Π.ΚΩΣΤΑΡΑΚΗΣ- Β.ΧΡΙΣΤΟΦΙΛΑΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ-ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ & ΕΦΑΡΜΟΓΩN ΤΟΜΕΑΣ ΙV ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ

ΕΝΟΤΗΤΑ 2 2

 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ◦ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ◦ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΕΚΠΟΜΠΗΣ ◦ ΣΗΜΑΤΟΔΟΣΙΑ ΠΟΛΛΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ ◦ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ ΚΑΝΑΛΙΟΥ 3

1. ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟΙ ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΙ  Συνηθίζεται όταν σχεδιάζουμε ενα σύστημα τηλεπικοινωνίας να συναντάμε επιπρόσθετους περιορισμούς όταν προχώραμε στη φάση υλοποιησής του.  Περιορισμοί software και hardware ◦ Μπορεί πχ ο επεξεργαστής μας να μην μπορεί να υποστηρίξει λειτουργίες ή αλγόριθμους  ή επιλέγουμε «καλύτερο» επεξεργαστή ή βελτιώνουμε τους αλγόριθμους 4

( 5

Intel released the 4-bit Intel 4004, the world's first commercially available microprocessor.Intel 4004

Addr bus 1 ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΩΝ ΜΝΗΜΗ (data + instr) Data bus Addr bus CPU ΜΝΗΜΗ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ instr Data bus 1 CPU Addr bus 2 Data bus 2 ΜΝΗΜΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ data Von Neumann Harvard Instruction Cache (on-chip) Fast Dedicated Hardware (MACs), I/O Special Instructions για DSP 8

ASIC ΜΟΝΑΔΕΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ FPGADSPGP Αpplication Specific Integrated Circuits Field Programmable Gate Arrays Digital Signal Processors General Purpose Computer 9

 Finite Impulse Response  Infinite Impulse Response  Convolution  Correlation  Fast Fourier Transforms  Discrete Fourier Transform  Least Mean Square ΣaibiΣaibi

11

) 12

1. ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟΙ ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΙ  Κατανάλωση ισχύος  Φορητότητα συσκευής 2. ΚΡΑΤΙΚΕΣ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΚΑΙ ΠΡΟΤΥΠΑ European Telecommunications Standards Institute (ETSI) International Telecommunication Union 3. ΕΜΠΟΡΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ 13

14

Πόσο γρήγορα μεταδίδεται η πληροφορία απο το πομπό στο δέκτη Πόσος χρόνος χρειάζεται για να στείλουμε N-bits δεδομένων από το Α στο Β Εν γένει εξαρτάται απο τα χαρακτηριστικά Πομπού και Δέκτη αλλά και απο το κανάλι επικοινωνίας 15

Έστω 2 στάθμες που πρέπει να μεταδοθούν στο κανάλι επικοινωνίας. Στη στάθμη 0V αντιστοιχεί το 0 και στη στάθμη 5V αντιστοιχεί το Ε: Έστω ότι σε 1 sec μεταδίδεται ένα bit (1bps). Πόσο θα αυξηθεί ο ρυθμός αν χρησιμοποιήσουμε 2 ακόμα κανάλια επικοινωνίας? 3bps Br x N Br:bits ανά sec, bps N: o αριθμός των καναλιών 5V 0V 16

Έστω 4 στάθμες A,B,Γ,Δ που αντιστοιχούν σε 4 διαφορετικές τάσεις. Στάθμη Α: 0 V Στάθμη Β: 1 V Στάθμη Γ: 4 V Στάθμη Δ: 5 V Για κάθε στάθμη (κατάσταση) χρειαζόμαστε 2bit πληροφορίας Α  00 Β  01 Γ  10 Δ  11 17

ΣΥΜΒΟΛΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣΒΙΤ

 Ρυθμός μεταφοράς πληροφορίας (bit rate): ορίζεται ως η ταχύτητα με την οποία μπορεί να αποσταλεί δυαδική πληροφορία (bit) από την πηγή στον προορισμό και μετράται σε bit/sec (bps).  Ε: b σε χρόνο 1 min σε τι bit rate αντιστοιχεί;  A: bps 19

 Ρυθμός μεταφοράς συμβόλων (baud rate): ορίζεται ως η ταχύτητα με την οποία μπορεί να αποσταλεί σύμβολο από τη πηγή στον προορισμό και μετράται σε σύμβολα/sec (baud)  Ε: Βρείτε το bit rate συστήματος που χρησιμοποιεί 4 διαφορετικά πλάτη σήματος για να μεταφέρει πληροφορία μέσα από το κανάλι αν το κάθε πλάτος αλλάζει κάθε 1ms. 20

Baud Rate = 1 symbol / 1 ms = 1000symbols/s=1000 baud Κάθε σύμβολο μεταφέρει 2 b Bit Rate = 2b/ 1 ms = 2000bps 21

 Φασματική απόδοση(bandwidth efficiency): oρίζεται ως το πηλίκο του bit rate προς το χρησιμοποιούμενο εύρος ζώνης και μετράται σε bits/sec/Hz.  Η φασματική απόδοση αποτελεί μέτρο του πόσο καλά μια συγκεκριμένη τεχνική διαμόρφωσης (και κωδικοποίησης) εκμεταλλεύεται το διαθέσιμο εύρος ζώνης  Ε: Ποια η φασματική απόδοση συστήματος που απαιτεί εύρος ζώνης 4kHz για να μεταδιδει πληροφορία με ρυθμό 8kbps 22

Φασματική Απόδοση = 8000 b/s /4000 Hz= 2b/s/Hz Για να διατηρηθεί η φασματική απόδοση σταθερή σε περίπτωση που αυξηθει το bit rate πρέπει να αυξηθεί ανάλογα και το εύρος ζώνης 23

24

 Baseband signals Passband signals Σήματα βασικής ζώνης 0B 0 Hz fcfc+B/2fc-B/2 B= BANDWIDTH = ΕΥΡΟΣ ΖΩΝΗΣ από 0 σε Β Ηz B= BANDWIDTH = ΕΥΡΟΣ ΖΩΝΗΣ από fc-B/2 σε fc+B/2 25

 Central Limit Theorem: Το άθροισμα μεγάλου αριθμού τυχαιων ανεξάρτητων μεταβλητών ακολουθεί Gaussian κατανομή.  Συνήθως ο θόρυβος n(t) που υπεισέρχεται στα κανάλια επικοινωνιών είναι αποτέλεσμα πολλαπλής προέλευσης και έχει Gaussian κατανομή.  Normal -----Gaussian 26

 Ο θόρυβος που έχει σταθερή φασματική πυκνότητα σε ένα μεγάλο εύρος συχνοτήτων λέγεται λευκός θόρυβος.  Η φασματική πυκνότητα ισχύος λευκού θορύβου δίνεται από τη σχέση 27

 Χωρητικότητα καναλιού (C)= καθορίζει το μέγιστο ρυθμός αξιόπιστης μετάδοσης δεδομένων μέσω ενός καναλιού επικοινωνίας  Άρα ο σχεδιασμός οποιουδήποτε συστήματος τηλεπικοινωνιών πρεπει να γίνεται έτσι ώστε o Ρυθμός μετάδοσης δεδομένων να ειναι ≤ C 28

 Σχέση σήματος προς θόρυβο με το εύρος ζώνης  Έστω R o μέγιστος ρυθμός μετάδοσης δεδομένων = 10kbps. Και Β=3ΚHz.  Πόσο το S/N. To θεωρημα οριζει οτι R max =C 29

 Μέτρο σύγκρισης συνήθως τιμών ισχύος (P)  P out, P in σε Watt.  Χρησιμοποιείται ευρύτατα στις Τηλεπικοινωνίες  Οταν P in =P out τοτε 0dB  P out > P in + dB  P out < P in - dB 30

31

SNRSNR (dB)

dBPout/Pin

 Για ένα σύστημα που εκπέμπει με τη μέγιστη χωρητικότητα, C, η μέση ισχύς του σήματος, S, μετρούμενη στην είσοδο του δέκτη, μπορεί να γραφτεί ως S = E b.C, όπου E b είναι η μέση λαμβανόμενη ενέργεια ανά bit. Η μέση ισχύς θορύβου, Ν, μπορεί επίσης να επαναπροσδιοριστεί ως, Ν = N 0.B, όπου N 0 είναι η πυκνότητα ισχύος θορύβου (Watts / Hz) ΦΑΣΜΑΤΙΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ 34

 Προδιαγραφες τηλεφωνική σύνδεσης 1: Εύρος ζώνης από 300 Hz έως 3400 Hz και λόγος σήματος προς θόρυβο 40 dB. Προδιαγραφες τηλεφωνική σύνδεσης 2: Εύρος ζώνης από 600Hz έως 2800Hz και λόγος σήματος προς θόρυβο 30 dB.  Θέλουμε να επιτύχουμε μέγιστο ρυθμό δεδομένων 30kbps χωρίς σφάλματα. Ποια απο τις 2 συνδέσεις θα επιλέξουμε και γιατί? 35

36

 B 1= 3400 – 300 = 3100 Hz, S/N = 40 dB  10 4 C1 = 3100 log 2 ( ) = 41.2 kbps  B 2= 2800 – 600 = 2200 Hz, S/N = 30 dB  10 3 C2 = 2200log 2 ( ) = 21.9 kbps 37

38 BW=3100 Hz 41.2 kbps

39 BW=2200 Hz 21.9 kbps

40  Επόμενο μάθημα 14/04/2016. Παράδοση ΣΑ2 σε μορφή doc. 