Σήματα Αναλογικά - Ψηφιακά Περιοδικά (Σήματα Ισχύος)

Παρουσίαση με θέμα: "Σήματα Αναλογικά - Ψηφιακά Περιοδικά (Σήματα Ισχύος)"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Σήματα Αναλογικά - Ψηφιακά Περιοδικά (Σήματα Ισχύος)
Απεριοδικά (Σήματα Ενέργειας) 7 November 2018

2 Αναλογικά Σήματα Πλάτος Περίοδος Συχνότητα Φάση
Ανάλυση στο πεδίο του χρόνου Ανάλυση στο πεδίο της συχνότητας Ανάλυση Fourier – Εύρος Ζώνης – Φάσμα συχνοτήτων 7 November 2018

3 Ανάλυση Fourier 7 November 2018

4 Οι συντελεστές 7 November 2018

5 Ψηφιακά Σήματα Bit Interval (αντί για περίοδο) Bit rate σε bps ή b/s
Ανάλυση σε άπειρο αριθμό ημιτονοειδών συναρτήσεων. Αρμονικές – Φάσματα 7 November 2018

6 Μικρό Εύρος Ζώνης, προκαλεί:
Απώλεια Αρμονικών Απώλεια Ενέργειας Απώλεια Πληροφορίας 7 November 2018

7 Κωδικοποίση και Διαμόρφωση
Μετατροπές: Ψηφιακή προς ψηφιακή D/D Αναλογική προς Ψηφιακή A/D Ψηφιακή προς Αναλογική D/A Αναλογική προς Αναλογική Α/Α 7 November 2018

8 Ψηφιακή προς Ψηφιακή D/D
Κωδικοποίηση: Πρέπει να παρέχει και συγχρονισμό Οι συσκευές που πραγματοποιούν λέγονται κωδικοποιητές - απο-. Coders-decoders. Unipolar. Οι πιο απλές, χρησιμοποιούν δύο στάθμες το 0 και το 1. NRZ Non Return to Zero RZ Return to Zero Biphase: Manchester Differential Manchester 7 November 2018

9 Ψηφιακή προς Ψηφιακή D/D
Bipolar: Χρησιμοποιεί τρείς στάθμες όπως η RZ, θετική, αρνητική και μηδέν Alternative Mark Inversion AMI Bipolar 8 – Zero Substitution B8ZS High Density Bipolar 3 HDB3 7 November 2018

10 Αναλογική προς Ψηφιακή Α/D
Συσκευές : Codec. Διαδικασίες: Pulse Amplitude Modulation PAM Pulse Code Modulation PCM Sampling Rate Δειγματοληψία: Θεώρημα του Nyquist: Η συχνότητα δειγματοληψίας πρέπει να είναι τουλάχιστον διπλάσια της μεγίστης συχνότητας του σήματος 7 November 2018

11 Παράδειγμα Πρόβλημα: Θέλουμε να ψηφιοποιήσουμε το σήμα της ανθρώπινης φωνής: Η φωνή περιέχει συχνότητες από 0 μέχρι 4000 Hz Η δειγματοληψία σύμφωνα με το θεώρημα του Nyquist πρέπει να είναι : 2Χ4000 = 8000 samples/second Αν χρησιμοποιήσουμε έναν οκτάμπιτο (8 bits) αναλογικό προς ψηφιακό μετατροπέα δηλαδή 8 bits/sample, τότε το bit rate που θα έχουμε είναι: Bit rate = Sampling rate X Number of bits/sample 8000 X 8 = bits/s = 64Kbps 7 November 2018

12 Ψηφιοποίηση Αναλογικού Σήματος
7 November 2018

13 Ψηφιακή προς Αναλογική D/A
D/A Modulators Bit rate (bits/second) Baud rate: Είναι ο αριθμός των σταθμών σήματος ανά δευτερόλεπτο. Το Baud rate είναι μικρότερο ή ίσο από το bit rate. Παράδειγμα: Το bit rate ενός σήματος είναι Κάθε στάθμη σήματος περιέχει 6 bits. Πόσο είναι το Baud rate; Απάντηση: 3000 (bits/s)/6 bits = 500 Bauds/s. 7 November 2018

14 Διαμόρφωση του φέροντος (Carrier) από ψηφιακό σήμα
Amplitude Shift Keying ASK Frequency Shift Keying FSK Phase Shift Keying PSK Quadrature Amplitude Modulation QAM Εγκάρσια Διαμόρφωση Εύρους (a combination of ASK and PSK) 7 November 2018

15 Κωδικοποίηση και Διαμόρφωση δύο χαρακτήρων
7 November 2018

16 Αναλογική προς Aναλογική Α/Α Διαμόρφωση
A/A Modulators Διαμόρφωση: Πλάτους, Συχνότητας, Φάσης Διαμόρφωση Πλάτους Amplitude Modulation AM Ραδιοφωνικοί σταθμοί στην μπάντα των KHz. Κάθε σταθμός θέλει εύρος ζώνης τουλάχιστον διπλάσιο από το εύρος ζώνης του υπό διαμόρφωση σήματος. Ετσι για να μεταδώσει φωνή και μουσική εύρους 5 kH, χρειάζεται να έχει διαθέσιμο εύρος ζώνης 10kH. 7 November 2018

17 Αναλογική προς αναλογική Α/Α Διαμόρφωση
Διαμόρφωση Συχνότητος Frequency Modulation FM Το απαιτούμενο εύρος ζώνης για τα FM είναι δεκαπλάσιο από το εύρος ζώνης του υπό διαμόρφωση σήματος. Ετσι για την μετάδοση ενός σήματος stereo 15 kH, θα απαιτηθεί εύρος ζώνης 150 kH και για ασφάλεια 200 kH (0,2ΜH) Διαμόρφωση Φάσης Phase Modulation PM Απαιτείται απλούστερο hardware και η ανάλυση του διαμορφωμένου σήματος δίνει αποτελέσματα παρόμοια με αυτά της διαμόρφωσης FM 7 November 2018

18 Ψηφιακή Επικοινωνία. Interfaces & Modems
Οι Μηχανικοί ενδιαφέρονται για το bit rate των καναλιών. Tο 1944 ο Claude Shannon διατύπωσε έναν τύπο που μας δίνει την υψηλότερη ταχύτητα ενός καναλιού: C = Blog2(1+S/N) Όπου Β είναι το εύρος ζώνης, S/N ο σηματοθορυβικός λόγος, και C η χωρητικότητα (Shannon capacity) σε bps. Παράδειγμα: Να υπολογισθεί η μέγιστη ταχύτητα της τηλεφωνικής γραμμής. Το εύρος ζώνης της τηλ. γραμμής είναι 3000 Hz ( Hz). Το S/N συνήθως 35 dB ή Εφαρμόζοντας τον παραπάνω τύπο έχουμε: C = 3000 X log2(1+3162) = 3000 X log2(3163)= 3000 X 11,62 = Αρα έχουμε C = 34,86 kbps. 7 November 2018

19 Interfaces & MODEMS Παράλληλη επικοινωνία: (8 bits) στέλνονται ταυτόχρονα, άρα χρειάζονται 8 ανεξάρτητες γραμμές Σειριακή επικοινωνία: (1 bit) και χρειάζεται 1 γραμμή σύνδεσης. Σύγχρονη μετάδοση Ασύγχρονη μετάδοση 7 November 2018

20 Interfaces Network DTE DTE DCE DCE
DTE : Data Terminal Equipment. Οποιαδήποτε Τερματική Συσκευή DCE : Data Circuit-Terminating Equipment. Καλώδια - Modems 7 November 2018

21 DCE Data Circuit-Terminating Equipment
EIA-232 Interface (πρώην RS-232) με 25 ακροδέκτες αρσενικού ή θηλυκού τύπου. Εμβέλεια 15 m, Ταχύτητα 20 kbps ΕΙΑ-449 DB-37 (37 ακροδέκτες) DB-9 (9 ακροδέκτες) RS-422, RS-423, EIA-530 X.21 Μπορεί να πάει μέχρι 64kbps 7 November 2018

22 MODEMS Μετατρέπει ένα Ψηφιακό σήμα σε Αναλογικό χρησιμοποιώντας τις τεχνικές διαμόρφωσης : ASK FSK PSK QAM 7 November 2018

23 Modems Τα κοινά Modems περιορίζονται από το εύρος ζώνης των τηλεφωνικών γραμμών. Οι τηλεφωνικές γραμμές έχουν εύρος ζώνης περίπου 4000 Hz. H δειγματοληψία γίνεται με ρυθμό δείγματα/s και η διαμόρφωση (PCM) χρησιμοποεί 7 bits/sample. Ετσι τελικά έχουμε ταχύτητες: 8.000 samples/s X 7 bits/sample = 56 kbps 7 November 2018

24 Modems Μεγαλύτερες ταχύτητες δίνουν τα cable modems που παρέχουν και την καλωδιακή τηλεόραση. Τα ομοαξονικά αυτά καλώδια δίνουν 750 MHz εύρος ζώνης ενώ διατίθενται κανάλια των 6 MHz. Τελικά προκύπτουν θεωρητικά μέγιστα : Downloading: 6 MHz X 6 = 36 Mbps με αποδιαμόρφωση 64-QAM (6 bits τη φορά). Στη πράξη 3 – 10 Μbps Uploading: 6 MHz X 2 = 12 Mbps με διαμόρφωση QPSK (2 bits τη φορά). Στη πράξη 0,5 - 1 Mbps 7 November 2018

25 Σύνδεση στο Δίκτυο Ελάχιστες προϋποθέσεις: Υπαρξη ενός MODEM
Τηλεφωνική γραμμή (Dial Up). Χρειάζεται ενδιάμεσος υπολογιστής για τη σύνδεση με το δίκτυο SLIP/PPP Δεν χρειάζεται ενδιάμεσος υπολογιστής. Ο συνδρομητής συνδέεται κάτ’ευθείαν στο δίκτυο Αφιερωμένη Σύνδεση (Leased Line, Dedicated Line connection). Ο καλύτερος τρόπος σύνδεσης. Ο υπολογιστής του χρήστη είναι μόνιμα συνδεδεμένος με το δίκτυο. 7 November 2018

26 Παρεχόμενες Υπηρεσίες Δικτύων
PSTN Public Switched Telephone Networks: Αναλογική Μετάδοση ISDN: Integrated Services Digital Network: Ψηφιακή Μετάδοση μέσω: Telecommunications Operating Company (TELCO) Internet Service Provider (ISP) Networks 7 November 2018

27 Παρεχόμενες Υπηρεσίες Δικτύων
Ψυχαγωγικά Δίκτυα (Video-on-demand, broadcast TV, Interactive διαδραστική TV). Τυπικά bit rates είναι: για VCR Quality Video, MPEG-1, τα 1,5 Mbps, ενώ για Broadcast-quality video με ήχο, MPEG-2, τα 4/6/8 Mbps. - Δίκτυα Καλωδιακής Τηλεόρασης CATV - Δίκτυα Δορυφορικής Τηλεόρασης (Προβλέψεις για Ψηφιακή Τηλεόραση και Διαδραστικές Υπηρεσίες Interactive Services) 7 November 2018

28 Σύγχρονες Τεχνολογίες Διασύνδεσης
Χρησιμοποιούμε την ίδια Customer Line or Subscriber Line Broadband Modems Private Branch Exchange PBX με1,5 Mbps or 2Mbps (24-30 νούμερα) 7 November 2018

29 Σύγχρονες Τεχνολογίες Διασύνδεσης
Ψηφιακή Μετάδοση Τεχνολογίες: Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH) Synchronous Digital Hierarchy (SDH) γνωστή και με το όνομα Synchronous Optical Networks SONET Ολα χρησιμοποιούν το UTP καλώδιο και μία συσκευή την Line Termination Unit (LTU). 7 November 2018

30 Σύγχρονες Τεχνολογίες Διασύνδεσης
ISDN (Integrated Services Digital Network) Συνένωση φωνής και δεδομένων απ’ευθείας στο τηλεφωνικό δίκτυο με τις υπάρχουσες γραμμές Συνεργάζεται με άλλες τεχνολογίες όπως ΑΤΜ, Fame Relay. Ταχύτητες μέχρι και 2,048 Mbps. DSL Digital Subscriber Line 7 November 2018

31 Digital Subscriber Line DSL
To DSL είναι συνδυασμός πολυπλεξίας, αποπολυπλεξίας και διαμόρφωσης, χρησιμοποιεί τα υφιστάμενα δίκτυα τηλεπικοινωνιών και τους συνδρομητικούς βρόχους για την παροχή δεδομένων, φωνής και πολυμέσων. Στη κατηγορία αυτή ανήκουν οι τεχνολογίες ADSL (AsymmetricDSL), RADSL (Rate Adaptive ADSL), HDSL (High bit rate DSL), SDSL (Symmetric DSL) και VDSL (Very High bit rate DSL) 7 November 2018

32 DSL Παρέχει: Basic Rate Interface BRI με 2 ανεξάρτητα 64 kbps duplex κανάλια Primary Rate Interface PRI με 23 ή 30 ανεξάρτητα duplex κανάλια των 64 kbps και Primary Rate Interface PRI με 1 duplex κανάλι από p*64 kbps όπου p είναι 1-23 ή 1-30 Το φις-και μπρίζα είναι το RJ45 7 November 2018

33 ADSL Το ADSL είναι ασύμμετρο με την έννοια ότι έχει μεγάλες ταχύτητες (bit rate) στο downloading από το κέντρο στον συνδρομητή και μικρότερες αντιθέτως (uploading). Χρησιμοποεί τεχνικές: CAP Carrierless Αmplitude/Phase κάτι περίπου σαν την διαμόρφωση QAM αλλά πιο σύνθετη. DMT Discrete Multitone Technique που είναι συνδυασμός QAM και FDM 7 November 2018

34 ADSL Διαιρεί το εύρος ζώνης του συνεστραμμένου ζεύγους καλωδίων που παρέχει τις τηλεφωνικές συνδέσεις (1 MHz) σε τρείς ζώνες: 0-25 kHz για φωνή 4 kHz, τα υπόλοιπα για έλεγχο και διαχωρισμό δεδομένων kHz ADSL-Lite ή G-Lite που παρέχει 1,5 mbps downstream επικοινωνία και 384kbps για upstream 25 kHz - 1,1 MHz ρήγορη εξάπλωση παγκοσμίως στην Ασία: Ιαπωνία, N. Κορέα (Asian Pacific), Αμερική, Ευρώπη, νοτιοανατολική Ασία, Μέση Ανατολή, Αφρική κ.α. Ταχύτητες πάνω από 1,5 Mbps, με αυξητική τάση 7 November 2018

35 Μέσα Μετάδοσης MAC (Medium Access Control)
Ενσύρματα ή Επίγεια ή Οδηγούμενα (Terrestrial - Guided) Συνεστραμμένο ζεύγος καλωδίων Ομοαξονικό καλώδιο Καλώδιο οπτικής ίνας Ασύρματα ή Μή Οδηγούμενα (Aerial-Unguided) Ραδιοφωνικά κύματα Μικροκύματα Δορυφορικές τηλεπικοινωνίες Κινητή τηλεφωνία 7 November 2018

36 Ενσύρματα ή Επίγεια (Terrestrial) Οδηγούμενα (Guided)
Συνεστραμμένο ζεύγος καλωδίων μη γειωμένο (Unshielded Twisted Pair UTP). 100 Ηz -5 MHz Μπορεί να φτάσει μέχρι 100 Mbps Κονέκτορες RJ45 Συνεστραμμένο ζεύγος καλωδίων γειωμένο (Shielded Twisted Pair STP). Οπως και το προηγούμενο με περιορισμό των παρεμβολών “crosstalk” 7 November 2018

37 Ενσύρματα ή Επίγεια (Terrestrial) Οδηγούμενα (Guided)
Ομοαξονικό καλώδιο (Coaxial cable ή απλώς Coax). 100 KHz – 500 MHz RG-8 Used for Thick Ethernet (Radio Government ratings) RG-9 Used for Thick Ethernet RG-11 Thick Ethernet RG-58 Used for Thin Ethernet RG-59 Use for TV 7 November 2018

38 Ενσύρματα ή Επίγεια (Terrestrial) Οδηγούμενα (Guided)
Ομοαξονικό καλώδιο Οι συνδέσεις γίνονται εύκολα με BNC connectors (Bayonet Network Connector) Αλλοι τύποι είναι Τ-connectors Στον τερματισμό χρειάζονται Terminators, ώστε να περιορίζονται οι ανακλάσεις και η παρεμβολές με το μεταδιδόμενο σήμα 7 November 2018

39 Ενσύρματα ή Επίγεια (Terrestrial) Οδηγούμενα (Guided)
Οπτική Ίνα (Fiber Optic), όπου το μέσον είναι γυαλί και το σήμα από ηλεκτρικό έχει διαμορφωθεί σε φωτεινή δέσμη. Πολύτροπη (multimode), με διαδοχικές ανακλάσεις Μονότροπη (single-mode), χωρίς ανακλάσεις, λιγώτερη εξασθένηση, λεπτότερη και ακριβώτερη 7 November 2018

40 Οπτικές Ινες. Κάθετος Διατομή
7 November 2018

41 Οπτικές Ινες Διαμήκης Διατομή
7 November 2018

42 Οπτικές Ινες Πλεονεκτήματα: Δεν υπάρχουν ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές
Ανοχή στο θόρυβο Μικρή εξασθένηση Πολύ μεγάλο εύρος ζώνης Μειονεκτήματα: Ακριβός εξοπλισμός Μεγάλο κόστος εγκατάστασης συντήρησης από εξειδικευμένο προσωπικό. Δυσκολία στις επεκτάσεις Εύθραυστες χρειάζονται προσοχή. 7 November 2018

43 Ασύρματα ή Μή Οδηγούμενα (Aerial-Unguided)
Ραδιoκύματα από 3kHz μέχρι 3GHz Διάδοση: Επιφανειακή Τροποσφαιρική Ιονοσφαιρική Οπτικής Επαφής Μέσω Διαστήματος (μέχρι 31 GHz) 7 November 2018

44 Ασύρματα ή Μή Οδηγούμενα (Aerial-Unguided)
Μικροκύματα 30GHz μέχρι 300GHz Υφίστανται μεγάλη απορρόφηση και γιαυτό χρειάζονται επαναλήπτες του σήματος για μεγάλες αποστάσεις. Οι κεραίες είναι: Παραβολικές «Πιάτου» Horn που μιάζει με κουτάλα ή σέσσουλα 7 November 2018

45 Δορυφορικές Ζεύξεις Δορυφορική ζεύξη (satellite link) όπου το μέσον είναι και εδώ ηλεκτρομαγνητικά κύματα, όπως προηγουμένως. Οι γεωστατικοί δορυφόροι που φαίνονται «ακίνητοι» σε ύψος km, περιφέρονται στο επίπεδο του ισημερινού. Εδώ παρατηρείται καθυστέρηση της διάδοσης, περίπου 270 milliseconds, λόγω της απόστασης των km που χρειάζεται το σήμα για να πάει και να επιστρέψει. Λόγω του περιορισμένου αριθμού τους (περίπου 90 εν όλω), χρησιμοποιούνται και δορυφόροι σε κατώτερα ύψη με διαδικασίες μεταγωγής όταν ανατέλλουν και δύουν. 7 November 2018

46 Κινητή Τηλεφωνία Παρέχει επικοινωνία σε χρήστες που δεν έχουν σταθερή θέση. Oργανώνονται σε κυψέλλες (cells), όπου κάθε μια έχει τους δικούς της πομποδέκτες και κεραίες, ενώ ελέγχονται από ένα κεντρικό σημείο που λέγεται Base Station Controller (BSC) ή Mobile Telephone Switching Office (MTSO). 7 November 2018

47 Κινητή Τηλεφωνία Αποτελείται από:
Mobile Station (το κινητό τηλέφωνο με το PIN, International Mobile Equipment Identity (IME), Authentication key (ki), Location area Identification (LAI). Base Transceiver Subsystems (BTS) με τις κεραίες και πομποδέκτες, με data rates 9,6 kbps και 14,4 kbps. Base Station Controller ή Radio Network Controllers, που κατανέμει τις συχνότητες στα BTS, και φροντίζει για τις μεταγωγές 7 November 2018

48 Ραδιοδίαυλοι 7 November 2018

49 Δορυφορική Επικοινωνία
7 November 2018

50 Σύγκριση μέσων μετάδοσης
Κόστος Ταχύτητα Εξασθένηση Ηλεκτρομαγνητικές Παρεμβολές Ασφάλεια 7 November 2018

51 Μετάδοση Βασικής Ζώνης
Πολυπλεξία Κατανομής Χρόνου (Time Division Multiplexing, TDM) Σύγχρονη Ασύγχρονη 7 November 2018

52 Σύγχρονη TDM με τη διάθεση ίσων Χρονοδιαστημάτων
7 November 2018

53 Ασύγχρονη TDM με τη διάθεση μεταβλητών χρονοδιαστημάτων
7 November 2018

54 Πολυπλεξία Ανώτερης Τάξης
7 November 2018

55 Η χρήση Πολυπλεκτών MUX για διασύνδεση διαφόρων τερματικών μέσων
7 November 2018

56 Τοπολογίες Δικτύων 7 November 2018

57 Buss Topology (Αρτηρίας)
7 November 2018

58 Ring (Δακτυλίου) 7 November 2018

59 Πρωτόκολλα και πρότυπα επικοινωνίας
Μεταγωγή κυκλώματος (Circuit switching) τηλεφωνία, N-ISDN Μεταγωγή πακέτου (Packet switching) FDDI, Frame Relay, Internet Με σύνδεση (connection oriented) N-ISDN, X.25, TCP, ST-2 Χωρίς σύνδεση (Connectionless) Ethernet, Token Ring, Internet (IP) 7 November 2018

60 Το πρότυπο του πρωτοκόλλου OSI
7 November 2018

61 Οι συσκευές δικτύωσης 7 November 2018

62 Διάφορα πρότυπα δικτύων Ethernet
7 November 2018