Híradástechnika I. 1.ea

Híradástechnika Intézet

}

Híradástechnika I.

1.ea

Dr.Varga Péter János 2016


Elérhetőségek Dr.Varga Péter János E-mail: [email protected] Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar Híradástechnika Intézet Telefon: +36 (1) 666-5140

Cím: 1084 Budapest, Tavaszmező u. 17. C ép. 508. WEB: www.vpj.hu 2016

2


Ajánlott irodalom Tantárgy

Jegyzet

Szerzők

Híradástechnika I. (prezentáció)

2046

Lukács-Mágel-Wührl

OE KVK 2090

Lukács-Wührl

Híradástechnika I. (könyv)

HTE online könyve: Távközlő hálózatok és informatikai szolgáltatások Link: http://regi.hte.hu/online_konyv 2016

3


Számonkérés A félév során a Hallgatók két zárthelyit (ZH) írnak, melynek átlaga minimum 2,0, ez az aláírás feltétele. A 2,0 átlagot el nem érők pót ZH írásra kötelezettek, a pót ZH írás időpontja az utolsó oktatási héten van. Az igazolatlanul meg nem írt ZH eredménye 0. A félév során lehetőség van megajánlott vizsgajegy megszerzésére is (jeles, jó), melynek alapfeltétele az, hogy a két normál időpontban megírt ZH átlaga legalább 4,0. A vizsga a kiírt időpontokban (3 alkalom) írásban történik. 2016

4


Számonkérés 

A két ZH időpontjai: 6. oktatási hét előadás időpontjában 12. oktatási hét előadás időpontjában



Pót ZH:

14. oktatási hét

2016

5


2016

6


Hírközlő rendszerek Hírközlő rendszerek Távközlő hálózatok Műholdas hálózatok

Informatikai hálózatok

Mobiltelefon hálózatok

2016

Műsorszétosztó hálózatok Műsorelosztó hálózatok Technológiai hálózatok

7


2016

8


2016

9


2016

10


A fejlődés legfontosabb fejezetei 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 2016

Feltaláló(k) A.G. Bell 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

11


A fejlődés képekben

2016

12


2016


2016


A Híradástechnika elméleti alapjainak kialakulása Ismeret Hálózatelmélet Elektromágneses térelmélet Forgalomelmélet Jelátvitel, moduláció

Hálózatszintézis

Statisztikus hírközléselmélet Információelmélet és kódolás Jelfeldolgozás 2016

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

15


Kiemelkedő magyar alkotók a híradástechnikában

2016

16


2016

17


Témakörök 

Híradástechnika fogalma



Műholdas helymeghatározás



Emberi érzékelés



Jelátalakítók



Jelek és osztályozásuk



Műsorszórás



Modulációk



Távközlő hálózatok



Digitális jelek előállítása



Mobil távközlés



A jelátvitel fizikai közegei



Antennák

2016

18


Híradástechnika fogalma 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.

2016

19


A hírközlés célja, modellje

2016

20


A hírközlés célja, modellje 

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 2016

21


Mi lehet az üzenet ? 

Beszéd



Zene



Szöveg



Állókép



Mozgókép



Adat

2016

22


Emberi érzékelés 

Hallás



Látás



Tapintás



Ízlelés



Szaglás

2016

23


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

2016

24


Az emberi hallás mechanizmusa 

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

2016

25


2016

26


A hangjelenségek felosztása 

A hangjelenségek felosztása frekvencia alapján f

< 20 Hz

infrahang

1.

 20

Hz < f < 20 kHz

hallható hangok

 20

kHz < f < 100 MHz

ultrahang

 100

MHz < f

2.

hiperhang

1. 2.

2016

27


A hangot leíró fizikai mennyiségek 



2016

A leíró fizikai mennyiségek: 

hangnyomás: p [Pa] - egy pontra jellemző



𝑊 hangintenzitás: I [ 2 ] - egy felületre jellemző 𝑚



hangteljesítmény: P [W] - a hangforrásra jellemző

Szintek: 

hangnyomás-szint: 𝑝0 = 2·10−5 [𝑃𝑎]



hangintenzitás-szint: 𝐼0 = 10−12 [



hangteljesítmény-szint: 𝑃0 = 10−12 [𝑊]

𝑊 ] 𝑚2

28


Emberi hallás 

Hallásküszöb és fájdalomküszöb

𝑊 𝐼[ 2 ] 𝐼 𝑑𝑏 = 10 ∙ 𝑙𝑜𝑔 𝑚 𝑊 𝐼0 [ 2 ] 𝑚 𝐼0 =

2016

𝑊 −12 10 [ 2 ] 𝑚

29


Emberi hallás 

2016

Hangosság szintek (Fletchner-Munson a Phon görbék)

30


Hallásvizsgálat eredménye

2016

31


Hallás és a zaj

2016

32


Zajtérkép

http://terkep.budapest.hu/website/zajterkep4/viewer.htm?WIN=frame 2016

33


Hallás és az elfedési jelenség

2016

34


A látás – A szem

2016

35


Az emberi látás 

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

2016

36


A szem felépítése

2016

37


2016

38


Fénytechnikai alapok Láthatósági függvény

2016

Szín

Hullámhossz

Ibolya

380-420 nm

Kék

420-490 nm

Zöld

490-575 nm

Sárga

575-585 nm

Narancs

585-650 nm

Vörös

650-750 nm

39


Szem felbontóképessége Az emberi szem felbontóképessége egészséges emberek és normál fényviszonyok esetén 2 ívperc körüli érték. A szem színfelbontása sokkal rosszabb, mint fekete-fehér felbontása. A színes képpontokra vonatkozóan a felbontóképesség mindössze 8-10 ívperc. A szem felbontóképessége a tisztánlátás távolságában, vagyis kb. 25 cm-nél körülbelül 0,08 mm. 1 méter távolságból már csak két 0,3 mm-re levő pontot tud egymástól a szemünk megkülönböztetni. 10 méterről ez az érték 3 mm. 2016

40


A jelek

2016

41


Alapfogalmak 

A jel fogalma: A fizikai mennyiség olyan érteke vagy értékváltozása, amely egy egyértelműen hozzárendelt információt hordoz



A jel információtartalommal bír



Matematikai függvények

2016



x  Df : értelmezesi tartomány



y  Rf : értékkészlet

42


Jelek felosztása 

értékkészlet szerint



lefolyás szerint



az információ megjelenési formája szerint



az érték meghatározottsága szerint

2016

43


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

2016

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

44


A jel értékkészlete szerint 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).

2016

45


Lefolyás szerint 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”.

2016

46


Lefolyás szerint A jelek valós matematikai függvények, de néhány rajtuk végzett transzformáció hatására komplex változóként jelentkezhetnek. Ilyen például a forgóvektorok ábrázolása amplitúdójukkal és fázisukkal.

- komplex kifejezés - a forgás szögsebessége - a forgó vektor amplitúdója - a fázisszög 2016

47


Lefolyás szerint 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”.

2016

48


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.

2016

49


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

T t1 2016

T t2

t t3 50


Az érték meghatározottsága szerint 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.

2016

51


Jelek értelmezési tartománya és értékkészlete

2016

52


Jelek grafikus ábrázolása

2016

53


Ki volt Fourier? 

Jean Baptiste Joseph Fourier (17681830) matematikus és 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 (17491827)



A dolgozatot Lagrange kérésére visszautasították



15 évvel később, Lagrange halála után, kiadták a dolgozatot

2016

54


A Fourier transzformáció célja 

Áttranszformálni a függvényt IDŐ tartományból FREKVENCIA tartományba;



Frekvencia tartományban sokszor egyszerűbb eszközökkel oldható meg egy mérnöki számítás, illetve könnyebben értelmezhető az adott feladat.

2016

55


Fourier transzformáció fajtái 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

2016

56


Fourier sorfejtés 

Periodikus, folytonos jelekre alkalmazhatjuk;



Periodikus jelek spektruma harmonikusakat tartalmaz a spektrumkép vonalas;



Az alapharmonikust, amely a periodikus jel periódus idejének reciprokával megegyező frekvencia, alapfrekvenciának nevezzük Jelölése: f0



A spektrum csak az alapfrekvancia és annak egész számú többszöröseinek megfelelő frekvenciákat (felharmonikusait) tartalmazza: f0, 2f0, 3f0, …

2016

57


Jelek spektrális felbontása

2016

58


2016

59


Sávhatárolt jel 

x(t) sávhatárolt f1
f

sávhatárolt f1 2016

f2

f 60


Legfontosabb jelek és spektruma

Szinuszos jel:





f

1 2 ,   2f  T T

Négyszög jel: A

A

T

T

C t   2016

t

2 0  T

2

0

30

50



1 2 1 1    sin 0t  sin 30t  sin 50t  ... 2  3 5  61



1 1 1 1  C t     sin 0t  sin 20t  sin 30t  ... 2  2 3 

Fűrészjel:

C(t)

f

Szinuszos jel kétutas egyenírányítás után: C(t) 2 

C t  

2016

2





20 0 3 0

f  4 1 1 1 sin  t  sin 2  t  sin 3  t  0 0 0  ...    1 3 35 57 

62



Szinuszos jel egyutas egyenirányítás után C(t) 30 40 020 f

C t  

1 2 1 1   sin 0t   sin 20t  sin 40t  ...  2   1 3 35  1

t

2016



63


Spektrum ábra példa

2016

64


Forrás 

Lukács-Mágel-Wührl: Híradástechnika I. (prezentáció)



Lukács-Wührl: Híradástechnika I. (könyv)

2016

65

Híradástechnika I. 1.ea

Recommend Documents