Радио пренос

• Код радио преноса се помера фреквентни опсег сигнала помоћу модулације;

• Оваква врста модулације назива се континуална модулација, или модулација носећег сигнала (енг. Carrier Wave (или скраћено CW) Modulation);

Методе континуалне модулације

• Сваки сигнал дефинисан је са три параметра:– Амплитуда– Фреквенија– Фаза

Тип модулације се разликује по томе који параметар мењамо. Тако имамо амплитудску, фреквентну и фазну модулацију. Постоје и мешовити типови модулација (користе се код дигиталних сигнала).

АМ (амплитудска модулација)

• Оригинални носилац има велику амплитуду високу фреквенцију (много већу од фреквенције модулишућег сигнала);

• Амплитуда носиоца варира у ритму тренутне промене модулишућег сигнала;

• Ширина пропусног опсега модулисаног сигнала износи

• Где је fc фреквеција носиоца, а fm максимална фреквенција у спектру модулишућег сигнала;

Приказ амплитудске модулације:

• Најстарији тип модулације. Још увек се користи у радио-преносу.

Типови АМ модулације:• Модулација са потиснутим носиоцем

SC (suppressed carrier);• Двострана модулација са потиснутим

носиоцем (double-sideband SCDSB);• Једнострана модулација single-

sideband (SSB); • Модулација са делимично

потиснутима бочним опсегом (vestigal-sideband (VSB)).

Методе модулације:

• SCDSB – носилац се потискује јер се превише снаге троши на њега (50%). Праве се мало сложенији пријемници, да би се овакав сигнал могао демодулисати;

• SSB се користи када је искоришћење фреквентног опсега важно (телефонија);

• VSB се користи када је потребно очувати квалитет ниских фреквенија, па се не може користити ССБ. Често се преноси скупа са носиоцем. Користи се у модулацији аналогног ТВ сигнала.

• Фреквентна (FM) и фазна (ФМ) модулација су варијанте такозване угаоне модулације;

• За детекцију FM сигнала битне су нуле (пресеци сигнала са временском осом). Зато су FM сигнали отпорнији на шум. Са друге стране спектар је шири, тако да се сигнал у соновном опсегу, ширине спектра 15 kHz преноси у модулисаном сигналу ширине спектра 200 kHz.

• Дигитална форма FMа је тзв. FSK (phase shift keying). Користи се у GSM моб. телефонији.

Фазна модулација (PM)• Уместо фреквенције (FM), фаза варира линеарно са

модулишућим сигналом;

• Спектралне карактеристике су скоро идентичне као код FM;

• Код дигиталне фазне модулације (енг. binary phase shift keying (BPSK)), фаза варира за 0 (бинарна нула) или 180 (бинарна јединица);

• QPSK – бинарна варијанта са 4 фазе: 0 (00), 90 (01), 180 (10) и 270 (01);

• 8-PSK кодује се комбинација 3 бита са 8 фаза;• QAM – комбинација амплитудске и фазне

модулације. Нпр. 16-QAM комбинује 3 амплитуде са 12 фаза;

• DVB (Digital Video Broadcasting) - дигитална телевизија користи 64-QAM;

• Констелациони дијаграм приказује шему кодовања.

BPSK и QPSK:

8-PSK и 16-QAM:

Подела електромагнетског спектра:

Начин простирања електромагнетних таласа

• По површини земље;• Вишеструком рефлексијом од јоносфере и

земљине површине (код дугих таласа). Нестабилан квалитет пријема, због варијације карактеристика преносних путева;

• Директним праволинијским простирањем (мора да постоји оптичка видљивост). Фреквенције преко 100 MHz.

Максимална брзина преноса по каналу

• Главни фактори који ограничавају брзину преноса су ширина пропусног опсега, и шум;

• Што је већа брзина преноса, то су импулси који се преносе краћег трајања – потребан је шири пропусни опсег канала;

• Током преноса симбол се расплињава. Долази до тзв. Интерсимболске интерференције (симболи се преклапају).

• Да би се преносила брзина од r baud/s потребна је ширина опсега: B > r/2.

Пренос бинарног импулса кроз трансмисиони канал:

• Импулси специјалног облика

sinc(x)=sin(x)/x, (x=t/W, где је t време)

Имају нуле у тачкама t=nW/2, чиме се постиже елиминација интерсимболске интерфернције.

• Граница за брзину преноса је за W = B. Тада је брзина преноса

r = 1/Т = 2B

Симболска и битска брзина преноса

• Симбол се прави комбинацијом више бита. Нпр. Комбинацијом два бита могуће је направити 4 симбола: 00, 01, 10, 11. Симболи се могу кодовати sinc импулсима различитих амплитуда (не нарушава се распоред нула код импулса, ако му се амплитуда промени). Веза између битске (bit/s)и симболске брзине (baud/s):

rb = kr

где је k број бита којима се симболу кодује.

Симболска и битска брзина:

Максимални капацитет трансмисионог канала

• Shannon 1948:

C = Blog2(1 + S/N)где је C теоретски максимална брзина

преноса у bit/s, B ширина пропусног опсега у Hz, и S/N однос сигнал/шум.

• Уколико би хтели да повећамо брзину преноса, користили би већи број симбола. Међутим тада су и нивои амплитуда ближи једни другима, па шум постаје ограничавајући фактор.

• Због модулације и филтрирања узима се да је граница брзине:

r < B• Мешовита амплитудско фазна модулација 16-

QAM користи се због бољег квалитета преноса од фазне модулације 16-BPSK.

Кодовање

• Операција обраде дигиталних симбола у смислу омогућавања квалитетнијег преноса сигнала;

• Кодовање обухвата више различитих процеса као што су шифровање, компресија, и кодовање у смислу контроле грешке у преносу;

• Кодовање намењено контроли грешке повећава потребан пропусни опсег, али остварује пренос без грешке чак и за мале односе S/N.

• Линијско кодовање трансформише изворне симболе које треба пренети у нови вид информације. Декодер обавља супротан процес;

• Сврха линијског кодовања:– Да прилагоди спектар дигиталног сигнала

облику који је повољан за пренос. Уколико се сигнал преноси у основном опсегу, уклања му се једносмерна компонента;

– Да дода информацију потребну за синхронизацију пријемника (да би пријемник знао када наилази нови симбол);

– Да повећа брзину преноса формирањем симбола од секвенци од неколико бита;

Пример линијског кодовања:

Линијско кодовање дигиталног сигнала:

Линијски кодови и њихови спектри• Nonreturn to Zero (NRZ) – има константну

вредност за 0 и 1. Има велику једносмерну компоненту, што представља проблем приликом преноса;

• Return to Zero (RZ) – има два дела. Први део представља вредност бита, а други део је једнак 0. Има једносмерну компоненту, као и изражене дискретне компоненте на непарним умношцима брзине преноса;

• Alternate Mark Inversion (AMI) – бинарна 1 наизменично мења поларитет;

• High-Density Bipolar 3 – решава проблем губитка синхронизације већег броја нула. На сваке 3 узастопне нуле, генерише се импулс истог поларитета као претходни;

• Manchester код – бинарно 1 се кодира “+ ка –” транзицијом, а бинарно 0 са “– ка +”транзицијом.

Линијски кодови и њихови спектри снаге:

Регенерација

• Врши се обнављање дигиталних сигнала;• Једноставнији процес од појачања. Није

потребно да трансмисиони канал буде линеаран. Други назив – дигитални репетитори

• 3 dB бољи однос S/N редукује учесталост грешке са фактором 0.001;

• У реалним системима дигитални пренос се обавља готово без грешке.

Принцип рада дигиталног регенератора:

Пример учестаности грешке и средњег времена између две грешке за 64 Kbit/s PCM канал:

Мултиплексирање

• Многи трансмисиони канали имају много већи капацитет него што је потребно за пренос једног сигнала. Зато се врши комбиновање више сигнала у смислу заједничког преношења кроз трансмисиони канал;

• FDM (Frequency-Division Multiplexing) сигнали се померају по фреквенцији, у различита фреквентна подручја. Потом се скупа преносе кроз исти трансмисиони канал

• ТDM (Time-Division Multiplexing) сигнали се компримују временски да би се сместили у временски оквир истог трајања.

Мултиплексирање FDM и TDM

Структура PCM оквира

• Примарни PCM оквир има структуру временског мултиплекса;

• Европски систем има 32 канала, од којих су 30 говорни. Нулти канал се користи за синхронизацију, а канал 16 за заједничку сигнализацију поменутих говорних канала;

• Брзина преноса 2,048 Kbit/s. Дозвољено одступање такта 50 ppm (50 parts per million);

• Трајање временског оквира 1/8000 s = 125 s. Сваки канал носи 8 бита.

Структура примарног PCM оквира:

Синхронизација примарног PCMa• Обавља се у нултом временском каналу;• У нултом каналу мењају се наизменично две врсте садржаја:– Секвенца бита за синхронизацију оквира (енг.

frame alignment word (FAW))– Секвенца која носи неке додатне информације

везане за менаџмент мреже (D4, D5, D6, D7, D8 бити);

• Секвенца бита за цикличну редундансу cyclic redundancy check 4 (CRC-4) (C-бит на слици) која служи за заштиту од случајне појаве FAW на погрешном месту;

• Бит на другом месту D2 наизменично мења вредност 0-1-0-1-0-1- ...што представља додатну олакшицу приликом синхронизације оквира;

Синхронизација примарног PCMa:

Структура америчког примарног PCMa

• Брзина преноса 1544 Kbit/s. Садржи 24 говорна канала од којих сваки носи 8 бита;

• По један бит у сваком каналу, сваког 6-тог оквира користи се за сигнализацију.

• Синхронизација се обавља користећи 1 бит (тзв. S-bit) по читавом оквиру. Оквир више структуре (секундарни) се формира од 12 примарних оквира. 6 S-bitа се користи за синхронизацију примарног, а других 6 бита за синхронизацију секундарног оквира;

Амерички примарни PCM

Плезиохрона трансмисиона хијерархија• Први стандард за хијерархију вишег нивоа био је PDH

(Plesiochronous Digital Hierarchy);• Европски систем формира структуре вишег реда од

4 структуре нижег реда. Формирају се хијерархијске структуре Е-0, Е-1, Е-2, Е-3, Е-4, битског протока респективно 64 Kbit/s, 2, 8, 34, 140 Mbit/s.

• Ниво Е-2 има дозвољену варијацију 20 ppm (100 b/s);

• Структуре вишег нивоа формирају се тако што се намерно узме мало већа брзина протока. Празнине се попуњавају променљивим бројем бита, на обележеним местима, који се на страни пријема уклањају. Овај процес се назива подешавање или justification.

PDH (Европски стандард):

PDH (Амерички стандард):