4. DIGITALNA TRANSMISIJA

Transcript

1 4. DIGITALNA TRANSMISIJA - 30-te godine 0. Stoljeća prva istraživanja vezana uz digitalnu transmisiju zbog želje bržeg i uspiješnijeg prijenosa signala (kod analognih signala pojavljuju se velike distorzije i šumovi) - razvija se postupak kodiranja iz analogne u digitalnu informaciju - PCM (pulsno kodna modulacija) oblik pretvorbe analognoga u digitalni sa svrhom prijenosa informacije - poluvodičke komponente omogućuju daljnji razvoj (integrirani i digitalni sklopovi) - razvoj optičkih komunikacija - digitalizacija govora kao uzrok razvoja digitalnog signala - vremenski multipleks vremenska raspodjela prijenosa pojedinih kanala PREDNOSTI UVOĐENJA DIGITALNOG PRIJENOSA - kvaliteta prijenosa je neovisna o udaljenosti signal se puno puta pojačava a informacija ostaje sačuvana - visoka imunost na smetnje (za razliku od analognog koji je jako osjetljiv na smetnje) - upotreba vremenskog multipleksa - kompatibilnost sa digitalnom komunikacijom (omogućuje izgradnju jedinstvene digitalne mreže gdje se A/D i D/A pretvorba vrši samo kod prijemnika i predajnika - digitalni integrirani sklopovi svako poboljšanje povećava brzinu prijenosa - mogućnost integracije usluga - jedinstveni prikaz informacija osnova za izgradnju ISDN-a, a kasnije i ATM-a - primjena optičkog prijenosa digitalni signal iz električkog u optički i daljni prijenos PULSNO KODNA MODULACIJA - A/D pretvorba obuhvaća primjenu 3 osnovna načela : uzorkovanje, kvantiziranje, kodiranje PREDAJNIK ANALOGNI SIGNAL ANALOGNI SIGNAL PRIJEMNIK UZORKOVANJE REKONSTRUKCIJA KVANTIZIRANJ DEKODIRANJE KODIRANJE DEGENERACIJ PCM SIGNAL REGENERACIJA REGENERACIJA

2 UZORKOVANJE - provodi se prema teoremu uzoraka analogni signal pomoću vremenski diskretnih uzoraka iz kojih se rekonstruira prvobitni signal bez gubitka informacije - uvijeti koje treba zadovoljiti da se izbjegnu gubici : - spektar signala kojemu uzimamo uzorke mora biti ograničen ( na ulazu možemo imati filtar koji će sitgnal svesti na određene frekvencije< fg (fg najveća frekvencija signala kojeg uzorkujemo) - frekvencija uzimanja uzoraka mora biti fs fg f(t) t uzorkovani signal t t - primjena uzorkovanja na (telefonski) govorni kanal Hz (dovoljan za razumljivost prijenosa govora) - upotreba niskopropusnog filtra da se ograniči frekv.spektar tj najviša frekvencija: teorijski fs 6800 Hz; praktično fs 8000 Hz spektar izvornog signala f g t

3 spektar uzoraka f s f s t KVANTIZIRANJE - postupak okojim se područije kontinuirane vrijednosti amplitude transformiraju u konačan broj amplituda (to su kvantizacijski intervali njima se dodjeljuju numeričke vrijednosti koji se kodiraju binarnim kodom) - kvantizacijsko polje područje svih dozvoljenih amplituda 7a/ greška kvantizacije A j + a/ A j - a/ A j ε 5a/ 3a/ a/ razina signala -a/ kvantizacijske razine a -3a/ -5a/ širina kvantizacijskog intervala -7a/ sve vrijednosti uzorkovanog signala koji se nađu u intervalu Aj-a/ do Aj-a/ će se kvantizirati kao Aj greška kvantizacije usljed te greške nastaje kvantizacijsko izobličenje (šum) ako je širina kvantizacijkog kanala jednaka u cijelom područiju onda je snaga kvantizacijkog šuma Pa=1/1a²

4 - sinusni signal Xm maksimalna amplituda Xs proizvoljna amplituda N broj kvantizacijkih intervala Ps snaga signala Q N=50 8 bita N=10 4 bita N=18 7 bita Xs Xs Q 3 = 10log = 10log N a Xm 1 Ps 3 Q = 10log N Ps max Ps Q = 10log + 0log log N Ps max Ps Q = 10log log N Ps max snaga signala, db - za male vrijednosti ulaznog signala odnos signal/šum je velik nije prihvatljiv - razina amplitude govornog signala moje dobra kod malih amplituda, iz tog razloga je potrebno NEJEDNOLIKO KVANTIZIRANJE - za male amplitude kvantizacijsko polje će biti gušće, a za velike amplitude će biti rijeđe Standardizirana logaritamska krivulja s koeficijentom A=87.6 (A zakon kvantizacije) Ax y =, 1+ ln A 1+ ln Ax y =, 1+ ln A 1 0 x A 1 x 1 A y 1 1/(1+lnA 1/ 1 x

5 Ako definiramo snagu govora u odnosu na maksimalnu snagu signala Z = 10logC² = 0logC (C matematičko očekivanje eksponencijalne razdiobe govornih amplituda) 1 Q N 1+ ln A = e 3N C A C 1 + A + C A - sklopovska realizacija se realizira prema preporuci ITU, kao aproksimacija logaritamske krivulje sa 13 linearnih segmenata, pri čemu se primjenjuje po 7 segmenata u svakom kvadrantu y X A/D PRETVORBA I KODIRANJE - ovisi o stupnju tehnološkog razvoja digitalnih integriranih sklopova PAM PCM PAM A/D LINEARNA KONVERZIJA 1 bita DIGITALNI KOMPRESOR DIGITALNI EKSPANDOR D/A LINEARNA KONVERZIJA 1 bita PAM PCM PAM A/D NELINEARNA KONVERZIJA 8 bita D/A NELINEARNA KONVERZIJA 8 bita

6 - kvantizacijsko polje ima 56 kvantizacijskih razina kodiraju se simetričnim komprimiranim kodom od 8-bita ± a b c X Y Z W predznak SEGMENT RAZINA U SEGMENTU - svaki drugi bit (parni) se invertira tako se izbjegava razdoblje dugih 0 ORGANIZACIJA ICM OKVIRA PRIMARNOG MULTIPLEKSA MULTIOKVIR ms ± a b c X Y Z W GOVORNI KANAL 3.9 µs OKVIR 15 µs X Y X X SINKROKOMBINACIJA MULTIOKVIRA OKVIR SINKROKOMBINACIJA OKVIRA parni okvir S i 1 A S a4 S a5 S a6 S a7 S a8 neparni okvir SIGNALIZACIJA CAS ILI CSS 15 µs odgovara intervalu uzorkovanja govornog signala x rezervni bitovi ako se ne koriste u 1 su y alarm ispada multikvira iz sinhronizma- ako je 1 Si interna upotreba (CRC4) A alarm gubitka sinhronizma 0-ti multiokvir ima sinhrokombinaciju multiokvira CAS (Common Associate Signalling) signalizacija koja je eksplicite pridružena svakom govornm kanalu CCS (Common Channel Signalling System) zajednička signalizacija

7 PDH PLEZIOKRONA DIGITALNA HIJERARHIJA - koristi se da bi se realizirale veće brzine od standardnih - formiraju se multiplex sustavi višeg reda koji se zasnivaju na pleziosinkronizaciji takta - hijerarhijska raspodjela - 048±5 10 ³ kbit/s odstupanje ne smije biti veće od te brzine EUROPA standardizirani multipleksirajući faktori Kbit/s Multiplex.faktor i / Nedostatak takvog sustava : - asinkrono multipleksiranje i demultipleksiranje - svaka hijerarhijska razina drugačija organizacija okvira - brzina prijenosa na višoj razini nije umnožak brzine prijenosa na nižoj razini - ne postoji jedinstveni standard u svijetu (pogotovo ne postoji standard za brzine više od 140 Mbit/s ( riješenje za brzine >140 Mbit/s je SDH sinkrona digitalna hijerarhija) SINKRONA DIGITALNA HIJERARHIJA (SDH) - standardizirano 1985 Bellcore SONET Synchronous Optical Network - ITU to standardizira kao SDH g. ETSI organizacija tretira SONET kao dio SDH Prednosti SDH - temelji se na direktnom sinkronom multipleksiranju zato pogodna za ekonomičan i fleksibilan rad u mreži - 5 % informacijske strukture služi za upravljanje i za buduće potrebe - omogućuje fleksibilan transport signala - omogućuje rad u mreži uređajima različitih proizvođača

8 IZVORIŠNI MULTIPLEKSER PONAVLJANJE SIGNALA (REPEATER) MULTIPLEKSIRANJE PONAVLJANJE SIGNALA (REPEATER) ODREDIŠNI MULTIPLEKSER SEKCIJA SEKCIJA SEKCIJA SEKCIJA LINIJA LINIJA PUT - između pojedinih komponenti u mreži postoje sekcije koje su povezane - put između multipleksera je linila - put s kraja na kraj je PUT TDM Time Division Multiplexing - sustav je sinkronizira se master clockom točnosti 10(-9) - osnovni okvir SDH sustava je blok od 810 okteta = 15 µs = 8000 okvira/sekunda što točno odgovara PCM sustavu koji se svugdje koristi OPTIČKI PRIJENOS Karakteristike vlakana : - malo prigušenje, visoki spektar propuštanja, imunost na smetnje, nema radijacije energije u okolinu nema gubitaka, mala težina materijala - namjena : prijenos signala velikim brzinama - zbog visoke primjenjivosti pala je cijena opreme tako da je sada dosta pristupačna - brzine u prosjeku.5 Gbit/s - u novije vrijeme se koriste u lokalnim mrežama (LAN) a ide se i prema FTTH (Fiber To The Home) - prvi prijenosi optikom na valnim duljinama 800 nm multimodno vlakno i 1330 nm monomodno vlakno - danas se prelazi na valne sustave od 1550 nm zraka zraka1 MULTIMODNO VLAKNO

9 Jezgra optičkog vlakna ima indeks loma veći od omotača, što uzrokuje refleksiju svijetla unutar omotača, tako da svijetlo ostaje unutar vlakna. MULTIMODNO vlakno više linija prijenosa istovremeno (postoji različiti put svijetla za različite zrake multimodna disperzija što je veća duljina to je veća multimodna disperzija) - najveća brzina prijenosa 1 Gbit/s - prednosti: - lako ubacivanje svijetla u vlakno - lako spajanje - koriste se u LAN i WAN mrežama - promjer : 50 µm jezgra, 140 µm omotač MONOMODNA vlakna : - počelo pojavom monomodnih jednobojnih lasera - jedino se takva svijetlost mogla efikasno ubacivati i vlakna - prevladava u primjeni na duljim optičkim dionicama - prenosi se samo jedna zraka svijetlosti omotač zraka MONOMODNO VLAKNO Silicij najbolji materijal za izradu optičkih vlakana VALNI MULTIPLEX WDM -dobivanje više kanala u jednom vlaknu (svaki kanal druga valna duljina) Pλ 1 Pλ Pλ 1 +Pλ +...+Pλ n Pλ 1 Pλ Pλ n Pλ n