Transmisja analogowa i cyfrowa

Transmisja analogowa
i cyfrowa
Transmisja analogowa i cyfrowa
KOSZT TELETRANSMISJI
Koszt torów teletransmisyjnych
(kable, urządzenia wzmacniające oraz inne)
stanowił - w sieci analogowej - około 70 - 80 %
kosztów infrastruktury telekomunikacyjnej
(miedź).
Transmisja analogowa i cyfrowa
KOSZT TELETRANSMISJI
PROBLEM EKONOMICZNY:
- jak obniżyć koszty infrastruktury
teletransmisyjnej ?
Obniżenie kosztów infrastruktury technicznej
było i jest głównym motorem postępu w
technice telekomunikacyjnej.
Transmisja analogowa i cyfrowa
CECHY FALI AKUSTYCZNEJ I SYGNAŁU
TRANSMISYJNEGO
Sygnał akustyczny
Amplituda
A2
A1
T
Tmin
Dynamika D >
Tmax
A2
A1
Pasmo Εf > f
f
Transmisja analogowa i cyfrowa
max
>
1
T min
max
. f
min
f
>
min
[ Hz ]
1
T max
TŁUMIENNOŚĆ TORU
Przykład dla toru kablowego, symetrycznego:
α
km
200
150
100
50
0
20
Transmisja analogowa i cyfrowa
40
60
80
100 f [kHz]
Przeciętny zakres słyszalności
i poziomów natężeń dźwięków podczas mowy
p [dB]
80
70
60
50
40
Pasmo telefoniczne
30
100
300
Transmisja analogowa i cyfrowa
1 000
3 400
10 000 f [Hz]
Pasmo telefoniczne
3 100
300
3 400
f [Hz]
Przyjęto szerokość pasma telefonicznego
podstawowego = 4
Transmisja analogowa i cyfrowa
kHz
Wielokrotne wykorzystanie toru
telekomunikacyjnego
POJĘCIE MODULACJI:
Proces zmiany niektórych wielkości charakterystycznych
jednego przebiegu elektrycznego zmiennego w czasie
(przebiegu modulowanego - nośnego) pod wpływem
drugiego przebiegu tzw. przebiegu modulującego.
Rodzaje modulacji:
analogowa, impulsowa, impulsowo-kodowa.
Np. polski system TCK 30/32 - telefonia cyfrowo-kodowa o 32
kanałach cyfrowych
Transmisja analogowa i cyfrowa
MODULATOR
f(Εf)
Przebieg modulujący
(„mowa”)
MODULATOR
F
Transmisja analogowa i cyfrowa
f(Εf+F)
Przebieg modulowany
(sinusoida o f=const)
MODULACJA ANALOGOWA
ILUSTRACJA MODULACJI AMPLITUDY
Przebieg modulujący
f(Εf)
t
Przebieg modulowany F (nośny)
t
Przebieg zmodulowany f(Εf+F)
t
Transmisja analogowa i cyfrowa
MODULACJA ANALOGOWA
PROBLEM:
co się stanie, gdy zsumujemy elektryczny sygnał
telefoniczny o paśmie akustycznym 300 - 3400 Hz
(przebieg modulujący) z sinusoidą o częstotliwości 4 kHz
(przebieg modulowany - nośny).
ODPOWIEDŹ:
otrzymamy sygnał elektryczny o paśmie 4300 - 7400 Hz o
cechach amplitudy sygnału modulującego tj. elektrycznego
sygnału telefonicznego z pasma akustycznego 300 - 3400
Hz.Transmisja analogowa i cyfrowa
ZWIELOKROTNIENIE
f1(Εf1+F1)
f2(Εf2+F2)
•
•
•
fn(Εfn+Fn)
Transmisja analogowa i cyfrowa
MULTIPLEKSER
ANALOGOWY
f(ΕF)
ZWIELOKROTNIENIE
CZĘSTOTLIWOŚCIOWE
12
16
20
0,3
3,4
12,3
0
4
...
Transmisja analogowa i cyfrowa
12
23,4
16
20
24
kHz
TRANSMISJA DANYCH TD
Transmisja danych to usługa transmisji pomiędzy
urządzeniami (stacjami) końcowymi (abonentami),
charakteryzującymi się impulsową postacią
sygnałów wejściowych i wyjściowych.
Przykład: transmisja pomiędzy komputerami to
transmisja danych.
Przypomnienie: w telefonii sygnały wejściowe i wyjściowe
urządzeń końcowych (aparatów telefonicznych) mają
charakter analogowy (ciągły).
Transmisja analogowa i cyfrowa
SZYBKOŚCI TRANSMISJI DANYCH
i
u
1
t1
0
1
t2
t3
t
0
1
1
0
4
t5
t6
t7
Szybkość transmisji danych (bit/sek) to odwrotność
odstępu jednostkowego wyrażonego w sek.
Przykładowe szybkości: 200, 600, 1200, 2400, 9600,
... 48 kbit/s, 64 kbit/s, 2.048 Mbit/s
Transmisja analogowa i cyfrowa
t
ZWIELOKROTNIENIE CZASOWE
N1
•
•
N2
N12
..
• •
O1
.
Stacja A
Transmisja analogowa i cyfrowa
•
•
•
Tor
przesyłowy
•
O2
O12
..
Stacja B
.
ZWIELOKROTNIENIE CZASOWE c.d.
i
u
1
1
0
1
0
1
1
0
t1
t2
t3
t
4
t5
t6
t7
0
0
0
1
0
1
1
2
t
t
•
•
•
0
12
1
0
1
0
0
1
t
t1
t12
Transmisja analogowa i cyfrowa
t
MULTIPLEKSER
Multiplekser jest to urządzenie, w którym następuje zwielokrotnienie
czasowe z przeplotem bitowym lub bajtowym (bajt - słowo ośmio
bitowe).
n1
n2
MUX
n12
N (Σ n)
Cecha charakterystyczna multipleksera: suma szybkości transmisji
sygnałów multipleksowanych (zwielokrotnianych) nie może być
większa od szybkości sygnału zbiorczego.
Transmisja analogowa i cyfrowa
PROBLEM
Czy aby odtworzyć przebieg analogowy
musimy znać wartość jego amplitudy w
całym zakresie?
Odpowiedź ⇒ Prawo o próbkowaniu
Transmisja analogowa i cyfrowa
PRAWO O PRÓBKOWANIU
Sygnał akustyczny (mowa)
Fmax
W celu odtworzenia sygnału musimy
próbkować amplitudę z f > 2Fmax
Transmisja analogowa i cyfrowa
PRAWO O PRÓBKOWANIU
Próbki sygnału akustycznego
Fmax
W celu odtworzenia sygnału musimy
próbkować amplitudę z f > 2Fmax
Transmisja analogowa i cyfrowa
PRÓBKOWANIE W TELEFONII
W telefonii - dla pasma akustycznego - częstotliwość
maksymalna wynosi 3.400 Hz i aby odtworzyć ten
przebieg wystarczy mieć informację o jego
amplitudzie ze stałą częstotliwością 2 razy 3.400 Hz
+ε. Próbki powinny występować z częstotliwością
np.. 6.800,1 Hz.
Dla pasma akustycznego, telefonicznego przyjęto ze
względów praktycznych - 8
kHz (2*4kHz)
MODULACJA KODOWO-IMPULSOWA
SYGNAŁ MODULUJĄCY I MODULOWANY
U
+A
0
t
-A
T
T
t
MODULACJA KODOWO-IMPULSOWA
SYGNAŁ MODULUJĄCY I ZMODULOWANY
U
+A
0
t
-A
T
T
MODULACJA KODOWO-IMPULSOWA
POZIOMY KWANTYZACJI
Nr poziomu kwantyzacji
w zapisie
dziesiętnym
U
+A
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
-A
T
T
t
MODULACJA KODOWO-IMPULSOWA
POZIOMY KWANTYZACJI
Nr poziomu kwantyzacji
w zapisie
dziesiętnym
U
+A
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
-A
T
T
w zapisie
dwójkowym
1111
1110
1101
1100
1011
1010
1001
1000
0111
0110
0101
0100
0011
0010
0001
0000
t
MODULACJA KODOWO-IMPULSOWA
SYGNAŁ Z MODULACJĄ KODOWO-IMPULSOWĄ
Nr poziomu kwantyzacji
w zapisie
dwójkowym
U
+A
1111
1110
1101
1100
1011
1010
1001
1000
0111
0110
0101
0100
0011
0010
0001
0000
0
-A
T
t
T
t
MODULACJA KODOWO-IMPULSOWA
Nr poziomu kwantyzacji
w zapisie
dziesiętnym
U
+A
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
-A
T
w zapisie
dwójkowym
1111
1110
1101
1100
1011
1010
1001
1000
0111
0110
0101
0100
0011
0010
0001
0000
t
T
t
MODULACJA KODOWO-IMPULSOWA
Nr poziomu kwantyzacji
w zapisie
dziesiętnym
U
+A
0
w zapisie
dwójkowym
255
11111111
192
11000000
128
10000000
t
-A
64
01000000
0
00000000
T
t
STRUKTURA SYGNAŁU PCM
Wpisywanie kodu 8 bitów (1 Bajt)
Zegar 64 kHz
Sygnał 2.048* kbit/s
REJESTR
1 2 3 4 5 6 7 8
Zegar 2.048 kHz
u
64 kbit/s
1 0
1 0 1
1 0 0
1
8 bitów (Bajt)
0
0 0
1 1
0
8 bitów (Bajt)
1
0 0
1
1 0
t
2.048 kbit/s
TSZ
Bajt
TSZCZELINY = 1/32 Bajtu
TRAMKI = TBAJTU
t
RAMKA PCM
1 bit równy 488 nsec.
1 szczelina równa 8 bitom (3.9 µsec.)
B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8
SK
KT
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
1 ramka równa 32 szczelinom kanałowym (125 µsec.)
Transmisja analogowa i cyfrowa
KANAŁ PCM
1 (4 kHz)
2 (4 kHz)
1
2
2.048 kbit/s
30 (4 kHz)
R
30
Regenerator
Krotnica PCM
Krotnica PCM
Łącznica z Polem
Przestrzennym
1 (4 kHz)
2 (4 kHz)
2.048 kbit/s
30 (4 kHz)
Krotnica PCM
Transmisja analogowa i cyfrowa
R
Regenerator
Łącznica z Polem
Czasowym