafiitelegrafii
• obrazová telegrafie se používá k přenosu obrazová telegrafie se používá k přenosu nepohyblivých (statických) obrazů nepohyblivých (statických) obrazů
• půltónová telegrafiepůltónová telegrafie– umožňuje rozlišovat tóny barev (odstíny šedi, umožňuje rozlišovat tóny barev (odstíny šedi,
sytost)sytost)– např. letecké a družicové snímky např. letecké a družicové snímky
• dokumentová telegrafie dokumentová telegrafie – zařízení pro přenos je jednodušízařízení pro přenos je jednoduší– pro přenos černých a bílých bodůpro přenos černých a bílých bodů– např.TELEFAX (máme namysli klasický fax) např.TELEFAX (máme namysli klasický fax)
2121
Televizní kanál (videokanál)Televizní kanál (videokanál)
• pro přenos pohyblivých (dynamických) obrazůpro přenos pohyblivých (dynamických) obrazů• obraz snímané scény se rozkládá na obrazové obraz snímané scény se rozkládá na obrazové
řádky řádky • definovány normy definovány normy
– pro obdélníkový rastr obrazu (4:3 nebo 16:9)pro obdélníkový rastr obrazu (4:3 nebo 16:9)– počet snímků za sekundu (25) počet snímků za sekundu (25)
• jasová složkajasová složka– bílá barva scény se elektricky vyjadřuje nižším napětím bílá barva scény se elektricky vyjadřuje nižším napětím
(10% maxima) a černá barva vyšším napětím (70% (10% maxima) a černá barva vyšším napětím (70% maxima)maxima)
• barvonosná složkabarvonosná složka• zatemňovací synchronizační signály zatemňovací synchronizační signály
2222
Digitální kanályDigitální kanály
• pro přenos se používají digitální pro přenos se používají digitální kanály s různými přenosovými kanály s různými přenosovými rychlostmi (např.64kbit/s)rychlostmi (např.64kbit/s)
• kvalitnější přenoskvalitnější přenos
2323
Telekomunikační sítěTelekomunikační sítě
• rozhlasová síťrozhlasová síť
• televizní síťtelevizní síť
• datová síťdatová síť
2424
Inovační trendyInovační trendy
• nahrazování metalických kabelů optickýminahrazování metalických kabelů optickými
• stírání rozdílu mezi přenosovými zařízeními stírání rozdílu mezi přenosovými zařízeními na krátké a dlouhé vzdálenosti na krátké a dlouhé vzdálenosti
integrace původně oddělených spojovacích a integrace původně oddělených spojovacích a přenosových zařízenípřenosových zařízení
digitalizace původních analogových signálůdigitalizace původních analogových signálů prorůstání výpočetní a telekomunikační prorůstání výpočetní a telekomunikační
techniky a „zvyšování inteligence“ techniky a „zvyšování inteligence“ telekomunikačních sítí telekomunikačních sítí
2525
ModulaceModulace
• modulace slouží k efektivnímu využití modulace slouží k efektivnímu využití šířky pásma daného přenosového šířky pásma daného přenosového médiamédia
• rozlišujeme:rozlišujeme:– spojité modulace (s harmonickou spojité modulace (s harmonickou
nosnou vlnou)nosnou vlnou)– impulzní modulace impulzní modulace
2626
Spojité modulaceSpojité modulace
• Amplitudová modulaceAmplitudová modulace– tato modulace je technicky nejméně náročná, ale málo tato modulace je technicky nejméně náročná, ale málo
kvalitní a neodolná proti rušení kvalitní a neodolná proti rušení
• frekvenční modulace frekvenční modulace – amplituda signálu ovlivňuje frekvenci nosnéamplituda signálu ovlivňuje frekvenci nosné– mnohem odolnější proti rušení a kvalitnějšímnohem odolnější proti rušení a kvalitnější
• fázová modulacefázová modulace– amplituda nosné postupně mění fázi nosnéamplituda nosné postupně mění fázi nosné
• Vícenásobné použití spojitých modulací vede Vícenásobné použití spojitých modulací vede k vícenásobnému využití kapacity přenosové k vícenásobnému využití kapacity přenosové cesty (frekvenčně dělený multiplex) cesty (frekvenčně dělený multiplex)
2727
Spojitý modulátorSpojitý modulátor
Modulátor
nosná
signálmodulačníprodukty
2828
Impulsní modulátorImpulsní modulátor
Modulátor
zdroj taktovacíhosignálu
signálmodulačníprodukty
2929
Impulsní modulaceImpulsní modulace
• na principu odebíraní vzorků ze vstupního na principu odebíraní vzorků ze vstupního signálu v rytmu taktovacího signálusignálu v rytmu taktovacího signálu
3030
Impulsní modulaceImpulsní modulace
• nekvantované impulsní modulacenekvantované impulsní modulace– založeny na metodě vzorkování signáluzaloženy na metodě vzorkování signálu
• kvantované impulsní modulacekvantované impulsní modulace– používají navíc tzv. metodu kvantovánípoužívají navíc tzv. metodu kvantování– velikost vzorku je nikoliv analogová, ale velikost vzorku je nikoliv analogová, ale
digitální (její velikost může nabývat digitální (její velikost může nabývat pouze předem daného počtu hodnot)pouze předem daného počtu hodnot)
3131
Druhy impulsních modulacíDruhy impulsních modulací
• nekvantovanénekvantované– pulzně-amplitudová (PAM)pulzně-amplitudová (PAM)– pulzně-polohová (PPM)pulzně-polohová (PPM)– pulzně-šířková (PŠM)pulzně-šířková (PŠM)
• kvantované kvantované – pulzně-kódová (PCM)pulzně-kódová (PCM)– delta modulace (DM)delta modulace (DM)
3232
Impulsní modulaceImpulsní modulace
• vícenásobné využití přenosové cesty vícenásobné využití přenosové cesty metodou tzv. časového třídění kanálů metodou tzv. časového třídění kanálů (časový multiplex)(časový multiplex)
3333
Zdroje informacíZdroje informací
• Telekomunikační technika I., J. Telekomunikační technika I., J. Svoboda a kolektiv, Nakladatelství Svoboda a kolektiv, Nakladatelství Sdělovací technika, Praha 2000Sdělovací technika, Praha 2000
• http://komzak.webz.cz/old/skola/dp/http://komzak.webz.cz/old/skola/dp/sum.htmlsum.html
3434
Děkujeme za Děkujeme za pozornostpozornost