Hírközléstechnika 2.ea

Híradástechnika Intézet

}

Hírközléstechnika

2.ea

Dr.Varga Péter János 2017


Modulációk

2017

2


Miért van szükség modulációra? 

hullámokat megfelelő hatásfokkal sugározhassuk



ha minden adó ugyanazon a frekvencián sugározna, az eredmény az lenne, mintha több száz ember beszélne egyszerre, ugyanabba a teremben

2017

3


Miért van szükség modulációra? 

több felhasználó közötti megosztás (többszörös hozzáférés)



az átviendő jel és a közvetítő közeg fizikai jellemzőinek összeegyeztetése

2017

4


Mi a moduláció? 

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

2017

5


Mi az eszköze?

2017



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 6


A modulációval szemben a következő követelményeket támasztják 

egyszerűség (kis veszteség, kis szóródás), a jel elektromágneses hullámként való továbbítása



multiplexálhatóság, egy adott átviteli közegen keresztül több jelfolyam is átvihető legyen egy időben



a vevő oldalon könnyen kezelhető legyen

2017

7


A moduláció fajtái  Két

alapvető fajtát használunk:

 analóg

moduláció

 digitális

moduláció

Forrás

Modulátor

sm(t)

fv

s(t)

Demodulátor

Csatorna N0 n(t)

r(t)

Nyelő sd(t)

Zaj sm(t) – moduláló jel (információ) fv – vivőfrekvencia s(t) – modulált jel r(t) – modulált jel és a csatorna zaja sd(t) – demodulált jel 2017

8


Modulációs technikák 

Analóg modulációs technikák  amplitúdómoduláció 

(AM)

egy oldalsávos moduláció (SSB, vagy SSBAM), módosított változata az egy oldalsávos,

elnyomott vivőjű moduláció (SSB-SC)  szögmoduláció

2017



fázismoduláció (PM)



frekvenciamoduláció (FM) 9


A vezeték nélküli átvitel blokkvázlata

2017

10


Analóg moduláció 

Az analóg moduláció esetén a vivőjel változása folyamatos, és a vivőjel valamilyen jellemzőjének folyamatos megváltoztatásával történik az információ(k) továbbítása



Általában a modulációval szemben a következő követelményeket támasztják:



A vivőjel általában nagyfrekvenciájú elektromágneses hullám

2017

11


Amplitúdómoduláció 

Az elnevezés is utal arra, hogy ezeknél az eljárásoknál az amplitúdó hordozza az információt



A modulált jel fAM(t) pillanatnyi amplitúdója a moduláló jel m(t) pillanatnyi értékétől függ

f AM (t )  m(t ) cos(v t ) 3

Uv+Um

2

Uv

1 0 -1 -2 -3

2017

0

200

400

600

800

1000

1200

12


AM összefoglalás 

Viszonylag kis sávszélességet igénylő eljárás



Zajjal szembe nem vagy csak alig mutat védettséget



Lineáris torzításra érzékeny

2017

13


Szögmodulációk 

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.

2017

14


Frekvenciamoduláció

2017

15


FM összefoglalás 

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

2017

16


FM adó DIY

2017

17


FM az autóban

2017

18


Digitális jelek előállítása

2017

19


Digitális modulációk 

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.

2017

20


Digitális jelek előállítása Analóg jel: 

Időben folytonos



Halmazon folytonos

Vagyis az analóg jel értelmezési tartománya (ÉT) és értékkészlete (ÉK) időben történő reprezentáció esetén folytonos.

2017

21


Digitális jelek előállítása Analóg jelek a: - tárolás - feldolgozás - továbbítás esetén sérülnek, torzulnak. Cél: Olyan reprezentációs forma kialakítása, mely a fenti hátrányokat: - megszünteti - kézben tartja 2017

22



Mintavételezési frekvencia: 2017

23



2017

24


Digitális jelek előállítása 

Mintavételezési frekvencia Veszteségmentes jel visszaállítás, a jel mintákból akkor lehetséges, ha

fm ≥ 2fmax feltétel teljesül. Vagyis a mintavételi frekvencia nagyobb vagy egyenlő mint az analóg jelben előforduló legnagyobb frekvenciájú komponens (fmax) kétszerese. 2017

25


Digitális jelek előállítása Az fm ≥ 2fmax teljesülését Shannon mintavételi tételének, vagy Nyquist kritériumnak szoktuk nevezni. Shannon mintavételi tétel betartása esetén a jel mintákból az analóg jel veszteségmentesen reprodukálható!

2017

26


Digitális jelek előállítása 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

2017

27


Digitális jelek előállítása Kvantálás és kódolás

2017

28


Digitális jelek előállítása Kvantálás és kódolás X(t) Ábrázolandó A jel a továbbiakban csakis az ábrázolandó pontok minták t

halmazában lesz értelmezett, vagyis értékkészlete véges

„n” bitszám esetén 2n db érték értelmezhető

2017

29


Digitális jelek előállítása Kvantálás és kódolás Kvantálás esetén minden mintára  nagyságú zaj ül. Ha a kvantálást matematikai kerekítéssel végezzük, akkor:

2017

30


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.

2017

31


Digitális jelek előállítása Kvantálás és kódolás A kvantálásból eredő zaj végérvényesen a

jelen marad, az onnan a későbbiekben nem távolítható el!

2017

32


Digitális jelek előállítása Kvantálás és kódolás 

Lineáris kvantálás •



Nemlineáris kvantálás •

2017

Ekkor az ábrázolási tartományt lineárisan osztjuk 2n részre

Általában logaritmikus, vagy logaritmikus görbe töréspontos közelítése 33


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

2017

Helyreállító szűrő

Analóg jel 34


Analóg jel visszaállítása a digitális jelből Helyreállító szűrő:

Aluláteresztő szűrő

2017

Amplitúdó korrektor

35


Teljes digitális lánc PCM

A

Átviteli lánc

PCM

D fm

D A

Tárolás Jelfeldolgozás

Veszteség mentes

Hibák, torzítások helyei:  Sávkorlátozó szűrő (analóg)  Kvantálási hiba [additív zaj]  Helyreállító szűrő (analóg) 2017

36


Digitális lánc és a zaj

2017

37


Digitális modulációs technikák 

Az amplitúdóeltolás-billentyűzés (ASK, AmplitudeShift Keying) véges számú amplitúdót használ, és nagyon hasonlít az impulzus-kód modulációhoz.



A frekvenciaeltolás-billentyűzés (FSK, frequencyShift Keying) véges számú frekvenciát használ.



A fáziseltolás-billentyűzés (PSK, phase-shift keying) véges számú fázist használ.

2017

38


Vivőfrekvenciás digitális modulációs rendszerek ASK

FSK

PSK AM-DSB A moduláló jel alapsávi Impulzus formálás után 2017

39


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. uASK(t) = A * sin (2 *  * f + )

2017

40


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 (fp) változtatja, például a logikai ’0’-hoz f0, míg a logikai ’1’hez f1 tartozik. uFSK(t) = A * sin (2 *  * fp + ),

ahol A az FSK jel amplitúdója, fp a vivő jel pillanatnyi frekvenciája (f0 vagy f1),  pedig a vivőjel kezdőfázisa.

2017

41


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. uPSK(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).

2017

42


Többszintű fázis billentyűzés (QPSK) 8 fázisú jellel 3 bit kódolható Jel és zaj elválasztás a 8 fázisú PSK esetén

2017

43


Többszintű fázis billentyűzés (QPSK) Scatter plot 1 10 0.8

Zajos csatornán továbbított jel konstellációs ábrája 2

0.6 1.5 1

0.2 01

00

0

0.5

Quadrature

Quadrature

0.4

-0.2 -0.4

-0.5

-0.6

-1

-0.8

-1.5

11

-1 -1

2017

0

-0.5

0 In-Phase

0.5

1

-2 -2

-1

0 In-Phase

1

2

44


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

Fázis és amplitúdó is változik 2017

45


Digitális modulációk

2017

46


4 – 1024 QAM

2017

47


DVB-C beállítása

2017

48


A jelátvitel fizikai közegei

2017

49


Történelem 

A hálózatok fejlődésének kezdetén különféle célorientált hálózatok jöttek létre: 

távközlő hálózatok



műsorelosztó hálózatok



adathálózatok Fejlődés  integrált hálózatok létrejötte



2017

Megvalósult: 

eszközök szintjén



hálózatok szintjén 50


2017

51


T

M

2017

A

52


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

2017

53


A jelátvitel fizikai közegei

2017

54


A telekommunikáció elektromágneses spektruma

2017

55


Réz alapú kábelek

2017

56


Rézalapú kábelek előnyei 

Egyszerűbb szerelési technológia



Alacsonyabb telepítési költségek



Olcsó aktív eszközök



Szennyeződésre kevésbé érzékeny csatlakozások



Helyes telepítés után megbízható, sokoldalú, költséghatékony

2017

57


Rézalapú kábelek hátrányai 

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

2017

58


Vezetékes átvitel koaxiális kábelen  



2017

Elektromosan árnyékolt, kevésbé érzékeny az elektromos zajokra Alapsávú • 10Base2 – 50 ohm, 10-100 Mbps, 200 m • 10Base5 – 75 ohm, 10-100 Mbps, 500 m Széles sávú • Kábel TV, 75 ohm, digitális átvitelnél 150 Mbps egy kábelen több csatorna, többféle kommunikáció

59


Vezetékes átvitel koaxiális kábelen

Műanyag szigetelő

Központi ér

Árnyékoló harisnya

Szigetelő műanyag (gyakran műanyag hab, vagy magas frekvenciás esetben teflon)

2017

Fonott réz AL fólia

60


Vezetékes átvitel koaxiális kábelen Zaj, Zavar

Z0

Z0 Z0

  

2017

Homogén hullámimpedancia Egyszerű meghajtó/vevő áramkör Mechanikai sérülésekre érzékeny (pl. megtörés  Z0 megváltozik) 61


Koaxiális kábelek típusai 

RG – 6 szélessávú TV-s átvitel

75 



RG – 8, RG – 11, RG – 58 „vékony” ethernet

50



RG – 58/V a központi ér szilárd részből

50



RG – 58 A/V a központi ér fonott részből

50



RG – 59 szélessávú TV-s átvitel

75 



RG – 59 szélessávú

50 

2017

62


Koaxiális kábelek típusai

2017

63


Koaxiális kábel csatlakozók

2017

64


Csavart érpáras átviteli közeg (TP – Twisted Pair) Zaj, Zavar Z0/2

Z0/2 Z0/2



Z0

A zavarvédelmet az érpárok összecsavarása jelenti, valamint a szimmetrikus meghajtás



UTP – Unshilded Twisted Pair 

2017

Árnyékolatlan csavart érpár 65


Csavart érpáras átviteli közeg (TP – Twisted Pair) 

2017

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 5 - 100 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 7 - 100 Gbps , 70 méterig (1200mhz) 66


2017

67


Csavart érpáras átviteli közeg (STP – Shilded Twisted Pair) Z0/2

Z0/2 Z0/2

Árnyékoló harisnya

A zavarvédelmet az árnyékolás és az érpárok összecsavarása jelenti. STP – Shilded Twisted Pair (Árnyékolt csavart érpár) 2017

68


2017

69


Kábel csatlakozások, csatlakozók

2017

70


Kábelek fizikai osztályozása 

„Fali” (Solid) kábel  Fix

telepítésre tervezték

 Rézvezetők

tömörek

 Merev

szerkezetű

 Sokkal

jobb elektronikai paraméterek

A

teljes csatornában maximum 100m hosszban telepíthető

2017

71


Kábelek fizikai osztályozása 

„Patch” (Strainded) kábel  Mobil

használatra

 Jobban

ellenáll a hajlító igénybevételnek

 Rézvezetők  Gyakori

csatlakoztatásra kifejlesztett elemek

 Puhább,

könnyebb

 Maximum

2017

elemi szálakból sodrottak

10m hosszan telepíthető a csatornába

72


Üvegszál alapú kábelek

2017

73


Üvegszál alapú kábelek előnyei 

Magas fokú zavarvédettség



„Jövőálló”



Magas végpont sűrűségben telepíthető



Csekély fizikai méret és súly

2017

74


Optikai kábel ötlete 

Az optikai szál egy olyan hengeres, szigetelt, könnyen hajlítható szál, amely fényt továbbít az üvegmag belsejében, a teljes fényvisszaverődés elve alapján. Az üvegmagos optikai szálakat majdnem mindig szilíciumdioxidból készíti



Ahhoz, hogy az optikai jel teljes fényvisszaverődéssel a magban terjedjen tovább, a mag törésmutatójának nagyobbnak kell lennie, mint a héjnak

2017

75


2017

76


Optikai kábel szerkezete A mag/köpeny viszonya:

• multimodusú szálban • 50/125 μm, • 62.5/125 μm, • 100/140 μm • monomódusú szálban • 9 or 10 / 125 μm

2017

77


Kábel típusok 

SM (Single Mode)



MM (Multi Mode)

2017

78


Optikai szál gyártása 





2017

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 79


Előforma készítése 

2017

Belső kémiai gőzlecsapatás 

tisztítás



hordozócső készítés



mag növesztése (lecsapatása)



zsugorítás

80


Szálhúzás

2017

81


2017

82


Kábelgyártás

2017

83


2017

84


LAN optikai kábelek fajtái 1. Single 2. Zipcord 3. Tight-buffered 4. Unitube glass armoured 5. Unitube standard with spl 6. Multitube glass armoured

2017

85


Optikai kábel csatlakozók

2017

86


Forrás 

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



Lukács-Wührl: Híradástechnika I. (könyv)

2017

87

Hírközléstechnika 2.ea

Recommend Documents