Termin 1 Analogne Telekomunikacije

  • Author
    -

  • View
    226

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Termin 1 Analogne Telekomunikacije

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    1/36

    OSNOVI ANALOGNIH

    TELEKOMUNIKACIJA

    Predava: Prof.dr Milica Pejanovi-Djurii

    Saradnici: dr Enis Koan, mr Maja Ili-Delibai

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    2/36

    SADRAJ Uvod. Priroda poruka i signala. Analiza periodinih signala

    Analiza aperiodinih signala. Sluajni signali. Uloga i znaajharmonijske analize signala. Prenos signala kroz linearne sisteme. Izoblienjasignala Uticaj propusnog opsega sistema na oblik primljenog signala.

    I KOLOKVIJUM (15 poena)

    Modulacije. Amplitudska modulacija. AM-KAM modulacija. AM-2BO modulacija.

    AM-1BO modulacija. Demodulacija AM signala.

    Ugaona modulacija. Spektar UM signala.

    FM modulatori. Demodulacija FM signala

    II KOLOKVIJUM (15 poena) Sluajanum. Karakteristike uskopojasnog uma. Uticaj umana prenos amplitudski modulisanih signala Uticaj umana prenos ugaono modulisanih signalaLABORATORIJA (12 poena); AKTIVNOST (8 poena)

    ZAVRNIISPIT (50 poena)

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    3/36

    UVOD

    Telekomunikacije (elektronske komunikacije) predstavljaju

    nauno-strunu oblast koja se bavi prenosom porukaelektrinimputem.

    Poruke koje treba prenijeti sa jednog mjesta (njihovog izvora)

    do drugog (mjesta prijema, destinacije) mogu da budu u

    razliitim formama: pisani tekst, govor, muzika, nepokretna ipokretna slika, podaci,...

    Potreba za komuniciranjem meu ljudima postoji oduvijek, pri

    emu su se koristili razni naini kako bi se ostvarilakomunikacija, odnosno prenijele poruke: glasnici, golubovi

    pismonoe, paljenje vatre i dimni signali, heliograf u Grkoj,sistemi megafonskog prenosa u Egiptu...

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    4/36

    Prvo ozbiljno rjeenje predstavljaorganizovan sistem optike telegrafije,koga je pronaaoC. Chappe (1763-1805)

    u Francuskoj. Na visokom stubu bila jeprivrena poluga koja je mogla da seokree oko svog centra, a na njenimkrajevima, dvije pokretne ruke davale sumogunost da se razliitim poloajima

    poluge i ruke obiljei 196 razliitihznakova koji su predstavljali slova,brojeve i znakove interpunkcije.

    Prva vijest ovim sistemom je poslata u

    avgustu 1794. od Lila do Pariza. Ukupno,u Francuskoj je postojalo oko 500relejnih stanica, a duina veza cijelogsistema iznosila je oko 5 000 km.

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    5/36

    Dvadeset etvrti maj 1844. god. moe se smatrati danompoetka elektronskih komunikacija. Tog dana Morse jeostvario prvi telegrafski prenos izmeu Vaingtona i

    Baltimora. Ve1851. godine 50 preduzea u SAD eksploatisaloje Morseov patent. Iste godine poloen je prvi podmorskitelegrafski kabl izmeu Francuske i Engleske, a 1866. god. jepoloen prvi transatlantski kabl izmeu Nove Zemlje i Irske.

    Morseov telegraf

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    6/36

    Savreniji vid prenosa poruka predstavlja telefonija ijim sezaetnikomsmatra Graham Bell (1876. god.). Zvunaenergijagovora se pretvara u elektrinisignal koji se prenosi do drugog

    aparata u kome se vrikonverzija elektrineenergije u zvunisignal. Godine 1892. postavljena je prva automatska telefonska

    centrala.

    Modeli prvih telefona

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    7/36

    Neophodnost da izvor poruke i destinacija poveufizikomlinijom vezepredstavljala je ogranienjeu stvaranju globalnog sistema komunikacija.Radovi I. Henryja (1797-1878), J. C. Maxwella (1831-1879) i H. Hertza

    (1857-1894) sa kraja 19.vijeka predstavljaju naunu osnovu na kojoj suizgraene radio-komunikacije. Ruski fiziar A. S. Popov (1859-1906) je1896. izveo demonstraciju radio-veze aljui telegram sadrine"HeinrichHertz" napisan Morseovom azbukom. Ipak, G. Marconi je prvi prijavio

    patent za beinu telegrafiju 1897. godine, ostvarivi beinu vezu na

    rastojanju od 1000 metara. Tako su poeli prvi koraci u radio-komunikacijama. 1904. godine je ostvarena prva radio-telegrafska veza

    na trasi Volujica (Bar)-Italija. Sedmog januara 1927. godine ostvarena je

    prva radio-veza u javnom telefonskom saobraaju izmeu Njujorka iLondona. Od tada se radio-komunikacije javljaju u dva vida:

    1. komunikacije od take do take: povezuju se dva odredjenakorespondenta.

    2. tzv. "masovne komunikacije: sa jednog mjesta poruka se prenosivelikom broju korisnika.

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    8/36

    Daljim razvojem nauke i tehnike javlja se potreba za prenosomporuka ne samo u vidu pisane rijei i govora, ve i u oblikuslika, pokretnih slika, a kasnije, razvojem raunara, i prenos

    podataka izmeunjih. 1927. god. je ostvaren prvi prenos televizijskog signala

    izmeu Njujorka i Vaingtona.

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    9/36

    1956. godine postavljen prvi telefonski podmorski kabl izmeuAmerike i Engleske kojim se moglo prenijeti istovremeno 36

    govornih signala.

    U avgustu 1960. bio je lansiran prvitelekomunikacioni, pasivni satelit

    "Echo 1", a oktobra iste godine prvi

    aktivni satelit "Courier IB. 1965.god. ostvaren je prvi

    eksperimentalni televizijski prenosslike u boji preko satelita, a netokasnije iste godine u komercijalne

    svrhe mogao je da se ostvari prenos

    240 telefonskih razgovora ili dva TVprograma preko satelita.

    Lansiranjem telekomunikacionih

    satelita otvara se nova era u oblasti

    telekomunikacija, posebno kad su u

    pitanju LEO sateliti.

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    10/36

    Druga polovina 20. vijeka donosi intenzivan razvoj mobilnihradio komunikacija i optikihkomunikacija. Prvi pokuaji natom polju su bili radiofoni (voki-toki), zatim dispeerskisistemi, radio-pejding sistemi, mobilni radio-telefonskisistemi koji obezbjeujusve toi fiksni telefonski sistemi.

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    11/36

    Savremene komunikacije:

    -Fiksne

    -Beine: globalno mobilne;ogranienomobilne

    Osnovni trend savremenih telekomunikacija je konvergencija,koja podrazumijeva ostvarivanje komunikacije bilo gdje, bilo

    kad i sa bilo kim, nezavisno od terminala.

    All-IP komunikaciona mrea

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    12/36

    MODEL KOMUNIKACIONOG SISTEMA (MREE)

    Svaka telekomunikaciona mrea (sistem) moe generalno da sepredstavi razliitim modelima. Jedan od uobiajenih modela zapredstavljanje telekomunikacionih sistema je Shannon-ov model.

    IZVOR

    PORUKE PREDAJNIK PRIJEMNIK KORISNIK

    UM

    originalna

    poruka el. signal el. signal poruka

    KANAL

    LINIJA

    VEZE

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    13/36

    Elementi Shannon-ovog modela:

    1. Izvor poruke - bilo kakav objekat, operator, ... koji generieporuke (zvuk, slika, podaci) koje treba prenijeti korisniku

    2. Predajnik - dio telekomunikacionog sistema u kome se vrikonverzija poruke u njen elektrini ekvivalent koji se nazivaelektrinisignal

    3. Linija veze (prenosni put, transmisioni medijum) - sredina kroz

    koju se signal prenosi od predajnika do prijemnika

    4. um- smetnje sluajnogkaraktera koje se mogu superponiratisa signalom du linije veze, i na taj nain uticati na oblik

    signala koji dolazi do prijemnika

    5. Prijemnik - ureajkoji obavlja operaciju inverznu predajniku:transformieprimljeni signal u poruku

    6. Korisnik - osoba, maina ili objekat kome je poruka

    namijenjena

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    14/36

    Nakon Shannon-a, koji je dao opti model telekomunikacionih sistema,predloeni su i drugi, neto detaljniji modeli:

    IZVOR

    PORUKE

    KODER

    IZVORA

    DEKODER

    IZVORA KORISNIK

    UM

    KANAL

    LINIJA

    VEZE

    KANALNI

    KODER

    KANALNI

    DEKODER

    1.Koder izvora sastavni dio predajnika koji treba da pretvori poruku u

    odgovarajuikod (niz simbola iz konanogskupa razliitihsimbola)2.Kanalni koderpretvara koderom izvora kodirnu poruku u signal3.Kanalni dekoderprimljeni signal pretvara u kodiranu poruku4.Dekoder izvora poruku predstavljenu odgovarajuim kodom prevodi uodgovarajuioblik pogodan za korisnika

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    15/36

    PRIRODA PORUKA I KARAKTERISTIKE PRENOENIHSIGNALA

    Osnovni zadatak telekomunikacionog sistema je da se poruka u vidusignala prenese na udaljeno mjesto, a da pri tome primljeni signal

    toje mogue vieodgovara poslatom signalu. Stoga je neophodnodetaljno prouiti i analizirati sve osobine signala kojima se prenoseporuke izmedju korisnika.

    PRIRODA PORUKA

    Sve poruke koje alje neki izvor poruka moemo svrstati u dvijegrupe:

    1. Diskretne poruke

    2. Kontinualne poruke

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    16/36

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    17/36

    Kontinualne poruke

    Opisuju se vremenskim funkcijama koje mogu imati sve moguevrijednosti, koje se nalaze izmedju odredjenih granica. Takve su

    npr. poruke koje se prenose u analognoj telefoniji.

    t

    A1

    A2

    Signal koji odgovara kontinualnoj poruci

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    18/36

    Tipovi signala

    U zavisnosti od vrste poruka koju predstavljaju, moese govoritio dva tipa signala:

    - ANALOGNI SIGNALI

    - DIGITALNI SIGNALI

    Saglasno tome, i telekomunikacioni sitemi se klasifikuju u dvije

    grupe:

    - ANALOGNI TELEKOMUNIKACIONI SISTEMI- DIGITALNI TELEKOMUNIKACIONI SISTEMI

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    19/36

    PRIRODA SIGNALA

    Generalno se moe govoriti o dvije grupe signala koji se pojavljuju ukomunikacionim sistemima:

    - deterministikim, ije su vrijednosti u vremenu opisane preciznimanalitikim izrazom;

    - sluajnim, za koje nije mogue definisati odgovarajui analitikiizraz kojim bi se unaprijed opisao njihov vremenski tok.

    0 1 2 3 4 5 6 7

    -1

    -0.8

    -0.6

    -0.4

    -0.2

    0

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1

    t

    f(t)=sint

    0 1 2 3 4 5 6 7

    -1

    -0.8

    -0.6

    -0.4

    -0.2

    0

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1

    t

    f(t)

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    20/36

    ANALIZA DETERMINISTIKIH SIGNALA

    Deterministikisignali se mogu podijeliti u dvije grupe:

    1. Periodini

    2. Aperiodini

    U ispitivanju osobina deterministikih signala koristi seharmonijska analiza. Harmonijska analiza ima za cilj da prikaesignal u domenu uestanosti,a zasniva se na teoriji Fourierovihredova i Fourierove transformacije. Za periodine signale seprimjenjuje analiza pomou Fourierovih redova, a za aperiodineFourierova transformacija.

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    21/36

    HARMONIJSKA ANALIZA PERIODINIH SIGNALA

    Periodian je svaki signal koji zadovoljava uslov:

    f(t)=f(t+T)

    gdje je T perioda signalaf(t).

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    22/36

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    23/36

    Da bi se periodina funkcija razvila u Fourier-ov red mora bitizadovoljen Dirichlet-ov uslov:

    dttf

    T

    T

    2

    2

    Fourierov red tada moe imati jedan od sledeih oblika:1.

    ,...2,1,0sin2

    cos2

    ,sincos2

    0

    2

    2

    0

    2

    2

    100

    0

    ntdtntfT

    b

    tdtntfT

    a

    tnbtnaa

    tf

    T

    Tn

    T

    Tn

    nnn

    T=2/0jeperioda, 0=2f0osnovna kruna uestanost, ani bn Fourierovikoeficijenti.

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    24/36

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    25/36

    Veza izmedju amplituda harmonika Cni modula kompleksne veliineFndata je izrazom:

    nnnn CbaF21

    21 22

    Fourierova transformacija Fn naziva se jo i kompleksnim spektrom

    funkcijef(t). Moduo Fnse naziva amplitudski, a njen argument nfaznispektarfunkcijef(t).

    Fazorska predstava:

    b d f k k l d

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    26/36

    Uobiajeno je da se vri grafiko prikazivanje signala u domenufrekvencija, i to posebno amplitudskog i faznog spektra. Postoje dva

    naina:1. i za pozitivne i negativne uestanosti2. samo za pozitivne uestanosti,s tim toje amplituda odgovarajuegharmonika 2 puta vea.Kompleksni spektri periodinih signala su diskretni, pa se nazivajudiskretnimili linijskimspektrima.

    Jednostrani amplitudski spektarDvostrani amplitudski spektar

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    27/36

    0 fo

    0

    U/2

    U

    -fo 2f o 3f o

    -2fo

    -3fo

    F(f)

    f

    0 fo

    0

    U/2

    U

    -fo 2f o 3f o

    -2fo

    -3fo

    F(f)

    f

    Dvostrani amplitudski spektar

    prostoperiodinogsignala

    Jednostrani amplitudski spektar

    prostoperiodinogsignala

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    28/36

    Bitna karakteristina veliina periodinog signalaf(t) je njegovaefektivna vrijednost:

    1

    22202

    22

    2

    2

    2

    2

    2

    22

    2

    2

    2

    24ostEf.vrijedn

    1

    11ostEf.vrijedn

    1ostEf.vrijedn

    0

    0

    n

    nn

    nnn

    nnn

    nn

    T

    T

    tjn

    nn

    T

    T n

    tjnn

    T

    T

    T

    T

    baatf

    FFFFFdtetfT

    F

    dteFtfT

    dttfT

    tf

    dttf

    T

    tf

    Poslednja relacija je poznata kao Parsevalova teoremaza periodine signale:Kvadrat efektivne vrijednosti brojno je jednak snazi koju taj signal razvija naotporniku od jednog oma.

    Ukupna srednja snaga sloenog signala jednaka je sumi snaga svih njegovihharmonika.

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    29/36

    KORELACIJA PERIODINIH SIGNALA

    U optojharmonijskoj analizi periodinih signala poseban znaaj ima pojamkorelacijekoja povezuje dva periodinasignala.

    Neka su signali opisani funkcijamaf1(t) if2(t) koje imaju istu periodu T=2/0.Fourierove transformacije ovih funkcija su:

    ,...2,1,0,1

    1

    2

    2

    22

    2

    2

    11

    0

    0

    ndtetfT

    F

    dtetfT

    F

    T

    T

    tjnn

    T

    T

    tjnn

    Njihova korelacija se definie na sledei nain:

    ,1

    2

    2

    2

    112 dttftfT

    R

    T

    T

    predstavlja kontinualan pomjeraj u vremenu u intervalu od -do , priemune zavisi od t.

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    30/36

    Posmatrajmo specijalan sluaj korelacije dva identina signala f (t) f (t) f(t)

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    31/36

    Posmatrajmo specijalan sluajkorelacije dva identina signalaf1(t)=f2(t)=f(t).

    n

    jn

    n

    n

    jn

    nn

    T

    T

    eFeFFdttftf

    T

    R

    0022

    2

    11

    1

    Ovako definisana korelaciona funkcija se naziva autokorelaciona funkcija.

    Njena vrijednost za =0 je:

    n

    n

    T

    T

    FdttfT

    R 22

    2

    2

    1110

    Ovo je analitiki izraz za Parsevalovu teoremu.Kako je |Fn|

    2snaga n-tog harmonika na jedininom otporniku, veliina

    2011 nFnS

    se naziva spektar snagesignalaf(t).

    Shodno navedenim izrazima dobija se:

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    32/36

    Shodno navedenim izrazima, dobija se:

    001111jn

    n

    enSR

    deRT

    nS jnT

    T

    0

    2

    2

    11011

    1

    Odnosno:

    Autokorelaciona funkcija R11() i spektar snage S11(n0) funkcije f(t) ineFourierov transformacioni par.

    Ovaj stav se naziva teorema o autokorelacijiperiodinihfunkcija.

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    33/36

    k ij ( ) j k l i f k ij k d d bi

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    34/36

    Funkcija R12() nazvana je korelacionom funkcijom, a nekada se, da bi seistaklo da je rije o dvije periodine funkcije istih perioda, za razliku odautokorelacione funkcije, ona naziva i unakrsnom (kroskorelacionom)

    funkcijom. Njen kompleksni spektar:

    21012 nn FFnS

    se naziva spektrom unakrsne snage.

    Neke osobine kroskorelacione funkcije R12():

    - Za kroskorelacionu funkciju bitan je redosled indeksa, tj. vai:

    2112 RR

    01212021 nSFFnS nn

    kao i:

    - U optemsluajuS12(n0) je kompleksna veliina za razliku od S11(n0) kojaje uvijek realna veliina.

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    35/36

    Ako imamo dva periodina signala f1(t) i f2(t) iste periode T=2/0, tada se

    integral:

    02122

    2

    112

    1 jn

    nnn

    T

    T

    eFFdttftfT

    zove konvolucijasignalaf1(t) if2(t) . Lako se pokazuje da vai:

    deT

    FF

    T

    T

    jn

    nn

    2

    2

    12210

    1

    Teorema o konvolucijiperiodinih funkcija:

    Konvolucija 12() funkcijaf1(t) i f2(t) i proizvod njihovih kompleksnih spektaraFn1Fn2obrazuju Fourierov transformacioni par.

    KONVOLUCIJA PERIODINIH SIGNALA

  • 8/10/2019 Termin 1 Analogne Telekomunikacije

    36/36

    Slinokorelaciji i kod konvolucije imamo tri operacije:

    1. Pomjeranje funkcijef2(t)u vremenu za i njeno preslikavanje simetrino uodnosu na ordinatnu osu

    2. Mnoenjetako dobijene funkcije sa periodinomfunkcijomf1(t)3. Izraunavanjesrednje vrijednosti tog proizvoda u toku jedne periode

    Osobine konvolucije:

    - Konvolucija periodinih funkcija je periodina funkcija ija je periodajednaka periodi signala f1(t) i f2(t), a njen kompleksni spektar je jednak

    proizvodu Fn1Fn2.

    - Vairelacija: 2112