Podstawy telekomunikacji. Kolokwium nr 2. Zagadnienia. TDM

Podstawy telekomunikacji. Kolokwium nr 2. Zagadnienia.
TDM (Time Division Multiplexing) — dzielenie przesyłanych sygnałów na części, którym później
przypisuje się czasy transmisji (tzw. szczeliny czasowe). Odpowiednie do sygnałów cyfrowych, na
ogół do 16 linii wejściowych. Technika stosowana w sieciach rozległych.
FDM (Frequency Division Multiplexing) — zwiększa przepustowość systemu transmisyjnego,
kanały sąsiadują ze sobą. Sygnały przetwarzane są na zmiany częstotliwości wokół pewnej
środkowej częstotliwości nośnej (charakterystycznej dla danego sygnału). Zaiększa liczbę kanałów,
zmniejsza ograniczenia spowodowane tłumiennością i dyspersją. Modulacja za pomocą FSK.
Porównanie TDM i FDM — transmisja n kanałów o przepływności B każdy daje w przypadku
TDM kanał o przepływności nB i paśmie nB/2 (zgodnie z tw. Nyquista) oraz w FDM n kanałów o
pasmie B ale z możliwością przesyłu na nośnych ortogonalnych z pasmem całkowitym nB/2.
CDM (Code Division Multiplexing) — zwielokrotnianie kodowe, dane poszczególnych kanałów są
rozpraszane przez inne ciągi pseudolosowe. W odbiorniku wykorzystuje się unikalność ciągu
pseudolosowego każdego z kanałów. Rzadko stosowana w transmisji przewodowej ze względu na
zbyt wysoką dyspersję (tory metalowe) oraz trudność rozposzenia (w światłowodach).
TDMA (Time Divison Multiple Access) — wielodostęp z podziałem czasowym. Transmisja danych
nie jest ciągła, użytkownikowi na potrzeby transmisji przydzielana jest pewna liczba szczelin
czasowych. Zalety to dynamiczny przydział zasobów, możliwość przechodzenia odbiornika w stan
uśpienia, łatwość przeprowadzenia przełączenia stacji ruchomej (w sieciach komórkowych) między
stacjami bazowymi.
FDMA — Całkowite pasmo podzielone zostaje na przedziały częstotliwości tzw. kanały o określonej
szerokości, które mogą być używane w indywidualnej transmisji między dwoma dowolnymi
użytkownikami. Nadajniki i odbiorniki muszą być wyposażone w wysokiej jakości strome filtry
kanałowe. Transmisja prowadzaona jest cały czas w tym samym paśmie częstotliwości (najprostsza
metoda wielodostępu), aczkolwiek stabilność częstotliwości nośnej jest bardzo słaba. Kanały są
wąskopasmowe i występują okresy ochronne pomiędzy wydzielonymi kanałami (spadek
współczynnika wykorzystania pasma). Występuje głównie w GSM oraz w systemach nawigacji
tj .GLONASS.
CDMA — metoda dostępu do medium transmisyjnego polegająca na przypisaniu poszczególnym
użytkownikom korzystającym z tego samego kanału do przesyłania danych, sekwencji
rozpraszających, dzięki którym odbiornik jednoznacznie zidentyfikuje przeznaczoną dla niego
transmisję. Ma charakterystykę podobną do sygnałów szumowych. CDMA jest przydatna w
telefonii komórkowej i wykorzystywana w rywalizujących ze sobą standardach 3G: CDMA2000 i
UMTS (interfejs WCDMA).
OFDMA — podział częstotliwości i dostęp przez wielu użytkowników jest osiągany przez
przypisanie różnym użytkownikom różnych podkanałó∑. Wspiera różnicowanie Quality of Service
przez umożliwienie przypisania różnej ilości podkanałów różnym użytkownikom (jak w
nowoczesnych sieciach CDMA).
PCM — najpopularniejsza metoda reprezentacji sygnału analowego w systemach cyfrowych.
Metoda polega na probkowaniu w określonych odstępach czasu, a wartość chwilowa sygnału jest
przedstawiona za pomocą słowa kodowego, którego wartości odpowiadają wybranym przedziałom
kwantyzacji sygnału wejściowego. Liczba poziomów kwantywacji jest zazwyczaj potęgą liczby 2 (do
zapisu próbek używamy słów binarnych). Dźwięk w formacie PCM jest najczęściej zapisywany z
częstotliwością 44100 Hz.
DPCM — metoda kompresji stratnej. Różnica między DPCM a PCM polega na tym, że nadajnik
DPCM próbkuje otrzymany sygnał a następnie koduje jedynie różnicę pomiędzy próbką rzeczywistą
a przewidywaną. Odbiornik natomiast odtwarza oryginalny sygnał na podstawie przewidzianej
przez siebie wartości otrzymanej z różnicy. Efektywność zależy od algorytmu predykcji
(przewidywania). DPCM pozwala zakodować sygnał na mniejszej liczbie bitów niż PCM, ale
dekodowanie każdej próbki wymaga znajomości całej historii.
Kwantyzacja sygnału — kwantowanie amplitudowe, tj. proces transformacji amplitudy próbki
sygnału informacyjnego m(t) w chwili t=nT, na amplitudę dyskretną można uzyskać przy użyciu
kwantyzatora albo o charakterystyce równomiernej, bądź nierównomiernej. Przy kwantowaniu
równimiernym, poziomy reprezentacji są równoodległe, w przeciwnym wypadku mamy do
czynienia z kwantowaniem nierównomiernym.
Kodowanie różnicwe, tj. delta — informacja jest zakodowana poprzez przejścia sygnału. W
przypadku binarnego sygnału PCM przejście reprezentowane jest przez symbol 0, a brak przejścia
przez symbol 1. Jest oczywiste, iż sygnał zakodowany różnicowo może zostać odwrócony bez
zmiany jego znaczenia. Oryginalna informacja binarna odtwarzana jest przez porówywanie
polaryzacji sąsiednich symboli celem ustalenia, czy przejście ma miejsce, czy też nie.
Sygnał trójstanowy — sygnał, który oprócz dwóch stanów logicznyh (0 i 1 logiczne), może
przyjmować stan logicznie nieokreślony, który nazywany jest stanem wysokiej impedancji i
oznaczany jako (Z).
Preemfaza — zabieg polegający na zwiększeniu składowych dużych częstotliwości fonicznego
sygnału analogowego kodowanego. Stosowana jest przed koderem PCM (wraz z deemfazą za
koderem).
Deemfaza — zabieg odwrotny do preemfazy, polegający na zmniejszeniu składowych dużych
częstotliwości, celem zmniejszenia składowych szumu kwantyzacji o częstotliwościach lężących w
zakresie fonicznego sygnału analogowego.
Szumy odbiorników DSB-SB — analiza szumowa DSB-SC z detekcją koherentną należy do
najprostszych. Zastosowanie modelu wymaga pomnożenia filtrowanego sygnału x(t) przez lokalnie
generowaną falę sinusoidalną cos(2πfct) i następnie dolnoprzepustowej filtracji iloczynu.
(SNR)C,DSB =
C 2 A2c P
= (SNR)O,DSB
2W N0
Szumy odbiorników SSB — identyczny wyjściowy stosunek sygnału do szumu jak odbiornik
DSB-SB, o ile w obu będzie stosowana detekcja koherentna. Co więcej, w obydwu przypadkach
właściwości szumowe są identyczne.
(SNR)C,SSB =
C 2 A2c P
= (SNR)O,SSB
4W N0
Szumy odbiorników AM — podobnie jak w przypadku DSB-SC, średnia moc szumu w paśmie
informacyjnym równa się WN0, więc stosunek sygnału do szumu w kanale AM:
(SNR)C,AM =
A2c (1 + ka2 P )
2W N0
Natomiast wyjściowy stosunek sygnału do szumu wynosi w przybliżeniu:
(SNR)O,AM ≈
A2c ka2 P
2W N0
W konsekwencji współczynnik poprawy stosunku sygnał-szum dla modulacji amplitudowej:
�
(SNR)O ��
ka2 P
≈
(SNR)C �AM
1 + ka2 P
Szumy odbiorników FM — w przeciwieństwie do modulacji amplitudy, modulacji częstotliwości
stanowi efektywny mechanizm dla wymiany powiększonego pasma transmisji na polepszenie
właściwości szumowych systemu.
Gdy określimy β=0.5 jako granicę przejścia od wąskopasmowej FM do szerokopasmowej FM,
uzyskamy polepszenie właściwości szumowych modulacji częstotliwości w porównaniu do
modulacji amplitudy (wtedy przyjmujemy polepszenie AM jako 1/3).
Sieci zintegrowane — przypisywanie elastycznych przepustowości bitowych w usługach
telekomunikacyjnych (np. ISDN)
Sieci kablowe (DSL) — łączenie analogowej telefonii z cyfrowym przepływem danych:
Konstruowanie sieci telefonicznych — dostępne pasmo częstotliwości dzielimy na kanały. Nie
da się zrobić systemu, w którym każdy kanał byłby niezależny – gdzieś w systemie częstotliwości
muszę się pokryć. Aby zminimalizować te zakłócenia, należy wyznaczyć odległość
koordynacyjną.
DK � DS + zakl.
Anteny kierunkowe i sektoryzacja
Wzajemne zakłocanie częstotliwości
Model odbioru sygnału telekomunikacyjnego
Jeśli fO1 − fH = fH − fO2 to otrzymujemy częstotliwości lustrzane, które
powodują zakłocenia. Dodatkowo, trzeba wziąć pod uwagę fakt, że wzmacniacze mają
charakterystykę nieliniową, która powoduje intermodulację sygnału.
Projektując siatkę rozmieszczenia nadajników, trzba uważać nie tylko na nadajniki o takiej samej
częstotliwości, ale także na uniknięcie poniższego przypadku:
f = 2f1 − f2
f = 2f2 − f1
Fale długie LF — fale prowadzone, użyteczne, pozwalające na rozchodzenie się fali
pozahoryzontalnej (fali jonosferycznej).
Fale krótkie/średnie MF — odbiór albo horyzontalny albo jonosferyczny
Fale UKF — brak odbicia w jonosferze, ale mogą pojawić się fale odbijajaće się gdzieś a atmosferze
(efekt załamania fali).
Telekomunikacja satelitarna
Satelita geostacjonarny — satelita krążący po orbicie geostacjonarnej (na wysokości ~36 tys.
km nad równikiem). Umieszczony tak satelita może stale utrzymywać łączność przy użyciu anteny
kierunkowej bez konieczności nieustannej zmiany kierunku ustawienia anteny. Wadą tego
rozwiązania jest niemożliwość objęcia zasięgiem terenów okołobiegunowych.
HAPS — umieszczenie cepelinów z nadajnikami na wysokości 20km. Do obsłużenia całej Wielkiej
Brytanii wystarczyłyby tylko cztery stacje. Pomysł jeszcze nie został przez nikogo zrealizowany,
choć wiele razy przedyskutowywany był na konferencjach.
GPS — pomiar czasu odpowiedzi odbiornika i obliczenie odległości. Dokładność zależy od
wzajemnej odległości dwóch nadajników. Dla pozycjonowania 2D potrzebne są 3 nadajniki, dla 3D
cztery.