Τεχνολογία Δικτύων Επικοινωνιών Θεωρία κεφ. 2

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΔΙΚΤΥΩΝΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

n 2.2 Κωδικοποίηση δεδομένων.n 2.3 το μοντέλο ψηφιακού επικοινωνιακούσυστήματος.n 2.3.1 Απλουστευμένο μοντέλο συστήματοςεπικοινωνίας.

n 2.3.2 Αναλυτικό μοντέλο ψηφιακού συστήματοςεπικοινωνίας.

n 2.4 Η επίδραση του μέσου μετάδοσης.n 2.4.1 χωρητικότητα καναλιού.

n 2.5 Ρυθμοί μετάδοσης δεδομένων.n 2.5.1 Ρυθμός μετάδοσης bit.n 2.5.2 Ρυθμός μετάδοσης συμβόλων.n 2.5.3 Ρυθμός μετάδοσης πληροφορίας.

11/22/2012ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ

ΠΕ1708 3

2.2 Κωδικοποίηση δεδομένων

n Τόσο τα αναλογικά όσο και τα ψηφιακά δεδομέναείναι δυνατό να αναπαρασταθούν (κωδικοποιηθούν)από αναλογικά ή ψηφιακά σήματα. Η συγκεκριμένηκωδικοποίηση που τελικά επιλέγεται, εξαρτάται από:

n Τις ειδικότερες απαιτήσεις.n Το επικοινωνιακό σύστημα.n Το μέσο μετάδοσης.n Και το διαθέσιμο επικοινωνιακό εξοπλισμο.


ΠΕ1708 4


n Αναλογικά δεδομένα, αναλογικά σήματα.n Τα αναλογικά δεδομένα μεταδίδονται κατευθείαν ήδιαμορφώνουν μια φέρουσα συχνότητα καιπαράγεται ένα αναλογικό σήμα.n Διαμόρφωση πλάτους (Amplitude Modulation AM).n Διαμόρφωση συχνότητας (Frequency Modulation FM).n Διαμόρφωση φάσης (Phase Modulation PM).


ΠΕ1708 5


n Αναλογικά δεδομένα, ψηφιακά σήματα.n Τα αναλογικά δεδομένα ψηφιοποιούνται γιανα είναι δυνατό να χρησιμοποιήσουν ψηφιακάμέσα μετάδοσης.n Παλμοκωδική διαμόρφωση (Pulse Code

Modulation PCM).


ΠΕ1708 6


n Ψηφιακά δεδομένα, αναλογικά σήματα.n Τα ψηφιακά δεδομένα διαμορφώνουν μιαφέρουσα συχνότητα (αναλογικό σήμα).n Ψηφιακή διαμόρφωση πλάτους (Amplitude Shift

Keying ASK).n Ψηφιακή διαμόρφωση συχνότητας (Frequency

Shift Keying FSK).n Ψηφιακή διαμόρφωση φάσης (Phase Shift Keying

PSK).


ΠΕ1708 7


n Ψηφιακά δεδομένα, ψηφιακά σήματα.n Τα ψηφιακά δεδομένα μεταδίδονταικατευθείαν μέσω του καναλιού μετάδοσηςχρησιμοποιώντας τεχνικές ομαδοποίησης.Πακέτα δεδομένων, κωδικοποίηση.


2.3 Το μοντέλο ψηφιακού επικοινωνιακού συστήματος.2.3.1 απλουστευμένο μοντέλο συστήματοςεπικοινωνίας


ΠΕ1708 10

2.3 Το μοντέλο ψηφιακού επικοινωνιακού συστήματος.2.3.1 απλουστευμένο μοντέλο συστήματος επικοινωνίας

n Πηγή. Η συσκευή που παράγει τα δεδομένα, που θαμεταδοθούν.

n Πομπός. Τα δεδομένα που παράγονται δεν μπορούν ναμεταδοθούν με την μορφή που έχουν. Ο πομπόςμετασχηματίζει και κωδικοποιεί τα δεδομένα σε κατάλληλημορφή για να μεταδοθούν μέσα από κάποιο σύστημαμετάδοσης.

n Σύστημα μετάδοσης. Είναι το μέσο που συνδέει την πηγήμε τον προορισμό.

n Δέκτης. Δέχεται το σήμα από το σύστημα μετάδοσης και τομετατρέπει σε μορφή κατανοητή στη συσκευή προορισμού.

n Προορισμός. Η συσκευή που καταναλώνει τα δεδομένα.


ΠΕ1708 11

2.3.2 Αναλυτικό μοντέλο ψηφιακούσυστήματος επικοινωνίας

n Ο τελικός σκοπός ενός ψηφιακού συστήματοςεπικοινωνίας είναι η διαβίβαση μηνυμάτων (ηακολουθίας συμβόλων), που προέρχονταιαπό μια πηγή, σ’ ένα σημείο προορισμού, μεόσο γίνεται μεγαλύτερο ρυθμό και υψηλότερηπιστότητα.

2.3.2 Αναλυτικό μοντέλο ψηφιακού συστήματος επικοινωνίας

2.3.2 Αναλυτικό μοντέλο ψηφιακού συστήματος επικοινωνίας


ΠΕ1708 14

2.3.2 Πηγή διακριτής πληροφορίας

n Οι πηγές πληροφορίας, μπορούν να ταξινομηθούνσε αναλογικής και ψηφιακής (διακριτής)πληροφορίας.

n Οι αναλογικές πηγές δίνουν ένα ή περισσότερασυνεχώς μεταβαλλόμενα σήματα.

n Οι ψηφιακές πηγές δίνουν μια σειρά από διακριτάσύμβολα.

n Μια πηγή αναλογικής πληροφορίας μπορεί πάντανα μετασχηματισθεί σε πηγή διακριτής πληροφορίαςμε τις διεργασίες δειγματοληψίας και της κβάντισης.


ΠΕ1708 15

2.3.2 Κωδικοποιητής /Αποκωδικοποιητής πηγής

n Η είσοδος του κωδικοποιητή πηγής είναι σειρά απόσύμβολα, που φθάνουν με ρυθμό r (σύμβολα τοδευτερόλεπτο).

n Ο κωδικοποιητής πηγής μετατρέπει αυτή την ακολουθίασυμβόλων σε δυαδική ακολουθία από 0 και 1,αντιστοιχώντας καθορισμένες κωδικές λέξεις σταθερούμήκους στα σύμβολα, που φθάνουν στην είσοδο του.

n Έτσι στην έξοδο του κωδικοποιητή πηγής παράγεταιψηφιακό σήμα με ρυθμό s (bit το δευτερόλεπτο).

n Αν η κωδική λέξη έχει μήκος 5 bit τότε με r=10 symbols/secθα είναι το s=50 bits/sec.


ΠΕ1708 16

2.3.2 Κωδικοποιητής /Αποκωδικοποιητής πηγής

n Η πιθανότητα εσφαλμένηςαποκωδικοποίησης συμβόλων τουμηνύματος στο δέκτη, χρησιμοποιείται συχνάσα μέτρο των επιδόσεων του συστήματοςψηφιακής επικοινωνίας.


ΠΕ1708 17

2.3.2 Κωδικοποιητής /Αποκωδικοποιητής καναλιού

n Η κύρια λειτουργία τους είναι να αντιμετωπίσουν τιςεπιπτώσεις υποβάθμισης του σήματος από το κανάλι και ναμεγιστοποιήσουν το ρυθμό και την ακρίβεια τηςπληροφορίας που μεταδίδεται.

n Η ψηφιακή κωδικοποίηση είναι μια μέθοδος για την επίτευξημετάδοσης υψηλής αξιοπιστίας και απόδοσης.

n Ο έλεγχος του σφάλματος επιτυγχάνεται με τη βοήθεια τουκωδικοποιητή καναλιού, ο οποίος προσθέτει bits στην έξοδοτου κωδικοποιητή πηγής.

n Τα οποία επιτρέπουν στον δέκτη και στον αποκωδικοποιητήκαναλιού να ανιχνεύσει ή και να διορθώσει μερικά από τασφάλματα των bits, που μεταφέρουν την πληροφορία.


ΠΕ1708 18

2.3.2 Κωδικοποιητής /Αποκωδικοποιητής καναλιού

n Υπάρχουν δύο τρόποι κωδικοποίησης καναλιού:n Η κωδικοποίηση κατά τμήμα. Όπου παίρνειτμήματα από bits πληροφορίας και προσθέτεικάποια Bits ελέγχου.

n Και συγκεραστική μέθοδος κωδικοποίησης.Όπου τα bits της πληροφορίας αναμιγνύονται με ταbits ελέγχου.

n Σπουδαίες παράμετροι εδώ είναι η απόδοση τουκώδικα, η πολυπλοκότητα του και ο χρόνοςκαθυστέρησης που μετατροπής από την όλη τηδιαδικασία.


ΠΕ1708 19

2.3.2 Διαμορφωτής –Αποδιαμορφωτής

n Η κύρια λειτουργία τους είναι νααντιμετωπίσουν τις επιπτώσεις υποβάθμισηςτου σήματος από το κανάλι και ναμεγιστοποιήσουν το ρυθμό και την ακρίβειατης πληροφορίας που μεταδίδεται.


ΠΕ1708 20

2.3.2 Διαμορφωτής –Αποδιαμορφωτής

n Ο διαμορφωτής δέχεται στην είσοδο του ακολουθίαδυαδικών ψηφίων και την μετατρέπει σεκυματομορφή (αναλογική ή ψηφιακή), κατάλληληγια μετάδοση μέσω του επικοινωνιακού καναλιού.n Η διαμόρφωση χρησιμοποιείται για την :n Μείωση των επιπτώσεων του θορύβου του καναλιού.n Την προσαρμογή του σήματος με τα χαρακτηριστικά τουκαναλιού.

n Για την πολυπλεξία πολλών σημάτων.n Και για υπερνικηθούν μερικοί περιορισμοί των συσκευών.

n Η αποδιαμόρφωση είναι ή αντίστροφη διαδικασία.


ΠΕ1708 21

2.3.2 Επικοινωνιακό κανάλι

n Το επικοινωνιακό κανάλι πραγματοποιεί τηνηλεκτρική σύνδεση μεταξύ πηγής και προορισμού.

n Μπορεί να είναι ενσύρματο ή ασύρματο.n Εξαιτίας φυσικών περιορισμών, το κανάλι δεν έχειτην ίδια συμπεριφορά σε όλες τις συχνότητες καιέτσι το σήμα που φέρει την πληροφορία, υφίσταταισυχνά κατά την διέλευσή του μέσα από το κανάλιπαραμόρφωση.

n Εκτός από την παραμόρφωση υφίσταται καιεξασθένιση.


ΠΕ1708 22


n Επιπλέον το σήμα «λερώνεται» από ανεπιθύμητααπρόβλεπτα ηλεκτρικά και ηλεκτρομαγνητικάσήματα τόσο τεχνητά όσο και φυσικά πουαναφέρονται ως θόρυβος.

n ένδειξη της ποιότητας του καναλιού αποτελεί ολόγος σήματος προς θόρυβο (signal to noise ratioSNR).

n Όλα αυτά εισάγουν σφάλματα στην πληροφορία,που θέλουμε να μεταδώσουμε και έτσι περιορίζουντο ρυθμό με τον οποίο η πληροφορία θα μπορούσενα περάσει από την πηγή στον προορισμό.


ΠΕ1708 23


Attenuation

Distortion

Noise


ΠΕ1708 24

2.4 επίδραση του μέσουμετάδοσης

n Σε οποιοδήποτε σύστημα επικοινωνίας, γενικά, τοσήμα στην λήψη διαφέρει από αυτό πουεκπέμπεται, εξαιτίας παραγόντων που εμφανίζονταικατά τη μετάδοση του σήματος μέσα από τοεπικοινωνιακό κανάλι.

n Ειδικά στα ψηφιακά σήματα μπορεί να συμβούνσφάλματα bit (bit errors) δηλαδή το 0 να γίνεται 1και το αντίστροφο.

n Όσο περισσότερα είναι τα σφάλματα αυτά τόσοχειρότερο είναι το σύστημα επικοινωνίας.

http://en.wikipedia.org/wiki/Bit_error_rate


ΠΕ1708 25

2.4 επίδραση του μέσουμετάδοσης

n Οι κυριότεροι παράγοντες είναι : ηεξασθένιση, η καθυστέρηση μετάδοσης και οθόρυβος.

n Η ικανότητα μετάδοσης της πληροφορίαςμέσα από το κανάλι εξαρτάτε από τουςπαραπάνω παράγοντες καιχαρακτηρίζεται από την χωρητικότητακαναλιού.


ΠΕ1708 26

2.4.1 Χωρητικότητα καναλιού

n Στα ψηφιακά συστήματα επικοινωνίας, ταπροβλήματα μετάδοσης περιορίζουν το ρυθμό, μετον οποίο μεταδίδονται τα δεδομένα.

n Ο μέγιστος ρυθμός με τον οποίο είναι δυνατόννα μεταδοθούν τα δεδομένα μέσα από έναεπικοινωνιακό κανάλι, ονομάζεταιχωρητικότητα καναλιού (channel capacity).

http://en.wikipedia.org/wiki/Channel_capacity


ΠΕ1708 27

2.4.1 Χωρητικότητα καναλιούn Τύπος του Nyquist (για κανάλι χωρίς θόρυβο).n Στην περίπτωση του καναλιού χωρίς θόρυβο με εύροςζώνης Β, είναι δυνατό να μεταδοθούν δεδομένα μερυθμό 2*Β.

n Αν το μεταδιδόμενο σήμα είναι δυαδικό ο μέγιστος ρυθμόςμετάδοσης είναι 2*Β bps (bits per second).

n Αν το μεταδιδόμενο σήμα έχει περισσότερες από 2καταστάσεις (σύμβολα) και το κάθε ένα αναπαριστάαριθμό bits τότε έχουμε :

n C=2*B*log2Mn Όπου Μ= ποσότητα διαφορετικών συμβόλων.


ΠΕ1708 28

2.4.1 Χωρητικότητα καναλιούn Όπως βλέπουμε, με δεδομένο το εύρος ζώνης του καναλιού,είναι δυνατό να αυξηθεί ο ρυθμός δεδομένων,χρησιμοποιώντας μεγαλύτερο αριθμό διαφορετικώνσυμβόλων για την αναπαράσταση του σήματος.

n Κάτι τέτοιο βέβαια, συνεπάγεται μια αύξηση στηνπολυπλοκότητα του δέκτη ο οποίος θα πρέπει να μπορείνα αναγνωρίσει ποιο από τα Μ διαφορετικά σύμβολα έλαβε.

n Ο θόρυβος και άλλα προβλήματα περιορίζουν στηνπράξη το δυνατό αριθμό των διαφορετικών συμβόλωνπου μπορούν να χρησιμοποιηθούν.


ΠΕ1708 29

2.4.1 Χωρητικότητα καναλιούn Ο τύπος του Shannon (κανάλι με θόρυβο).n Τα κανάλια χωρίς θόρυβο είναι ιδανική περίπτωση.Στην πραγματικότητα έχουμε θόρυβο.

n Το πόσο καταστροφική είναι η επίδραση τουθορύβου εξαρτάται και από την στάθμη τουωφέλιμου σήματος.

n Αυτοί οι δύο παράγοντες, μετρώνται με την βοήθειατου λόγου σήματος προς θόρυβο (Signal toNoise Ratio SNR), ο οποίος είναι το πηλίκο τηςισχύος του σήματος προς την ισχύ τουθορύβου.

http://en.wikipedia.org/wiki/Signal-to-noise_ratio


ΠΕ1708 30

2.4.1 Χωρητικότητα καναλιού

n Συνήθως ο SNR μετράται στην είσοδο τουδέκτη, για να γίνει η κατάλληλη επεξεργασίακαι να αφαιρεθεί ο θόρυβος. Ο λόγος SNRδίνεται σε db (decibel) σύμφωνα με τηνσχέση :

n (SNR)db=10*log10 ισχύς σήματος / ισχύςθορύβου.


ΠΕ1708 31

2.4.1 Χωρητικότητα καναλιούn Κανόνας Shannon – Hartley.n Αν γνωρίζουμε τις παραμέτρους του καναλιούεπικοινωνίας, όπως το εύρος ζώνης Β, και το λόγοSNR, τότε μπορούμε να υπολογίσουμε τηνχωρητικότητα C του καναλιού πουαντιπροσωπεύει το θεωρητικά μέγιστο δυνατόρυθμό μετάδοσης χωρίς σχεδόν κανένα λάθος.

n C=B*log2(1+SNR) bits/sec.n Στην πράξη ο ρυθμός είναι πολύ μικρότεροςαπό C.

http://en.wikipedia.org/wiki/Shannon%E2%80%93Hartley_theorem


ΠΕ1708 32

2.5 – 2.5.1 Ρυθμός μετάδοσης bit

n Ο ρυθμός μετάδοσης bit (bit rate), είναι οαριθμός των bits, που περνά από σημείο τουτηλεπικοινωνιακού δικτύου δεδομένων σεσυγκεκριμένο χρονικό διάστημα.

n (bits per second bps, kbps, Mbps…)n Στην περίπτωση της δυαδικής μετάδοσης το bit rateR εξαρτάτε από το χρόνο Τα που διαρκεί το bit :

n R=1/T.

http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%A1%CF%85%CE%B8%CE%BC%CF%8C%CF%82_%CE%BC%CE%B5%CF%84%CE%AC%CE%B4%CE%BF%CF%83%CE%B7%CF%82


ΠΕ1708 33

2.5.2 Ρυθμός μετάδοσης συμβόλων

n Ο ρυθμός μετάδοσης συμβόλων (baud rate), είναι οαριθμός των συμβόλων (bauds), που μεταδίδονται κάθεδευτερόλεπτο και χρησιμοποιείται, κυρίως, στιςπεριπτώσεις μετάδοσης μέσω modem.

n Αν η τεχνική διαμόρφωσης, που χρησιμοποιείται, αντιστοιχείένα bit σε κάθε μεταβολή του διαμορφωμένου σήματος, τότετο baud rate ταυτίζεται με το bit rate.

n Συχνά όμως το bit rate είναι μεγαλύτερο από το baudrate, όταν σε κάθε μεταβολή του διαμορφωμένουσήματος αντιστοιχούν περσότερα από ένα Bits.

http://en.wikipedia.org/wiki/Baud

2.5.2 Ρυθμός μετάδοσης συμβόλων


ΠΕ1708 35

2.5.3 Ρυθμός μετάδοσης πληροφορίας

n Εκτός από τα bits που αφορούν την πληροφορία,συνήθως μεταδίδονται και επιπλέον χαρακτήρεςελέγχου. (start bit, stop bit…).

n Σε κάθε μετάδοση το ζητούμενο είναι με πιορυθμό μεταδίδεται η καθαρή πληροφορία, έτσιχρησιμοποιούμε τον όρο ρυθμός μετάδοσηςπληροφορίας (information rate).

n Ο οποίος μετριέται σε bps και είναι προφανώςμικρότερος από το ρυθμό μετάδοσης bit.

Education

Τεχνολογία Δικτύων Επικοινωνιών Θεωρία κεφ. 2