Dr.Varga Péter János HÍRADÁSTECHNIKA. 1.ea

Átírás

1 Dr.Varga Péter János HÍRADÁSTECHNIKA 1.ea

2 Elérhetőségek 2 Dr.Varga Péter János varga.peter@kvk.uni-obuda.hu Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar Híradástechnika Intézet Telefon: +36 (1) Cím: 1084 Budapest, Tavaszmező u. 17. C ép. 508 WEB:

3 Ajánlott irodalom 3 Tantárgy Jegyzet Szerzők Híradástechnika I. (prezentáció) 2046 Lukács-Mágel-Wührl Híradástechnika I. (könyv) OE KVK 2090 Lukács-Wührl HTE online könyve: Távközlő hálózatok és informatikai szolgáltatások Link:

4 Számonkérés 4 Követelmény típus: Vizsga Osztályzatok -60% : %: %: %: %: 5

5 Számonkérés 5 Utolsó alkalommal ZH Vizsgaidőszakban 3 vizsgaalkalom

6 6 Szabadon választott félévközi feladatok Kiválasztott aktuális témában elkészített dolgozat Követelmény: Min.: 10 oldal. Formai megfelelés Elérhető százalék a félévi ZH-ból: max. 30% Elkészített dolgozat előadása az utolsó előtti alkalommal Követelmény: Min.: 8-10 slide Formai megfelelés Előadás hossza max. 10 perc Elérhető százalék a félévi ZH-ból: max. 30%

7

8 8

9 9

10 10

11 11

12 12

13 A fejlődés legfontosabb fejezetei 13 A felfedezés időpontja Telefon 1876 Rádióhullámok Televízió 1936 Rádiótelefon 1946 Számítógép 1946 Távközlési műhold 1962 Tároltprogram-vezérlésű telefonközpont 1965 Mikroprocesszor 1971 Fényvezető kábel 1977 Lokális számítógép hálózatok A.G. Bell Feltaláló(k) H. Hertz, A Popov, G. Marconi British Broadcasting Co. (BBC) Cellás rendszer, Bell Laboratórium Electronic Numeric Integrator and Computer (ENIAC) University of Pensylvania Telstar, Bell Laboratórium No. 1. ESS, Bell Laboratórium Intel Corp. Corning Glass Works Ethernet, Xerox-Intel-DEC

14 14 A fejlődés képekben

15

16

17 A Híradástechnika elméleti 17 alapjainak kialakulása Ismeret Hálózatelmélet Elektromágneses térelmélet Forgalomelmélet Jelátvitel, moduláció Hálózatszintézis Statisztikus hírközléselmélet Információelmélet és kódolás Jelfeldolgozás Meghatározó személyek Ohm 1827, Kirchoff 1847, Heaviside 1900, Bode 1945 Maxwell 1873 Erlang 1917 Nyquist, és Hartley Amstrong (FM) 1936, Reekes (PCM) 1937 Foster 1924, Cauer Brune 1931, Darlington 1939 Rice, Wiener, Kotelnikov Shannon, Hamming Cooley és Tukey (FFT) 1965

18 Kiemelkedő magyar alkotók 18 a híradástechnikában Alkotók Puskás Tivadar ( ) Pollák Antal ( ) Virág József ( ) Békésy György ( ) Neumann János ( ) Bay Zoltán ( ) Gábor Dénes ( ) Kozma László ( ) Rényi Alfréd ( ) Alkotásaik Telefonközpont 1878, Telefonhírmondó 1893 Gyorstávíró 1898 Hallási folyamatok kutatása (Nobel díj 1961) Elektronikus számítógép elve Radarjel visszaverődése a holdról 1946 Holográfiai módszer felfedezése (Nobel díj 1971) Telefonközpontok tervezése, számítógép építés Információelmélet

19

20 Témakörök 20 Híradástechnika fogalma Jelek és osztályozásuk Modulációk Digitális jelek előállítása A jelátvitel fizikai közegei Antennák Műholdas helymeghatározás Emberi érzékelés Jelátalakítók Műsorszórás Távközlő hálózatok Mobil távközlés

21 Híradástechnika fogalma 21 Jelek tárolása, továbbítása átalakítása és feldolgozása. Azon (elektronikus) műszaki megoldások összessége, amelyek segítségével információt tudunk átvinni bármely két pont között, bármilyen távolságra, lehetőség szerint kis torzítással és hibával, ésszerű költségek mellett.

22 A hírközlés célja, modellje 22 Üzenet Hír Jel Jel Hír Üzenet Információ forrása Kódoló Adó Kommunikációs csatorna Vevő Dekódoló Információ felhasználása Zaj

23 A hírközlés célja, modellje 23 Üzenet: Továbbításra szánt adathalmaz Hír: Időfüggvénnyé alakított üzenet Jel: A hír elektromos mása Zaj: Minden egyéb, amely az előzőek mellett nem kívánatos jelenségként fellép Cél: VETT ÜZENET = KÜLDÖTT ÜZENET

24 Mi lehet az üzenet? 24 Beszéd Zene Szöveg Állókép Mozgókép Adat

25 Emberi érzékelés 25 Hallás Látás

26 A hallás 26 A hang fogalma: rugalmas közegben terjedő, mechanikus rezgőrendszer által keltett hullám,amely az emberben hangérzetet kelt A kellemetlen hang II ZAJ

27 Az emberi hallás mechanizmusa 27 Külső fül: a fülkagylóból, a hallójáratból és a dobhártyából áll Középfül: a nyomáshullám átalakul rezgéssé a hallócsontocskák segítségével Belső fül: a rezgés folyadékban terjedő hullámmá alakul, a folyadék mozgatja a szőrsejteket, amely a hallóidegekhez csatlakozik

28 28

29 A hangjelenségek felosztása 29 A hangjelenségek felosztása frekvencia alapján f < 20 Hz infrahang Hz < f < 20 khz hallható hangok 20 khz < f < 100 MHz ultrahang MHz < f hiperhang 1. 2.

30 A hangot leíró fizikai mennyiségek 30

31 Emberi hallás 31 Hallásküszöb és fájdalomküszöb

32 Emberi hallás 32 Hangosság szintek (Fletchner-Munson a Phon görbék)

33 33 Hallás és a zaj

34 34 Hallás és az elfedési jelenség

35 35 A látás A szem

36 Az emberi látás 36 A szembe érkező fénysugarak 2 helyen törnek meg: szaruhártya lencse Áthaladnak az üvegtesten Retinákra érkeznek, ahol kicsinyített fordított állású kép keletkezik A fény hatására a receptorok ingerületbe jönnek Az ingerületet átveszik az idegsejtek és látóidegként kilépnek A látóideg részlegesen átkereszteződik A képet az agy visszafordítja

37 37 A szem felépítése

38 Fénytechnikai alapok 38 Láthatósági függvény Szín Ibolya Kék Zöld Sárga Narancs Vörös Hullámhossz nm nm nm nm nm nm

39 39 A jelek

40 Alapfogalmak 40 A jel fogalma: A fizikai mennyiség olyan érteke vagy értékváltozása, amely egy egyértelműen hozzárendelt információt hordoz A jel információtartalommal bír Matematikai függvények x D f : értelmezesi tartomány y R f : értékkészlet

41 Jelek felosztása 41 értékkészlet szerint lefolyás szerint az információ megjelenési formája szerint az érték meghatározottsága szerint

42 A jel értékkészlete szerint 42 Folytonos a jel, ha tetszés szerinti értéket vehet fel és értékkészlete folytonos, vagyis egy összefüggő tartomány

43 A jel értékkészlete szerint 43 Szakaszos a jel, ha csak meghatározott, diszkrét (izolált) értékeket vehet fel, egy megszámlálható számhalmaz elemeiből, két szomszédos diszkrét értéke közötti értékkészlete hiányzik. Az ilyen jel, időben folytonos, de értékkészletében diszkrét. (lépcsős, más néven kvantált jelalak, vagy diszkrét értékű jel).

44 Lefolyás szerint 44 Folyamatos a jel, ha a független változó egy adott tartományában megszakítás nélkül fennáll. A folyamatos jel matematikai modellezésénél olyan függvényt alkalmazunk, ahol a független változó t R (R a valós számok halmaza). Dinamikus rendszerek esetében a független változó az idő. Ilyenkor folytonos idejű jelről beszélünk, melynek jele FI.

45 Lefolyás szerint 45 Szaggatott a jel, ha az a független változó egy adott tartományában csak megszakításokkal áll fenn. A független változó meghatározott értékeiben szolgáltatnak információt a jel a többi értékeknél megszakad. Az információszolgáltatás a független változó bizonyos értékeire értelmezett. Időt alkalmazva független változóként eljutunk a diszkrét idejű jel fogalmához, melynek jele a DI.

46 46 Az információ megjelenési formája szerint Analóg a jel, ha az információt a jelhordozó értéke vagy értékváltozása közvetlenül képviseli. Az analóg jel információtartalma tetszőlegesen kis változásokat is közvetít. Digitális a jel, ha az információ a jelhordozó számjegyet kifejező, diszkrét, jelképi értékeiben (kódjaiban) van jelen.

47 Az érték meghatározottsága szerint 47 Determinisztikus a jel, ha értéke meghatározott időfüggvénnyel egyértelműen megadható, elegendő pontossággal lehet mérni, és megismételhető folyamatot hoz létre.

48 Az érték meghatározottsága szerint 48 Sztochasztikus a jel, ha véletlen lefolyású, és csak valószínűség-számítási módszerekkel írható le, a jel mérésekor véletlenszerű eredményeket kapunk. Ilyenkor nem tudunk egyértelmű időfüggvényt megadni. A jel statisztikus tulajdonságait kell meghatározni, mint például a várható értékét, szórását.

49 49 Jelek értelmezési tartománya és értékkészlete

50 50 Jelek grafikus ábrázolása

51 Ki volt Fourier? 51 Jean Baptiste Joseph Fourier ( ) matematikus es zikus A Hő terjedését tanulmányozta 1807-ben írt dolgozatában a hő eloszlását szinuszokkal próbálta közelíteni A dolgozat bírálói: J. L. Lagrange ( ) és P. S. Laplace ( ) A dolgozatot Lagrange kérésére visszautasították 15 évvel később, Lagrange halála után, kiadták a dolgozatot

52 A Fourier transzformáció célja 52 Áttranszformálni a jelet IDŐ tartományból FREKVENCIA tartományba Frekvencia tartományban sokszor egyszerűbb eszközökkel dolgozható fel a jel

53 Fourier transzformáció fajtái 53 A jel típusa alapján megkülönböztetünk: I. Folytonos és periodikus: Fourier sorfejtés II. Folytonos és nem periodikus: Fourier transzformáció III. Diszkrét és periodikus: Diszkrét jel Fourier sorfejtése IV. Diszkrét és nem periodikus: Diszkrét idejű Fourier transzformáció

54 Fourier sorfejtés 54 Periodikus, folytonos jelekre alkalmazhatjuk Periodikus jelek spektruma harmonikusakat tartalmaz. Vonalas spektrum Az alapharmonikust, amely az időperiódusnak megfelelő frekvencia, alapfrekvenciának nevezzük Jelölése: f 0 A spektrum csak az alapfrekvancia egész számú többszöröseinek megfelelő frekvenciákat tartalmazza: f 0, 2f 0, 3f 0,

55 Jelek spektrális felbontása 55 x(t) folytonos, T szerint periodikus jel, ekkor x X ( ) + t = i = 1 T T X i e x(t) e jω t i j ω t i dt ahol Abszolút integrálható jeleknél (ha ) x(t) előállítható: 0 x(t) = X( ω) = + ahol Az X(ω) függvényt az x(t) jel Fourier transzformáltja. X( ω)e + x(t)e jωt jωt dω dt x(t) dt <

56 56

57 Sávhatárolt jel 57 x(t) sávhatárolt f 1 <f 2 frekvenciák között, ha a spektrum összetevők az [f 1 f 2 ] és a [-f 1,-f 2 ] intervallumokon kívül zérus súlyúak.

58 Legfontosabb jelek és spektruma 58 Szinuszos jel: T 2 f 2, T 1 f π = π ω = = ω ω Négyszög jel: t A T T 2 A T 2 0 π = ω ( ) =... sin sin sin t t t t C ω ω ω π

59 Legfontosabb jelek és spektruma = sinω0t + sin 2ω0t + sin 3ω 0t π 2 3 Fűrészjel: ( ) C t C(t) Szinuszos jel kétutas egyenírányítás után: C(t) f 2 π 2ω 0 ω 0 3ω 0 f C 2 π 4 1 π ( t) = + sinω t sin 2ω t + sin 3ω t

60 Legfontosabb jelek és spektruma 60 Szinuszos jel egyutas egyenirányítás után C(t) 3ω 0 4ω 0 ω 0 2ω 0 f C 1 π π ( t) = + sinω t + sin 2ω t sin 4ω t

61 61 Spektrum fontossága

62 62 A kommunikációban használt fontosabb fogalmak A sávszélesség A sávszélesség az a frekvenciatartomány, amelyben az áramkör használható. A sávszélességet az f 2 -f 1 különbséggel definiáljuk, ahol f 1 az alsó és f 2 az ún. felső határfrekvancia. Ezekben a pontokban a kimenő jel a maximális érték felére esik vissza. BW=f 2 -f 1

63 63 A kommunikációban használt fontosabb fogalmak A csillapítás Ha valamely elektronikus alkatrész, vagy adatátviteli összeköttetés kimenetén a jel amplitúdója kisebb, mint a bemenetére adott jelé, azt mondjuk, hogy csillapítás lépett fel. Definíció szerint a csillapítás a kimenő és a bemenő teljesítmény hányadosa. A csillapítást az áramkörök belsejében levő veszteségek okozzák.

64 64 A kommunikációban használt fontosabb fogalmak A decibel-skála A csillapítást decibelben szokás megadni. A decibelskála két teljesítmény arányának (P 1 /P 2 ) logaritmikus skálán való kifejezése

65 65 A kommunikációban használt fontosabb fogalmak

66 66 A kommunikációban használt fontosabb fogalmak A zaj és a jel/zaj viszonyszám Minden olyan jelet, ami nem része az információnak, a kommunikációs összeköttetésben zajnak tekintünk. Az áramkör, vagy berendezés kimenetén és bemenetén mérhető jel/zaj hányados a rendszer zajosságára jellemző. NF: noise figure Ha az NF értéke 1, azt jelenti, hogy a rendszer nem termel zajt. Ha egynél kisebb, a rendszer zajos.

67 A hírközlés célja, modellje 67 Üzenet Hír Jel Jel Hír Üzenet Információ forrása Kódoló Adó Kommunikációs csatorna Vevő Dekódoló Információ felhasználása Zaj

68 68 Modulációk

69 Mi a moduláció? 69 A hírközlésben a vivőhullám valamely jellemzőjének változtatását nevezik modulációnak A szinuszos jel három fő paraméterét, az amplitúdóját, a fázisát vagy a frekvenciáját módosíthatja a modulációs eljárás, azért, hogy a vivő információt hordozhasson

70 Miért van szükség modulációra? 70 hullámokat megfelelő hatásfokkal sugározhassuk ha minden adó ugyanazon a frekvencián sugározna, az eredmény az lenne, mintha több száz ember beszélne egyszerre, ugyanabba a teremben

71 Mi az eszköze? 71 A berendezés, amely végrehajtja a modulációt: modulátor A berendezés, ami a visszaállításhoz szükséges inverz műveletet hajtja végre: demodulátor A mindkét művelet végrehajtására képes eszköz (a két kifejezés összevonásából): modem

72 A moduláció fajtái 72 Két alapvető fajtát használunk: analóg moduláció digitális moduláció s m (t) moduláló jel (információ) f v vivőfrekvencia s(t) modulált jel r(t) modulált jel és a csatorna zaja s d (t) demodulált jel

73 Analóg - Amplitúdómoduláció 73 Az elnevezés is utal arra, hogy ezeknél az eljárásoknál az amplitúdó hordozza az információt A modulált jel f AM (t) pillanatnyi amplitúdója a moduláló jel m(t) pillanatnyi értékétől függ f AM 3 2 ( t) = m( t)cos( ω t) U +U v m v 1 U v

74 74 AM-DSB (kétoldalsávos amplitúdó moduláció) Sávszélesség: f BW =2f max Modulációs mélység: m = a m U U m v

75 75 AM-DSB/SC (elnyomott vivőjű kétoldalsávos a.m.) Az adóteljesítmény csökkentése érdekében a vivőfrekvenciás komponenst kiszűrik, vagy már eleve 0 középértékű modulálót használnak. Ez teljesítmény szempontjából kedvező, azonban megnehezíti a vivő visszaállítását

76 76 AM-SSB/SC (elnyomott vivőjű egyoldalsávos a.m.) Ebben az esetben a két oldalsáv egyikét a sávszélesség és az adóteljesítmény csökkentése érdekében még sugárzás előtt kiszűrik. Két változata használatos: Felső oldalsávos (Upper Sideband): Ez az oldalsáv a moduláló spektrumának pozitív frekvenciájú összetevőjének eltoltja, ezért nem fordít spektrumot. Alsó oldalsávos (Lower Sideband: Spektrumot fordít, mivel a negatív frekvenciájú félspektrum eltoltja, ami a moduláló pozitív frekvenciájú spektrumkomponensének tükörképe.

77 AM jelek demodulálása 77 A szorzó demoduláció minden AM típusra alkalmazható S d (t) = = S AM a(t) 2 (t) cos( ω cos ϕ + ϕ=0-nál v t + ϕ) = a(t) 2 a(t) 2 cos(2ω a(t) cos( ω v t + ϕ) v t) cos( ω v t + ϕ) = Szűrővel leválasztható!

78 78 AM-DSB demodulálása egyszerű áramkörrel Az R-C szűr tag időállandóját úgy kell megválasztani, hogy a vivőt kiszűrje, de a modulációs tartalmat ne torzítsa

79 AM összefoglalás 79 Viszonylag kis sávszélességet igénylő eljárás Zajjal szembe nem vagy csak alig mutat védettséget Lineáris torzításra érzékeny

80 Szögmodulációk 80 Szögmoduláción olyan modulációs eljárásokat értünk, amelyeknél a szinuszos vivő fázisa hordozza az információt, amplitúdója konstans Amikor a modulált jel fázisa arányos a moduláló Amikor a modulált jel fázisa arányos a moduláló jellel, fázismodulációról (PM) beszélünk. Ha a modulált jel (kör)frekvenciája - a fázis idő szerinti deriváltja - arányos a moduláló jellel, frekvenciamodulációval (FM) van dolgunk.

81 Szögmodulációk 81 f PM = U v cos( ω t v + k PM f m ( t)) f FM = U v cos( ω t v + 2πk FM t 0 f m ( t) dt) A k PM és k FM modulációs konstansok határozzák meg, hogy a moduláló jel milyen mértékben változtatja meg a vivő fázisát illetve frekvenciáját

82 Frekvenciamoduláció 82 A szinuszos nagyfrekvenciás vivő pillanatnyi frekvenciája változik a moduláló jellel arányosan, annak ütemében. Miközben amplitúdója állandó marad. A moduláció frekvenciaváltozást löketnek nevezik és Δf a jele. A moduláció nagyságát a modulációs index jelöli: m f = f v / f m A maximális löket: B FM = ± f

83 83 Frekvenciamoduláció

84 FM összefoglalás 84 Nagy sávszélességet igénylő eljárás Zajjal szemben jelentős védettséget mutat Lineáris torzításokra, különösen a fázistorzításra érzékeny rendszer Mivel az FM nemlineáris rendszer, a lineáris torzítás hatására nemlineáris torzítási komponensek léphetnek fel a kimeneten

85 85 FM adó DIY

86 86 FM az autóban

87 87 Digitális jelek előállítása

88 Digitális modulációk 88 A digitális moduláció célja a lehető legtöbb információ átvitele a legkisebb sávszélesség felhasználásával, a legkisebb hibavalószínűséggel. Ellentétben az analóg modulációs eljárásokkal, itt Ellentétben az analóg modulációs eljárásokkal, itt nem feltétel a jelek alakhű átvitele, a digitális üzenet hibaaránya minősíti az átviteli rendszert.

89 Digitális jelek előállítása 89 Első lépés: Mintavételezés Az időben folytonos analóg jelet, időben diszkrétté tesszük. Előáll a Pulzus Amplitúdó Modulált (PAM) jel. Mintavételezési frekvencia: f = m 1 T m

90 90 Digitális jelek előállítása

91 Digitális jelek előállítása 91 Mintavételezési frekvencia Veszteségmentes jel visszaállítás, a jel mintákból akkor lehetséges, ha f m 2 f max feltétel teljesül. Vagyis a mintavételi frekvencia nagyobb vagy egyenlő mint az analóg jelben előforduló legnagyobb frekvenciájú komponens (f max ) kétszerese.

92 Digitális jelek előállítása 92 Az f m 2 f max teljesülését Shannon mintavételi tételének, vagy Nyquist kritériumnak szoktuk nevezni. Shannon mintavételi tétel betartása esetén a jel Shannon mintavételi tétel betartása esetén a jel mintákból az analóg jel veszteségmentesen reprodukálható!

93 Mintavételi frekvencia 93 Zenei felvételek esetén a 20 khz-es maximális frekvencia figyelembevételével a mintavételezési frekvenciát a CD szabvány 44,1 khz-nek írja elő. Telefon átvitel esetén a beszéd jel maximális frekvenciája a digitalizáláshoz 3,4 khz, a szabványok itt 8 khz-es mintavételezési frekvenciát írnak elő.

94 Digitális jelek előállítása 94 Mintavételi tétel betartása a gyakorlatban: Az analóg jelben szereplő maximális frekvencia komponens gyakran nem definiálható, például azért, mert a hasznos jelre zajok, zavarok, nemkívánatos komponensek ülnek additív módon. Megoldás: Sávkorlátozás

95 Digitális jelek előállítása 95 Sávkorlátozás: A sávkorlátozás szűréssel történik (általában aluláteresztő szűrő alkalmazásával).

96 Digitális jelek előállítása 96 PAM jel: - időben diszkrét - halmazon folytonos Ha a PAM jelet a Shannon mintavételi tétel betartásával állítottuk elő, akkor az analóg jel veszteségmentesen visszaállítható. Ellenkező esetben átlapolódás (Aliasing) jelenség lép fel.

97 Digitális jelek előállítása 97 Aliasingjelenség (vizsgálata a frekvencia tartományban) Ha az alapsávi jelben előforduló maximális frekvencia nagyobb mint a Nyquist frekvencia, akkor az alsó oldalsáv és az alapsáv átlapolódik.

98 98

99 Digitális jelek előállítása 99 Kvantálás és kódolás Második lépés: A mintavételezett jel (PAM) értékkészletét (É.K.) is diszkrétté tesszük, így előáll a digitális jel. Az analóg jel digitalizálását modulációnak is felfoghatjuk, innen ered az elnevezés: PCM Pulse Code Modulation

100 100 Digitális jelek előállítása Kvantálás és kódolás Példa: 0 mv 80 mv, bitek száma n=3, 2 n állapot Digitális szám Ábrázolt feszültség érték mv mv mv mv mv mv mv mv 33,5 mv Hiba: 1,5 mv

101 101 Digitális jelek előállítása Kvantálás és kódolás A jel a továbbiakban csakis az ábrázolandó pontok halmazában lesz értelmezett, vagyis értékkészlete véges n bitszám esetén 2 n db érték értelmezhető

102 Digitális jelek előállítása 102 Kvantálás és kódolás Kvantálás esetén minden mintára nagyságú zaj ül. Ha a kvantálást matematikai kerekítéssel végezzük, akkor: max = két szomszédos min ta 2 közti távolság

103 103 Digitális jelek előállítása Kvantálás és kódolás A kvantálásból eredő hiba zajként jelentkezik, ezért azt kvantálási zajnak nevezzük. A értéke egyenletes eloszlású (0 és a lépcső fél A értéke egyenletes eloszlású (0 és a lépcső fél tartományban) a rendszerben fehérzajként jelentkezik.

104 104 Digitális jelek előállítása Kvantálás és kódolás A kvantálásból eredő zaj végérvényesen a jelen marad, az onnan a későbbiekben nem távolítható el!

105 105 Digitális jelek előállítása Kvantálás és kódolás Lineáris kvantálás Ekkor az ábrázolási tartományt lineárisan osztjuk 2 n részre Nemlineáris kvantálás Általában logaritmikus, vagy logaritmikus görbe töréspontos közelítése

106 106 Digitális jelek előállítása Kvantálás és kódolás Lineáris kvantálás

107 107 Digitális jelek előállítása Kvantálás és kódolás Logaritmikus görbe töréspontos közelítése

108 108 Analóg jel visszaállítása a digitális jelből A D/A konverter a mintavételi frekvencia ütemében érkező mintával arányos feszültséget (áramot) állít elő és azt kitartja a következő mintáig.

109 109 Analóg jel visszaállítása a digitális jelből Helyreállító szűrő:

110 Teljes digitális lánc 110 Hibák, torzítások helyei: Sávkorlátozó szűrő (analóg) Kvantálási hiba [additív zaj] Helyreállító szűrő (analóg)

111 111 Digitális lánc és a zaj

112 112

113 Digitális modulációs technikák 113 Az amplitúdóeltolás-billentyűzés (ASK, Amplitude- Shift Keying) véges számú amplitúdót használ, és nagyon hasonlít az impulzus-kód modulációhoz. A frekvenciaeltolás-billentyűzés (FSK, frequency- Shift Keying) véges számú frekvenciát használ. A fáziseltolás-billentyűzés (PSK, phase-shift keying) véges számú fázist használ.

114 114 Vivőfrekvenciás digitális modulációs rendszerek ASK FSK PSK AM-DSB A moduláló jel alapsávi Impulzus formálás után

115 115 Amplitúdó billentyűzés ASK (Amplitude Shift Keying) Amplitúdó billentyűzés esetén a vivő jel szinuszos, a moduláló jel pedig digitális (értékkészlete 0 vagy 1 ). A moduláló jel jelen esetben a vivő jel amplitúdóját változtatja ( kapcsolgatja ). Az így előállított jel (modulált jel) teljesítményszintje folyamatosan ingadozó, mivel a logikai 0 - hoz A0, a logikai 1 -hez pedig A1 amplitudó tartozik. u ASK (t) = A * sin (2 * π * f + φ)

116 116 Frekvencia billentyűzés FSK (Frequency Shift Keying) Frekvencia billentyűzés esetén a vivő jel szinuszos, a moduláló jel pedig digitális (értékkészlete 0 vagy 1 ). A moduláló jel jelen esetben a vivő jel frekvenciáját (f p ) változtatja, például a logikai 0 -hoz f 0, míg a logikai 1 -hez f 1 tartozik. u FSK (t) = A * sin (2 * π * f p + φ), ahol A az FSK jel amplitúdója, f p a vivő jel pillanatnyi frekvenciája (f 0 vagy f 1 ), φ pedig a vivőjel kezdőfázisa.

117 117 Fázis billentyűzés PSK (Phase Shift Keying) Fázis billentyűzés esetén a vivő jel szinuszos, a moduláló jel pedig digitális (értékkészlete 0 vagy 1 ). A moduláló jel jelen esetben a vivő jel fázisát változtatja. u PSK (t) = A * sin (2 * π * fp + φ) ahol az A a PSK jel amplitúdója, az f a vivő jel frekvenciája, a φ pedig a vivőjel pillanatnyi fázisa (φ 0 vagy φ 1... φ n ).

118 Többszintű fázis billentyűzés (QPSK) 118 PSK egyfrekvenciás hordozó 2 n fázishelyzetbe kódolják. Pl.: n=2 8 fázisú jellel 3 bit kódolható bit értékpárjai 4 fázisú PSK Jel és zaj elválasztása 8 fázisú PSK esetén Tovább nem növelhető így, mert nehéz a fázishelyzetek megállapítása a zaj miatt. Referencia jel szükséges, amihez a pillanatnyi fázishelyzetet viszonyítják.

119 Többszintű fázis billentyűzés (QPSK) 119 Scatter plot Zajos csatornán továbbított jel konstellációs ábrája Quadrature Quadrature In-Phase In-Phase

120 Digitális modulációk 120 QAM (quadratura amplitudo modulation) A PSK továbbfejlesztésének tekinthető, bár a jel előállítása és detektálása eltérően történik. 16 állapotú QAM: Fázis és amplitúdó is változik

121 121 Digitális modulációk

122 QAM

123 123 DVB-C beállítása

124 124 A jelátvitel fizikai közegei

125 Történelem 125 A hálózatok fejlődésének kezdetén különféle célorientált hálózatok jöttek létre: távközlő hálózatok műsorelosztó hálózatok adathálózatok Fejlődés integrált hálózatok létrejötte Megvalósult: eszközök szintjén hálózatok szintjén

126 126

127 127 T M A

128 128 Az átviteli rendszer tervezésekor a legfontosabb szempontok a kívánt adatátviteli sebesség elérése megfelelő távolság áthidalása reflexiómentesség (visszaverődés nélküli rendszer) Minden esetben igyekszünk a reflexió mértékét az egész átviteli frekvenciasávban a lehető legalacsonyabban tartani

129 129 A jelátvitel fizikai közegei

130 130 A telekommunikáció elektromágneses spektruma Frekvencia (Hertz) ELF VF VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF Energia, telefon Rádió Forgó generátorok Rádió, televízió Telefon Elektroncsövek Zenei Integrált áramkörök berendezések Mikrofonok Csavart érpár Koaxiális kábel Mikrohullám Radar Mikrohullámú antennák Magnetronok Infravörös Lézerek Irányított rakéták Látható fény Optikai szál AM rádió FM rádió és TV Földi és műholdas mikrohullámú átvitel

131 131 Réz alapú kábelek

132 Rézalapú kábelek előnyei 132 Egyszerűbb szerelési technológia Alacsonyabb telepítési költségek Olcsó aktív eszközök Szennyeződésre kevésbé érzékeny csatlakozások Helyes telepítés után megbízható, sokoldalú, költséghatékony

133 Rézalapú kábelek hátrányai 133 Elektrosztatikus zavarokra érzékeny Mechanikai sérülésekre érzékeny A telepített infrastruktúra gátolhatja a jövőbeni fejlesztési törekvéseinket Hosszú telepítési idő Legnagyobb sebességek csak optimális feltételek mellett érhetők el

134 Vezetékes átvitel koaxiális kábelen 134 Elektromosan árnyékolt, kevésbé érzékeny az elektromos zajokra Alapsávú 10Base2 50 ohm, Mbps, 200 m 10Base5 75 ohm, Mbps, 500 m Széles sávú Kábel TV, 75 ohm, digitális átvitelnél 150 Mbps egy kábelen több csatorna, többféle kommunikáció Számítástechnikában ma már új hálózatok építésénél nem alkalmazzák!

135 135 Vezetékes átvitel koaxiális kábelen

136 Vezetékes átvitel koaxiális kábelen 136 Homogén hullámimpedancia Egyszerű meghajtó/vevő áramkör Mechanikai sérülésekre érzékeny (pl. megtörés Z 0 megváltozik)

137 Koaxiális kábelek típusai 137 RG 6 szélessávú TV-s átvitel RG 8, RG 11, RG 58 vékony ethernet RG 58/V a központi ér szilárd részből RG 58 A/V a központi ér fonott részből RG 59 szélessávú TV-s átvitel RG 59 szélessávú 75 Ω 50Ω 50Ω 50Ω 75 Ω 50 Ω

138 138 Koaxiális kábelek típusai

139 139 Koaxiális kábel csatlakozók

140 140 Csavart érpáras átviteli közeg (TP Twisted Pair) A zavarvédelmet az érpárok összecsavarása jelenti, valamint a szimmetrikus meghajtás UTP Unshilded Twisted Pair Árnyékolatlan csavart érpár

141 141 Csavart érpáras átviteli közeg (TP Twisted Pair) CAT - A rendszer komponensek elektronika jellemzőit meghatározó osztályrendszer. A nagyobb kategória jobb jellemzőket jelent CAT 1 - hang átvitel, telefon CAT 2-4 Mbps CAT 3-10 Mbps (10BaseT Ethernet) CAT 4 20 Mbps CAT Mbps (100BaseT - Fast Ethernet) CAT 5E - 1 Gbps (1000BaseT - Gigabit Ethernet) CAT 6 1 Gbps nagyobb távolságra, kisebb távolságban 10 Gbps CAT 6a - 100m-ig 10 Gbps CAT Gbps, 70 méterig (1200mhz)

142 142

143 143 Csavart érpáras átviteli közeg (STP Shilded Twisted Pair) A zavarvédelmet az árnyékolás és az érpárok összecsavarása jelenti. STP Shilded Twisted Pair (Árnyékolt csavart érpár)

144 144

145 145 Kábel csatlakozások, csatlakozók

146 Kábelek fizikai osztályozása 146 Fali (Solid) kábel Fix telepítésre tervezték Rézvezetők tömörek Merev szerkezetű Sokkal jobb elektronikai paraméterek A teljes csatornában maximum 100m hosszban telepíthető

147 Kábelek fizikai osztályozása 147 Patch (Strainded) kábel Mobil használatra Jobban ellenáll a hajlító igénybevételnek Rézvezetők elemi szálakból sodrottak Gyakori csatlakoztatásra kifejlesztett elemek Puhább, könnyebb Maximum 10m hosszan telepíthető a csatornába

148 148 Üvegszál alapú kábelek

149 Üvegszál alapú kábelek előnyei 149 Magas fokú zavarvédettség Óriási távolságok hidalhatók át Elérhető legmagasabb átviteli sebesség Jövőálló Magas végpont sűrűségben telepíthető Csekély fizikai méret és súly

150 Üvegszál alapú kábelek hátrányai 150 Drága aktív és passzív elemek Drága telepítés A belső vezetőszál érzékeny a fizikai behatásokra A csatlakozás érzékeny a szennyeződésekre

151 Optikai kábel ötlete 151 A folyadéksugár csapdába ejti a fényt! Ez volt az alapötlet, ami az optikai szál technikai alkalmazásához vezetett.

152 152

153 Optikai kábel ötlete 153 Az optikai szál egy olyan hengeres, szigetelt, könnyen hajlítható szál, amely fényt továbbít az üvegmag belsejében, a teljes fényvisszaverődés elve alapján Ahhoz, hogy az optikai jel teljes fényvisszaverődéssel a magban terjedjen tovább, a mag törésmutatójának nagyobbnak kell lennie, mint a héjnak

154 154 Optikai kábel szerkezete

155 Kábel típusok 155 SM (Single Mode) 9 mikron mag Hosszú távolságok áthidalására (max 100 km) MM (Multi Mode) 50 mikron mag Rövidebb távolságok áthidalására (max 550 m)

156 Optikai szál gyártása 156 előforma készítése szál szerkezetének előállítása külső kémiai gőzlecsapatás belső kémiai gőzlecsapatás növesztéses eljárás szálhúzás szál átmérő primer védelem (esetleg festés) kábelgyártás több szál összefogása különböző védelmek kialakítása

157 Előforma készítése 157 Belső kémiai gőzlecsapatás tisztítás hordozócső készítés mag növesztése (lecsapatása) zsugorítás

158 Szálhúzás 158 Preform Grafit kemence Vezérlő egység Primer védelem Hűtőfolyadék Száldetektor Csévélő dob Feszítő dob

159 159

160 Kábelgyártás 160 Dobok a szálakkal SZ sodrat Vazelin Vezérlő egység Pászma növesztése Pászma átmérő detektor

161 LAN optikai kábelek fajtái Single 2. Zipcord 3. Tight-buffered 4. Unitube glass armoured 5. Unitube standard with spl 6. Multitube glass armoured

162 162 Optikai kábel csatlakozók

163 163 Strukturált kábelezés

164 164 Épületek összekötése

165 165 Függőleges kábelezés

166 166 Vízszintes kábelezés

167 167 Szerelési szabályok

168 168

169 169 Vezeték nélküli átvitel

170 Optikai átvitel - Lézer átvitel 170 pont-pont közötti adatátvitel, láthatóság átvitel lézerrel néhány km távolság sávszélesség akár 2500Mbit/s időjárási viszonyok zavarják (sűrű eső, hó, köd, légköri szennyeződés)

171 Optikai átvitel - Infra átvitel 171 pont-pont közötti adatátvitel, láthatóság infravörös tartomány kis távolság sávszélesség 9,6 kbps - 4 Mbps nincs más eszköztől származó zavarás nincs szükség speciális adatvédelemre

172 Vezeték nélküli hálózatok 172 WLAN chipset gyártások alakulása (millió darab)

173 173 Mobile eszközök napjainkban

174 Mi az a WLAN? 174 A WLAN az angol Wireless Local Area Network szó rövidítése, melynek jelentése vezeték nélküli helyi hálózat, amit leginkább a vezeték nélküli hálózat, WiFi és a WLAN névvel illetnek. A WLAN működése hasonló a LAN hálózatokéhoz, csak a jelek más közegben terjednek. Míg a LAN vezetéket használ (hálózati kábel), addig a WLAN a levegőben továbbítja az információt.

175 A WLAN előnyei 175 Nincs szükség kábelezésre Az internetkapcsolatot meg lehet osztani Mobil eszközök kényelmes használata Egyszerűen telepíthető

176 A WLAN hátrányai 176 A rádiójeleket nem állítja meg a fal Illetéktelenek rácsatlakozhatnak hálózatunkra

177 177 Vezeték nélküli adatátvitel IEEE

178 178

179 WLAN frekvenciasávok 179 Rendszerint állami és nemzetközi szabályozás Mikrohullám ISM Industrial, Scientific and Medical 2.4 GHz (λ 12 cm) engedély általában nem szükséges sok zavaró jel DECT, mikrohullámú sütő, játékok, stb.

180 WLAN frekvenciasávok 180 U-NII Unlicensed National Information Infrastructure 5 GHz (λ 6 cm) kevés zavaró jel

181 181 WLAN frekvenciasávok

182 Forrás 182 Lukács-Mágel-Wührl: Híradástechnika I. (prezentáció) Lukács-Wührl: Híradástechnika I. (könyv) Pletl Szilveszter-Magyar Attila: Jelek és rendszerek példatár Távközlő hálózatok és informatikai szolgáltatások online könyv ANTAL Margit: Jelfeldolgozas - 5. előadás (2007)