Híradástechnika Intézet
}
Híradástechnika I.
1.ea
Dr.Varga Péter János 2016
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
Számonkérés
A két ZH időpontjai: 6. oktatási hét előadás időpontjában 12. oktatási hét előadás időpontjában
Pót ZH:
14. oktatási hét
2016
5
Híradástechnika Intézet
2016
6
Híradástechnika Intézet
Hírközlő rendszerek Hírközlő rendszerek Távközlő hálózatok Műholdas hálózatok
Informatikai hálózatok
Mobiltelefon hálózatok
2016
Műsorszétosztó hálózatok Műsorelosztó hálózatok Technológiai hálózatok
7
Híradástechnika Intézet
2016
8
Híradástechnika Intézet
2016
9
Híradástechnika Intézet
2016
10
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
A fejlődés képekben
2016
12
Híradástechnika Intézet
2016
Híradástechnika Intézet
2016
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
Kiemelkedő magyar alkotók a híradástechnikában
2016
16
Híradástechnika Intézet
2016
17
Híradástechnika Intézet
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 Intézet
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
Híradástechnika Intézet
A hírközlés célja, modellje
2016
20
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
Mi lehet az üzenet ?
Beszéd
Zene
Szöveg
Állókép
Mozgókép
Adat
2016
22
Híradástechnika Intézet
Emberi érzékelés
Hallás
Látás
Tapintás
Ízlelés
Szaglás
2016
23
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
2016
26
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
Emberi hallás
2016
Hangosság szintek (Fletchner-Munson a Phon görbék)
30
Híradástechnika Intézet
Hallásvizsgálat eredménye
2016
31
Híradástechnika Intézet
Hallás és a zaj
2016
32
Híradástechnika Intézet
Zajtérkép
http://terkep.budapest.hu/website/zajterkep4/viewer.htm?WIN=frame 2016
33
Híradástechnika Intézet
Hallás és az elfedési jelenség
2016
34
Híradástechnika Intézet
A látás – A szem
2016
35
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
A szem felépítése
2016
37
Híradástechnika Intézet
2016
38
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
A jelek
2016
41
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
Jelek felosztása
értékkészlet szerint
lefolyás szerint
az információ megjelenési formája szerint
az érték meghatározottsága szerint
2016
43
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
Jelek értelmezési tartománya és értékkészlete
2016
52
Híradástechnika Intézet
Jelek grafikus ábrázolása
2016
53
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
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
Híradástechnika Intézet
Jelek spektrális felbontása
2016
58
Híradástechnika Intézet
2016
59
Híradástechnika Intézet
Sávhatárolt jel
x(t) sávhatárolt f1
f
sávhatárolt f1 2016
f2
f 60
Híradástechnika Intézet
Legfontosabb jelek és spektruma
Szinuszos jel:
f
1 2 , 2f T T
Négyszög jel: A
A
T
T
C t 2016
t
2 0 T
2
0
30
50
1 2 1 1 sin 0t sin 30t sin 50t ... 2 3 5 61
Híradástechnika Intézet
Legfontosabb jelek és spektruma
1 1 1 1 C t sin 0t sin 20t sin 30t ... 2 2 3
Fűrészjel:
C(t)
f
Szinuszos jel kétutas egyenírányítás után: C(t) 2
C t
2016
2
20 0 3 0
f 4 1 1 1 sin t sin 2 t sin 3 t 0 0 0 ... 1 3 35 57
62
Híradástechnika Intézet
Legfontosabb jelek és spektruma
Szinuszos jel egyutas egyenirányítás után C(t) 30 40 020 f
C t
1 2 1 1 sin 0t sin 20t sin 40t ... 2 1 3 35 1
t
2016
63
Híradástechnika Intézet
Spektrum ábra példa
2016
64
Híradástechnika Intézet
Forrás
Lukács-Mágel-Wührl: Híradástechnika I. (prezentáció)
Lukács-Wührl: Híradástechnika I. (könyv)
2016
65