Ψηφιακές και αναλογικές πηγές & επικοινωνιακά συστήματα Αναπαράσταση σημάτων στο πεδίο του χρόνου και των συχνοτήτων Κωδικοποίηση δεδομένων Ψηφιακό επικοινωνιακό σύστημα Χωρητικότητα καναλιού Ρυθμοί μετάδοσης δεδομένων

Αναλογικές & ψηφιακές πηγές – Συστήματα επικοινωνίας Τι εννοούμε με τον όρο δεδομένα; Τα δεδομένα είναι οντότητες που μεταφέρουν πληροφορία (π.χ ήχος & εικόνα) αναλογικά σήματα Τι είναι τα σήματα; Τα σήματα είναι ηλεκτρική ή ηλεκτρομαγνητική αναπαράσταση των δεδομένων ψηφιακά σήματα

Τι σημαίνει μετάδοση δεδομένων; Μετάδοση είναι η ανταλλαγή δεδομένων με τη βοήθεια της διάδοσης και επεξεργασίας των σημάτων 01100101 11000101 10101100 1111 01100001 1001 1101 Τι είδους πηγές πληροφορίας έχουμε και τι συστήματα επικοινωνίας δημιουργούνται; Οι αναλογικές πηγές παράγουν μηνύματα ή σήματα συνεχή Οι ψηφιακές πηγές παράγουν μηνύματα ή σήματα διακριτά ή πεπερασμένα

Γιατί τα ψηφιακά συστήματα επικοινωνίας γίνονται πιο δημοφιλή έναντι των αναλογικών; Χρησιμοποιούν σχετικά φθηνά ψηφιακά κυκλώματα Εφαρμόζουν εύκολα τεχνικές ολοκληρωμένων κυκλωμάτων Είναι ασφαλή λόγω της κρυπτογράφησης των δεδομένων Ενοποιούν μέσα από το ίδιο ψηφιακό σύστημα ποικίλο είδος δεδομένων: ήχος, εικόνα, video, κείμενο Η αλλοίωση του σήματος κατά τη μετάδοση αντιμετωπίζεται ευκολότερα με τη χρήση αναγεννητικών σταθμών και κατάλληλης κωδικοποίησης Μειονέκτημα υπάρχει; Τα ψηφιακά σήματα απαιτούν πολύ μεγαλύτερο εύρος ζώνης από ότι τα αναλογικά και συγχρονισμό μεταξύ εκπομπής και λήψης

Αναπαράσταση σημάτων ως προς το χρόνο & τη συχνότητα συνεχή σήματα διακριτά σήματα περιοδικά σήματα παράσταση σημάτων ως προς το χρόνο μη περιοδικά σήματα

παράσταση σημάτων ως προς τη συχνότητα παράσταση σημάτων S1(t)=Asin(2πft) S2(t)=A/4sin[2π(3f)t] S (t)=S1(t)+S2(t) Κάθε σήμα προκύπτει από τη σύνθεση σημάτων διαφόρων συχνοτήτων Φασματική γραμμή Φάσμα συχνοτήτων παράσταση σημάτων ως προς τη συχνότητα παράσταση σημάτων ως προς το χρόνο

Φάσμα ανθρώπινης ομιλίας Παραδείγματα Φάσμα διαπασών Φάσμα ανθρώπινης ομιλίας

Μετάδοση ψηφιακών τετραγωνικών παλμών Οι ψηφιακοί τετραγωνικοί παλμοί έχουν άπειρο φάσμα συχνοτήτων, γεγονός που περιορίζει τη μέγιστη ταχύτητα μετάδοσης. Η ταχεία εξασθένιση των υψηλών συχνοτήτων οδηγεί σε έντονη παραμόρφωση των παλμών, που γίνεται ακόμη μεγαλύτερη όσο αυξάνει η ταχύτητα μετάδοσης των παλμών, αφού οι παλμοί γίνονται οξύτεροι

Κωδικοποίηση δεδομένων Αναλογικά δεδομένα – αναλογικά σήματα Αναλογικά δεδομένα μεταδίδονται απευθείας ή διαμορφώνουν μία φέρουσα συχνότητα κατά AM, FM, PM (πολυπλεξία) Αναλογικά δεδομένα – ψηφιακά σήματα Ψηφιοποίηση των αναλογικών δεδομένων (ήχος, εικόνα, βίντεο) και μετάδοση τους με παλμοκωδική διαμόρφωση (PCM)

3. Κωδικοποίηση 2. Κβαντοποίηση 1. Δειγματοληψία Διαμόρφωση PCM Δ7 Δ6 VH L67 L56 L45 L34 L23 L12 L01 VL s x(t) , xq(t) Δ7 Δ6 Δ5 Δ4 Δ3 Δ2 Δ1 Δ0 m7 m0 m1 m2 m3 m4 m5 m6 4 3 -3 -4 -2 -1 1 2 t m(t) Volts Κωδικός αριθμός Στάθμη κβαντισμού 3,5 -3,5 -2,5 -1,5 -0,5 0,5 1,5 2,5 7 5 6 τιμή δείγματος 1,3 3,6 2,3 0,7 -0,7 -2,4 -3,4 πλησιέστερη στάθμη κβαντισμού κωδικός αριθμός δυαδική παράσταση 101 111 110 100 011 001 000 m(t)

Ψηφιακά δεδομένα – αναλογικά σήματα Ψηφιακά δεδομένα μετατρέπονται μέσω του modem σε αναλογικά σήματα, ώστε να μεταδοθούν μέσα από την τηλεφωνική γραμμή. Χρησιμοποιούνται οι τεχνικές ASK, FSK και PSK ή διάφορες υβριδικές. FSK PSK ASK

Ψηφιακά δεδομένα – ψηφιακά σήματα Ψηφιακά δεδομένα κωδικοποιούνται και μεταδίδονται με ψηφιακό τρόπο (ISDN, ADSL)

Ερωτήσεις Να εκφράσετε τον όρο δεδομένα, σήματα, μετάδοση Να εκφράσετε τους όρους αναλογική – ψηφιακή πηγή και αναλογικό – ψηφιακό σύστημα επικοινωνίας Ποια τα πλεονεκτήματα των ψηφιακών συστημάτων επικοινωνίας έναντι των αναλογικών και ποιο το μειονέκτημα; Να σχεδιάσετε και να συνθέσετε τα σήματα: 4sin(2π100t) και 2sin(2π500t) στο πεδίο του χρόνου και των συχνοτήτων Για ποιο λόγο τα ψηφιακά σήματα εξασθενούν γρήγορα και χάνονται σε ένα ενσύρματο μέσο; Πώς γίνεται και ποιες τεχνικές χρησιμοποιούνται στην κωδικοποίηση: α) αναλογικών δεδομένων σε αναλογικά σήματα, β) αναλογικών δεδομένων σε ψηφιακά σήματα, γ) ψηφιακών δεδομένων σε αναλογικά σήματα, δ) ψηφιακών δεδομένων σε ψηφιακά σήματα

Ψηφιακό επικοινωνιακό σύστημα Απλουστευμένο μοντέλο Μετατρέπει τα δεδομένα σε σήματα π.χ Η/Υ ή τηλέφωνο Διαμόρφωση και κωδικοποίηση της πληροφορίας π.χ modem Τηλεφωνική γραμμή ή ασύρματη ζεύξη Αποδιαμόρφωση και μετατροπή της πληροφορίας πριν τη λήψη Τα σήματα μετατρέπονται σε δεδομένα π.χ εικόνα, ήχος

Αναλυτικό μοντέλο ψηφιακού συστήματος επικοινωνίας Ποιος είναι ο σκοπός ενός ψηφιακού συστήματος επικοινωνίας; Είναι η διαβίβαση μηνυμάτων ή συμβόλων από μία πηγή σε ένα προορισμό με όσο το δυνατό μεγαλύτερο ρυθμό και υψηλότερη πιστότητα Σύστημα πηγής Σύστημα προορισμού Πομπός Δέκτης Παραμόρφωση Εξασθένιση Θόρυβος Παραγωγή κυματομορφών κατάλληλων προς μετάδοση Μετατροπή συμβόλων σε σειρά bits Έλεγχος σφαλμάτων Μετατροπή των bits σε σύμβολα Ανίχνευση και διόρθωση σφαλμάτων Ανάκτηση της δυαδικής ακολουθίας

Μετάδοση δεδομένων σε ένα τοπικό δίκτυο υπολογιστών Παράδειγμα Μετάδοση δεδομένων σε ένα τοπικό δίκτυο υπολογιστών Σύστημα δέκτη (κάρτα δικτύου) Σύστημα προορισμού Σύστημα πηγής Σύστημα πομπού (κάρτα δικτύου)

Χαρακτηριστικά μέσου μετάδοσης Η ποιότητα του μέσου επιδράει στην πιστότητα και το μέγιστο ρυθμό μετάδοσης δεδομένων 1 Ο ρυθμός μετάδοσης bit (bit rate) φανερώνει πόσα bits μεταδίδει στο μέσο ο πομπός στη μονάδα του χρόνου (ψηφιακή μετάδοση) R=1/T Ο μέγιστος ρυθμός μετάδοσης με τον οποίο μπορούν να μεταδοθούν δεδομένα μέσα από το κανάλι λέγεται χωρητικότητα καναλιού (ψηφιακή μετάδοση) 2 C=B log2(1+S/N) * Τύπος Shannon για κανάλι με θόρυβο

Ο ρυθμός μετάδοσης πληροφορίας φανερώνει πόσα bits ωφέλιμης πληροφορίας μεταδίδονται στο μέσο στη μονάδα του χρόνου (ψηφιακή ή μετάδοση). Βρίσκεται αν από το bit rate αφαιρεθούν τα bits συγχρονισμού και ελέγχου 3 Κώδικας τηλετύπων Τα σύμβολα παριστάνουν τον τρόπο μεταβολής της τάσης ή της συχνότητας ή της φάσης του διαμορφωμένου σήματος Ο ρυθμός μετάδοσης συμβόλων (baud rate) φανερώνει πόσα σύμβολα (bauds) μεταδίδονται στο μέσο στη μονάδα του χρόνου, συνήθως στη μετάδοση μέσω modem (αναλογική μετάδοση) 4 Ο ρυθμός μετάδοσης συμβόλων είναι γενικά μικρότερος από το ρυθμό μετάδοσης bit