Prenos informácií elektromagnetickým vlnením

Παρουσίαση με θέμα: "Prenos informácií elektromagnetickým vlnením"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Prenos informácií elektromagnetickým vlnením
Využitie v praxi

2 Elektromagnetické spektrum
Žiarenie gama je vysoko energetické elektromagnetické žiarenie vznikajúce pri rádioaktívnych a iných jadrových dejoch Röntgenové žiarenie. Vzniká prudkým zabrzdením urýchlených elektrónov alebo prechodom elektrónov na nižšie energetické hladiny v atóme Ultrafialové žiarenie (UV) je elektromagnetické žiarenie o vlnovej dĺžke od 100 nm do 400 nm, kratšej ako viditeľné svetlo, ale dlhšej ako mäkké röntgenové žiarenie. Svetlo je elektromagnetické žiarenie, ktoré je vďaka svojej vlnovej dĺžke viditeľné okom. Infračervené žiarenie je elektromagnetické žiarenie s vlnovou dĺžkou väčšou ako viditeľné svetlo a kratšou ako mikrovlnné žiarenie. Mikrovlnné žiarenie má vlnovú dĺžku v rozmedzí 1 – 10-3 m. Jeho zdrojom sú mikrovlnné generátory (klystron, magnetron). Rádiové žiarenie alebo rádiové vlny je elektromagnetické žiarenie s kmitočtom menším ako 300 GHz Elektromagnetické spektrum

3 Čo je to signál ? Signál je materiálny proces alebo stav materiálneho systému, ktorý môže byť nositeľom informácie; nositeľ informácie, ktorý prechádza spojovacím kanálom; kódovaná správa konvertovaná na tvar hmotne schopný na prepravu ; signál je komunikačný prostriedok, ktorý umožňuje prenos informácie medzi komunikantmi (ktorý je nositeľom informácie); sú to fyzické javy, ktoré sú vnímateľné zmyslami komunikanta, resp. tie, ktoré sú extrakomunikačne snímateľné na povrchu (výstupe) vysielača alebo sú zachytiteľné v spájacom kanáli medzi komunikantmi.

4 Analógový a digitálny signál
Analógový signál je taký, ktorého intenzita sa plynulo mení v čase. Inak povedané, jeho priebeh je hladký bez zlomov a nespojitostí. Digitálny signál je ten, ktorého intenzita sa udržuje na konštantnej úrovni po dobu určitej časovej periódy, potom sa skokovo mení na ďalšiu konštantnú úroveň.

5 Zložený elektromagnetický signál
Elektromagnetický signál môže byť vytvorený zo zložiek o viacerých frekvenciách. Napríklad signál: s(t) = (4/π) x [ sin (2πft) + (1/3) sin (2π(3f)t) ], zobrazený na obrázku č.4 je poskladaný zo zložiek o frekvenciách f a 3f (obr. č.2 a č.3). Na obrázku je možné všimnúť si 3 zaujímavé fakty: 1.Druhá frekvencia (obr č.3) je celočíselným násobkom prvej frekvencie (obr č.2). 2. Ak všetky frekvenčné zložky sú celočíselným násobkom jednej frekvencie, táto je uvádzaná ako základná frekvencia f0. Perióda celého signálu sa rovná perióde základnej frekvencie. 3. Perióda zložky sin (2πft) je T = 1/f a perióda s(t) je tiež T

6 Vzťah medzi šírkou pásma a rýchlosťou prenosu dát
Obdĺžnikovú vlnu bude modelovať tvar krivky z obrázku. Hoci je táto krivka "skreslenou" obdĺžnikovou vlnou, je dostatočne podobná na to, aby bol prijímač schopný z jej tvaru rozlíšiť binárnu 0 a 1. Ak necháme základnú zložku f0 = 106 cyklov za sekundu = 1MHz, potom šírka pásma tohoto 3 zložkového signálu je rozdiel zložky s najvyššou frekvenciou a základnej zložky: (5x106) = 4MHz. Kde pre f = 1MHz je perióda základnej frekvencie T = 1/106 = 1 us. Ak spracujeme túto krivku na bitový reťazec, jeden bit sa vyskytne každých 0.5 us, na rýchlosť prenosu dát na 2 x 106 = 2Mbps. Teda pre šírku pásma 4MHz dosiahneme rýchlosť 2Mbps. Šírka pásma môže podporovať rôzne rýchlosti prenosu dát, závislé na schopnosti prijímača z daného signálu rozpoznať rozdiely medzi 0 a 1. Vyššie frekvencie podporujú väčšiu šírku pásma, na ktorej možno dosahovať väčšie prenosové rýchlosti.

7 Vplyvy rušenia signálu a kapacita kanálu
Šum - Šum (noice) je nežiadúci signál, ktorý modifikuje pôvodný vysielaný signál a ktorý je zanášaný niekde medzi vysielaním a jeho príjmom. Šum môže byť rozdelený do štyroch kategórií: termálny šum, intermodulačný šum, presluch (crosstalk), impulzný šum Termálny šum - Je spôsobený dôsledkom tepelnej agitácie elektrónov a je teda funkciou teploty. Intermodulačný šum - miešanie signálov na frekvenciách f1 a f2 by mohlo produkovať energiu na frekvencii f1 + f2 . Tento odvodený signál by mohol rušiť prenos využívajúci frekvenciu f1 + f2. Presluch (crosstalk) - je nežiadúca väzba medzi tokmi signálov. Mohol ju zažiť každý, kto pri používaní telefónu počul inú konverzáciu. Takáto elektronická väzba sa môže vyskytnúť medzi dvoma vodičmi v krútených dvojlinkách, zriedka v koaxiálnych káblových spojoch, ktoré prenášajú násobný signál.

8 Kapacita kanálu Maximálna rýchlosť, ktorou môžu byť dáta prenesené cez danú komunikačnú cestu alebo kanál za daných podmienok sa uvádza ako kapacita kanálu (channell capacity). Kapacitu kanálu ovplyvňuje šírka pásma (bandwidth) prenášaného signálu, ktorá je obmedzená vysielačom a vlastnosťami prijímaného signálu. Je vyjadrená v cykloch za sekundu - Hertzoch (Hz). Pre výpočet kapacity kanálu budeme najskôr predpokladať, že kanál je bez šumu. Potom :C = 2B log₂ M, kde M je počet napäťových úrovní v signále. príklad 1: Uvažujme, že prenášané signály sú binárne (sú použité dve napäťové úrovne) a na prenos použijeme hlasový kanál využitý pomocou modemu na prenos digitálnych dát. Predpokladaná šírka pásma hlasového kanálu je 3100Hz, potom C = 2x3100 log2 2 = bps.

9 Spektrum frekvencií pevných a éterových médií
VLF = veľmi nízka frekvencia LF = nízka frekvencia MF = stredná frekvencia HF = vysoká frekvencia VHF = veľmi vysoká frekvencia UHF = ultra vysoká frekvencia SHF = super vysoká frekvencia EHF = extra vysoká frekvencia UV = ultrafialové svetlo

10 Satelitné mikrovlny Frekvenčný rozsah satelitnej komunikácie je od 1GHz až 10GHz. Satelit pre svoju nepretržitú prevádzku delí komunikačné pásmo na dve časti. Prvú využíva na prenos smerom od pozemnej stanice k satelitu - uplink a druhú opačne, na prenos zo satelitu smerom na Zem - downlink. Väčšina satelitov, ktoré dnes prevádzkujú point-to-point služby operujú vo frekvenčných pásmach 5,925 GHz až 6,425 GHz pre uplink a 3,7 až 4,2GHz pre downlink. Táto kombinácia je uvádzaná ako 4/6GHz pásmo.

11 Global Positioning System (GPS)
GPS je sústava družíc. Poskytujúca informácie o našej polohe, ktoré určuje na základe myslených súradníc. V strede Zeme sa pretínajú tri osy x, y, z. Každý bod na povrchu Zeme má svoju vlastnú polohovú GPS "adresu", zloženú z koordinátov x, y, z. Každá družica vysiela signály v dvoch frekvenciách: f1 = 1575,42 MHz (vlnová dĺžka 19 cm) f2 = 1227,60 MHz (vlnová dĺžka 24,4, cm) Tieto signály obsahujú efemeridu a čas, v ktorom sa družica nachádzala v okamihu vyslania správy. Signál je potom dekódovaný v riadiacej stanici, kde sa z rozdielu času odoslania a priatia vypočíta presná poloha družice. Táto informácia je odslaná naspäť na družicu a z nej do prijímača. Ak sa nám podarí získať dáta z troch družíc presná poloha je naša. Global Positioning System (GPS)

12 WiFi WiFi je sada štandardov pre bezdrôtové lokálne siete LAN (WLAN) v súčasnosti založených na špecifikácii IEEE Bezdrôtová sieť Wi-Fi obsahuje dva kľúčové komponenty: prístupový bod (Access Point) - Je zariadenie, ktoré je posledným bodom pevne pripojeným do siete Internetu pomocou ethernetového kábla. adaptér na pripojenie počítača do siete (Wi-Fi karta) - k internetu v blízkosti prístupového bodu (access point). Poznáme dva hlavné druhy Wi-Fi kariet a to  Wi-Fi kartu napojenú koaxiálnym káblom na anténu a bezdrôtovú kartu.

13 Podstatou prenosu informacie je mikrovlna
Podstatou prenosu informacie je mikrovlna. Mikrovlna preto, lebo tá sa vyznačuje veľmi krátkou vlnovou dĺžkou, ktorá je nevyhnutná pre zakódovanie binárnej informácie. A aj preto lebo vlny s takouto vysokou frekvenciu je možné pomocou vhodných antén sústrediť do úzkeho lúča a ten nasmerovať na prijímaciu anténu. Informacia je zakodovana vo frekvencii tejto vlny, a preto je na prenos informacie potrebne isté frekvenčné pasmo. Vlna vzniká v generátore, ktorý sa nachádza v každej WIFI karte. Každé el.mag. vlna môže mať niekoľko módov, každý z nich je charakterizovaný rozložením kmitajúceho el a mag pola. Práve pri kódovaní informácie sa používa celý balík vĺn s rozdielnymi vlnovými dĺžkami a frekvenciami. K tomu každá vlna s rovnakou frekvenciou má pri rozdielnom móde inú vlnovú dĺžku. Z generátora šírime vlnu koaxialnym vlnovodom, v ktorom sa šíri ako tranzverzalne elektromagnetická vlna tzv. TEM . Koaxiál býva zakončený najčastejšie konektorom a anténou. Anténa je zariadenie, ktoré transformuje mód elektromagnetickej vlny, na mód, s ktorým sa vlna dokáže prenášať vzduchom . Frekvencia takéhoto vlnenia je potom 2.4 Ghz , čo zodpovedá vlnovej dĺžke 12.5 cm. Dopadom tejto vlny na anténu sa vlna opäť transformuje, tento krát spať na TEM vlnu a ta sa koaxialom šíri do WIFI karty kde sa vlna prevedie na binárnu informáciu. Fungovanie WiFi