HÍRKÖZLÉSTECHNIKA. 1.ea. Dr.Varga Péter János

Hasonló dokumentumok
Híradástechnika I. 1.ea

Híradástechnika I. 1.ea

Híradástechnika I. 2.ea

Hírközléstechnika 2.ea

HÍRADÁSTECHNIKA I. Dr.Varga Péter János

HÍRKÖZLÉSTECHNIKA. 2.ea. Dr.Varga Péter János

Dr.Varga Péter János HÍRADÁSTECHNIKA. 1.ea

HÍRADÁSTECHNIKA I. Dr.Varga Péter János

π π A vivőhullám jelalakja (2. ábra) A vivőhullám periódusideje T amplitudója A az impulzus szélessége szögfokban 2p. 2p [ ]

Elektronika Előadás. Modulátorok, demodulátorok, lock-in erősítők

5. témakör. Szögmodulációk: Fázis és frekvenciamoduláció FM modulátorok, demodulátorok

Jelek és rendszerek 1. 10/9/2011 Dr. Buchman Attila Informatikai Rendszerek és Hálózatok Tanszék

Informatikai eszközök fizikai alapjai Lovász Béla

Mintavételezés és AD átalakítók

NEPTUN-kód: KHTIA21TNC

Digitális jelfeldolgozás

2. gyakorlat Mintavételezés, kvantálás

Ellenőrző kérdések a Jelanalízis és Jelfeldolgozás témakörökhöz

Analóg-digitális átalakítás. Rencz Márta/ Ress S. Elektronikus Eszközök Tanszék

Választható önálló LabView feladatok 2013 A zárójelben szereplő számok azt jelentik, hogy hány főnek lett kiírva a feladat

Kommunikációs hálózatok 2 Analóg és digitális beszédátvitel

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 6. A MINTAVÉTELI TÖRVÉNY

2. Az emberi hallásról

Kommunikációs hálózatok 2 Analóg és digitális beszédátvitel

Híradástechikai jelfeldolgozás

DIGITÁLIS KOMMUNIKÁCIÓ Oktató áramkörök

2. Elméleti összefoglaló

Digitális mérőműszerek. Kaltenecker Zsolt Hiradástechnikai Villamosmérnök Szinusz Hullám Bt.

A fázismoduláció és frekvenciamoduláció közötti különbség

Távközlő hálózatok és szolgáltatások Távközlő rendszerek áttekintése

Orvosi Fizika és Statisztika

JELEK ALAPSÁVI LEÍRÁSA. MODULÁCIÓK. A CSATORNA LEÍRÁSA, TULAJDONSÁGAI.

Mérés és adatgyűjtés

Az Informatika Elméleti Alapjai

Választható önálló LabView feladatok A zárójelben szereplő számok azt jelentik, hogy hány főnek lett kiírva a feladat

Digitális modulációk vizsgálata WinIQSIM programmal

Hangtechnika. Médiatechnológus asszisztens

X. ANALÓG JELEK ILLESZTÉSE DIGITÁLIS ESZKÖZÖKHÖZ

Informatika Rendszerek Alapjai

9. Modulátorok. Losonczi Lajos - Analóg áramkörök kurzus - Sapientia Tudományegyetem Marosvásárhely 9-1

Választható önálló LabView feladatok 2017

Analóg digitális átalakítók ELEKTRONIKA_2

Elektronika Előadás. Digitális-analóg és analóg-digitális átalakítók

ANTAL Margit. Sapientia - Erdélyi Magyar Tudományegyetem. Jelfeldolgozás. ANTAL Margit. Adminisztratív. Bevezetés. Matematikai alapismeretek.

JELEK ALAPSÁVI LEÍRÁSA. MODULÁCIÓK. A CSATORNA LEÍRÁSA, május 19., Budapest

INFOKOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK MENEDZSMENTJE

Digitális mérőműszerek

2011. május 19., Budapest UWB ÁTTEKINTÉS

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Fourier-sorfejtés vizsgálata Négyszögjel sorfejtése, átviteli vizsgálata

Négyszög - Háromszög Oszcillátor Mérése Mérési Útmutató

Modulációk vizsgálata

Informatika Rendszerek Alapjai

Zaj- és rezgés. Törvényszerűségek

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 3. MÉRÉSFELDOLGOZÁS

Kvantálási torzítás mérése PCM A karakterisztika

A PC vagyis a személyi számítógép

Digitális jelfeldolgozás

OFDM-jelek előállítása, tulajdonságai és méréstechnikája

Fourier térbeli analízis, inverz probléma. Orvosi képdiagnosztika 5-7. ea ősz

1. témakör. A hírközlés célja, általános modellje A jelek osztályozása Periodikus jelek leírása időtartományban

Alapvető Radar Mérések LeCroy oszcilloszkópokkal Radar impulzusok demodulálása és mérése

A hang mint mechanikai hullám

Távközlő hálózatok és szolgáltatások Távközlő rendszerek áttekintése

Értékelés Összesen: 100 pont 100% = 100 pont A VIZSGAFELADAT MEGOLDÁSÁRA JAVASOLT %-OS EREDMÉNY: EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA 15%.

Bevezetés a méréstechnikába és jelfeldolgozásba 7. mérés RC tag Bartha András, Dobránszky Márk

Nagyfrekvenciás rendszerek elektronikája házi feladat

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 0. TANTÁRGY ISMERTETŐ

3.18. DIGITÁLIS JELFELDOLGOZÁS

Valószínűségi változók. Várható érték és szórás

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

Távközlő hálózatok és szolgáltatások IP hálózatok elérése távközlő és kábel-tv hálózatokon

I. A DIGITÁLIS ÁRAMKÖRÖK ELMÉLETI ALAPJAI

Wavelet transzformáció

1. A hang, mint akusztikus jel

Iványi László ARM programozás. Szabó Béla 6. Óra ADC és DAC elmélete és használata

6. témakör. Mintavételezés elve Digitális jelfeldolgozás (DSP) alapjai

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

ADAT- ÉS INFORMÁCIÓFELDOLGOZÁS

Audiofrekvenciás jel továbbítása optikai úton

BME Mobil Innovációs Központ

Mechanikai hullámok. Hullámhegyek és hullámvölgyek alakulnak ki.

Villamos jelek mintavételezése, feldolgozása. LabVIEW előadás

A/D és D/A átalakítók gyakorlat

Mérés és adatgyűjtés

Széchenyi István Egyetem Távközlési Tanszék Szám: L103 Mérési útmutató

Csomagok dróton, üvegen, éterben. Szent István Gimnázium, Budapest Tudományos nap Papp Jenő 2014 április 4

Az irányítástechnika alapfogalmai

Az irányítástechnika alapfogalmai Irányítástechnika MI BSc 1

4. gyakorlat: Analóg modulációs eljárások

ELEKTROMÁGNESES REZGÉSEK. a 11. B-nek

A mintavételezéses mérések alapjai

Beszédinformációs rendszerek 5. gyakorlat Mintavételezés, kvantálás, beszédkódolás. Csapó Tamás Gábor

Rezgés, Hullámok. Rezgés, oszcilláció. Harmonikus rezgő mozgás jellemzői

Objektív beszédminősítés

Akusztikus MEMS szenzor vizsgálata. Sós Bence JB2BP7

A rezgőkörben ilyen elektromágneses tér jön létre. A zárt rezgőkörben (2. ábra) az erőterek szóródása, így kisugárzása kicsiny. 2.

Jel, adat, információ

Villamos jelek mintavételezése, feldolgozása. LabVIEW 7.1

Gingl Zoltán, Szeged, :14 Elektronika - Alapok

Átírás:

HÍRKÖZLÉSTECHNIKA 1.ea Dr.Varga Péter János

Elérhetőségek 2 Dr.Varga Péter János e-mail: varga.peter@kvk.uni-obuda.hu Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar Híradástechnika Intézet Telefon: +36 (1) 666-5140 Cím: 1084 Budapest, Tavaszmező u. 17. C ép. 508 WEB: www.vpj.hu

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: http://regi.hte.hu/online_konyv

Számonkérés 4 Követelmény típus: Vizsga Osztályzatok - 60% : 1 61-70%: 2 71-80%: 3 81-90%: 4 91-100%: 5

Számonkérés 5 Utolsó alkalommal ZH Vizsgaidőszakban 3 vizsgaalkalom

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%

8

9

10

11

12

A fejlődés legfontosabb fejezetei 13 A felfedezés időpontja Telefon 1876 Rádióhullámok 1887-1907 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 A fejlődés képekben

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 1920-28 Amstrong (FM) 1936, Reekes (PCM) 1937 Foster 1924, Cauer 1926-44 Brune 1931, Darlington 1939 Rice, Wiener, Kotelnikov 1944-47 Shannon, Hamming 1948-50 Cooley és Tukey (FFT) 1965

Kiemelkedő magyar alkotók 18 a híradástechnikában Alkotók Puskás Tivadar (1844-1893) Pollák Antal (1865-1943) Virág József (1870-1901) Békésy György (1899-1972) Neumann János (1903-1957) Bay Zoltán (1900-1992) Gábor Dénes (1900-1972) Kozma László (1902-1983) Rényi Alfréd (1921-1970) 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

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

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.

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

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

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

Emberi érzékelés 25 Hallás Látás

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

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

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

Emberi hallás 30 Hallásküszöb és fájdalomküszöb I db = 10 log I[ W m 2] I 0 [ W m 2] I 0 = 10 12 [ W m 2]

Emberi hallás 31 Hangosság szintek (Fletchner-Munson a Phon görbék)

32 Hallás és a zaj

33 Hallás és az elfedési jelenség

34 A látás A szem

Az emberi látás 35 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

36 A szem felépítése

37

Fénytechnikai alapok 38 Láthatósági függvény Szín Ibolya Kék Zöld Sárga Narancs Vörös Hullámhossz 380-420 nm 420-490 nm 490-575 nm 575-585 nm 585-650 nm 650-750 nm

39 A jelek

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

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

A jel értékkészlete szerint 42 Folytonos a jel, ha tetszés szerinti értéket vehet fel és értékkészlete folytonos, vagyis egy összefüggő tartomány. 1 0.5 0-0.5-1 -20-15 -10-5 0 5 10 15 20

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).

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.

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 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.

Az érték meghatározottsága szerint 47 Determinisztikus a jel, ha értéke meghatározott időfüggvénnyel egyértelműen megadható, elegendő pontossággal lehet mérni, és megismételhető folyamatot hoz létre. T T t t 1 t 2 t 3

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 Jelek értelmezési tartománya és értékkészlete

50 Jelek grafikus ábrázolása

Ki volt Fourier? 51 Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830) matematikus es fizikus A Hő terjedését tanulmányozta 1807-ben írt dolgozatában a hő eloszlását szinuszokkal próbálta közelíteni A dolgozat bírálói: J. L. Lagrange (1836-1813) és P. S. Laplace (1749-1827) A dolgozatot Lagrange kérésére visszautasították 15 évvel később, Lagrange halála után, kiadták a dolgozatot

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

Sávhatárolt jel 53 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. spektrum f sávhatárolt f 1 f 2 f

Legfontosabb jelek és spektruma 54 Szinuszos jel: f 1 T, 2 f 2 T Négyszög jel: A A 2 0 2 T T T t 0 3 0 5 0 C t 1 2 1 1 sin 0t sin 3 0t sin 5 0t... 2 3 5

Legfontosabb jelek és spektruma 55 Fűrészjel: C t 1 1 1 1 sin 0t sin 2 0t sin 3 0t... 2 2 3 C(t) f Szinuszos jel kétutas egyenírányítás után: C(t) 2 2 0 0 3 0 f C t 2 4 1 1 1 sin 0t sin 2 0t sin 3 0t... 1 3 3 5 5 7

Legfontosabb jelek és spektruma 56 Szinuszos jel egyutas egyenirányítás után C(t) 3 0 4 0 0 2 0 f C t 1 1 2 2 1 1 sin t sin 2 0t sin 4 0 1 3 3 5 0 t... t

57 Spektrum fontossága

A kommunikációban használt 58 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

A kommunikációban használt 59 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.

A kommunikációban használt 60 fontosabb fogalmak A decibel-skála A csillapítást decibelben szokás megadni. A decibelskála két teljesítmény arányának (P 1 /P 2 ) logaritmikus skálán való kifejezése

61 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.

A hírközlés célja, modellje 62 Üzenet Hír Jel Jel Hír Üzenet Információ forrása Kódoló Adó Kommunikációs csatorna Vevő Dekódoló Információ felhasználása Zaj

63 Modulációk

Mi a moduláció? 64 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

Miért van szükség modulációra? 65 hullámokat megfelelő hatásfokkal sugározhassuk ha minden adó ugyanazon a frekvencián sugározna, az eredmény az lenne, mintha több száz ember beszélne egyszerre, ugyanabba a teremben

Mi az eszköze? 66 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

A moduláció fajtái 67 Két alapvető fajtát használunk: analóg moduláció digitális moduláció Forrás s m (t) Modulátor f v s(t) Csatorna N 0 n(t) Zaj r(t) Demodulátor 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 s d (t) Nyelő

Analóg - Amplitúdómoduláció 68 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 ( t) m( t)cos( t) 3 2 U +U v m v 1 U v 0-1 -2-3 0 200 400 600 800 1000 1200

Szögmodulációk 69 Szögmoduláción olyan modulációs eljárásokat értünk, amelyeknél a szinuszos vivő fázisa hordozza az információt, amplitúdója konstans 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.

Frekvenciamoduláció 70 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 = Δf v / f m A maximális löket: B FM = ±Δf

71 Frekvenciamoduláció

72 FM adó DIY

73 FM az autóban

74 Digitális jelek előállítása

Digitális modulációk 75 A digitális moduláció célja a lehető legtöbb információ átvitele a legkisebb sávszélesség felhasználásával, a legkisebb hibavalószínűséggel. Ellentétben az analóg modulációs eljárásokkal, itt nem feltétel a jelek alakhű átvitele, a digitális üzenet hibaaránya minősíti az átviteli rendszert.

Digitális jelek előállítása 76 Első lépés: Mintavételezés Az időben folytonos analóg jelet, időben diszkrétté tesszük. Előáll a Pulzus Amplitúdó Modulált (PAM) jel. X(t) t Tm Mintavételezési frekvencia: f m 1 T m

77 Digitális jelek előállítása

Digitális jelek előállítása 78 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.

Digitális jelek előállítása 79 Az f m 2 f max teljesülését Shannon mintavételi tételének, vagy Nyquist kritériumnak szoktuk nevezni. Shannon mintavételi tétel betartása esetén a jel mintákból az analóg jel veszteségmentesen reprodukálható!

Digitális jelek előállítása 80 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

Digitális jelek előállítása 81 Sávkorlátozás: A sávkorlátozás szűréssel történik (általában aluláteresztő szűrő alkalmazásával). Analóg jel Sávkorlátozott Analóg jel Mintavételező áramkör PAM f m

Digitális jelek előállítása 82 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.

Digitális jelek előállítása 83 Aliasing jelenség (vizsgálata a frekvencia tartományban) X Ha az alapsávi jelben előforduló maximális frekvencia nagyobb mint a Nyquist frekvencia, akkor az alsó oldalsáv és az alapsáv átlapolódik. X Alapsávi jel spektruma Nyquist frekvencia Alapsávi jel spektruma Alsó oldalsáv f m Alsó oldalsáv Felső oldalsáv Felső oldalsáv f Átlapolódó spektrum f m f

84

Digitális jelek előállítása 85 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

86 Digitális jelek előállítása Kvantálás és kódolás Példa: 0 mv 80 mv, bitek száma n=3, 2 n állapot Digitális szám Ábrázolt feszültség érték 000 0-10 mv 001 10-20 mv 010 20-30 mv 011 30-40 mv 100 40-50 mv 101 50-60 mv 110 60-70 mv 111 70-80 mv 33,5 mv Hiba: 1,5 mv

87 Digitális jelek előállítása Kvantálás és kódolás X(t) Ábrázolandó minták t A jel a továbbiakban csakis az ábrázolandó pontok halmazában lesz értelmezett, vagyis értékkészlete véges n bitszám esetén 2 n db érték értelmezhető

Digitális jelek előállítása 88 Kvantálás és kódolás X Kvantálás esetén minden mintára nagyságú zaj ül. Ha a kvantálást matematikai kerekítéssel végezzük, akkor: max két szomszédos min ta közti 2 Lépcsöfél távolság PAM minta t

89 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 tartományban) a rendszerben fehérzajként jelentkezik.

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

91 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

92 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. D A Helyreállító szűrő Analóg jel

93 Analóg jel visszaállítása a digitális jelből Helyreállító szűrő: Aluláteresztő szűrő Amplitúdó korrektor

Teljes digitális lánc 94 A D PCM Átviteli lánc PCM D A f m Tárolás Jelfeldolgozás Veszteség mentes Hibák, torzítások helyei: Sávkorlátozó szűrő (analóg) Kvantálási hiba [additív zaj] Helyreállító szűrő (analóg)

95 Digitális lánc és a zaj

96

Digitális modulációs technikák 97 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.

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

99 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 * * f + )

100 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 * * f p + ), ahol A az FSK jel amplitúdója, f p a vivő jel pillanatnyi frekvenciája (f 0 vagy f 1 ), pedig a vivőjel kezdőfázisa.

101 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 * * fp + ) ahol az A a PSK jel amplitúdója, az f a vivő jel frekvenciája, a pedig a vivőjel pillanatnyi fázisa ( 0 vagy 1... n ).

Többszintű fázis billentyűzés (QPSK) 102 PSK egyfrekvenciás hordozó 2 n fázishelyzetbe kódolják. Pl.: n=2 8 fázisú jellel 3 bit kódolható 00 01 10 11 2 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.

Többszintű fázis billentyűzés (QPSK) 103 Scatter plot 1 0.8 10 0.6 0.4 2 Zajos csatornán továbbított jel konstellációs ábrája Quadrature 0.2 0-0.2-0.4-0.6-0.8-1 01 11 00 Quadrature 1.5 1 0.5 0-0.5-1 -1-0.5 0 0.5 1 In-Phase -1.5-2 -2-1 0 1 2 In-Phase

Digitális modulációk 104 QAM (quadratura amplitudo modulation) A PSK továbbfejlesztésének tekinthető, bár a jel előállítása és detektálása eltérően történik. 16 állapotú QAM: Fázis és amplitúdó is változik

105 Digitális modulációk

106 4 1024 QAM

107 DVB-C beállítása

108 A jelátvitel fizikai közegei

Történelem 109 A hálózatok fejlődésének kezdetén különféle célorientált hálózatok jöttek létre: távközlő hálózatok műsorelosztó hálózatok adathálózatok Fejlődés integrált hálózatok létrejötte Megvalósult: eszközök szintjén hálózatok szintjén

110

111 T M A

112 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

113 A jelátvitel fizikai közegei

Forrás 114 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) Jákó András: Wireless LAN, BME EISzK Rick Graziani: Antennas, Cabrillo College Mohó László: Rádióhullámok és antennák Dér Balázs: Passzív hálózati elemek telepítése

Forrás 115 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)