Επικοινωνίες στη Ναυτιλία

Transcript

1 Επικοινωνίες στη Ναυτιλία Εισαγωγή Α. Παπαδάκης, Αναπλ. Καθ. ΑΣΠΑΙΤΕ Δρ. ΗΜΜΥ Μηχ. ΕΜΠ

2 Βασικά Αντικείμενα Μαθήματος Σήματα Κατηγοριοποίηση, ψηφιοποίηση, δειγματοληψία, κβαντισμός Βασικά σήματα ήχος, εικόνα, δεδομένα Επικοινωνίες Κωδικοποίηση πηγής, καναλιού Αναλογική και ψηφιακή διαμόρφωση Διαχείριση φάσματος Δίκτυα Ανάλυση και σχεδίαση δικτύου σε ένα πλοίο Διαμοιρασμός πόρων και θέματα ασφάλειας Εφαρμογές στη ναυτιλία Εργαστήρια & Εκπαιδευτική επίσκεψη

3 Επικοινωνίες

4 Διαχειριστικά Θέματα Πρόσβαση στο υλικό Μέσω του forum Διαφάνειες διαθέσιμες με το πέρας κάθε ενότητας Αξιολόγηση 50% Εργασία 50% Εξέταση

5 Forum

6

7 Ορισμός Σήματος Φυσικό μέγεθος του οποίου η τιμή μεταβάλλεται σε σχέση με μία ή περισσότερες ανεξάρτητες μεταβλητές Π.χ. σε σχέση με το χρόνο (φωνή) ή το χώρο (εικόνα) Εκφράζεται ως συνάρτηση μιας ή περισσότερων ανεξάρτητων μεταβλητών Μονοδιάστατα, δισδιάστατα, πολυδιάστατα

8 Ταξινόμηση Σημάτων Ως προς τον χρόνο Συνεχούς χρόνου Οι τιμές του σήματος ορίζονται για όλες τις τιμές του χρόνου Συμβολίζεται x(t) Διακριτού χρόνου Το σήμα έχει τιμές σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές Συμβολίζεται x(n) Ως προς τις τιμές Συνεχών τιμών Τιμών οι οποίες ανήκουν σε διακριτές στάθμες

9 Κατηγοριοποίηση Σημάτων Αναλογικά Διακριτών τιμών συνεχούς χρόνου Συνεχών τιμών διακριτού χρόνου Ψηφιακά

10 Βασικές Ιδιότητες Σημάτων (1/3) Διάρκεια Πεπερασμένης Άπειρης Περιοδικότητα Μη περιοδικά Περιοδικά x(t)=x(t+t), για κάθε t, με Τ την περίοδο x(n)=x(n+t), για κάθε n, με N την περίοδο Περίοδος: ελάχιστο χρονικό διάστημα στο οποίο επαναλαμβάνεται το σήμα Συχνότητα: ρυθμός επανάληψης Φάση σχετική θέση εντός μιας περιόδου του σήματος Παράδειγμα Ημιτονοειδές σήμα στο συνεχή χρόνο: Αcos(2πft)

11

12 Βασικές Ιδιότητες Σημάτων (2/3) Άρτια Περιττά Δείξτε ότι κάθε σήμα μπορεί να προκύψει από το άθροισμα ενός αρτίου και ενός περιττού σήματος Ενέργειας και Ισχύος Σήμα ενέργειας αν και μόνο αν η συνολική του ενέργεια είναι πεπερασμένη Σήμα ενέργειας αν και μόνο αν η μέση ισχύς του είναι πεπερασμένη

13 Βασικές Ιδιότητες Σημάτων (3/3) Αιτιατά και μη αιτιατά Αιτιατά τα σήματα τα οποία έχουν μηδενική τιμή πριν από τη χρονική στιγμή 0 Ντετερμινιστικά και Τυχαία Ντετερμινιστικά: Γνωρίζουμε ή όχι την τιμή του κάθε χρονική στιγμή, περιγράφεται με πλήρως καθορισμένες συναρτήσεις του χρόνου Τυχαίο υπάρχει βαθμός αβεβαιότητας, ανήκει σε μια συλλογή σημάτων

14 Στοιχειώδη Σήματα Βηματική συνάρτηση (u(t), u(n)) Κρουστική συνάρτηση (δ(t), δ(n)) Συσχετίστε την κρουστική και τη βηματική συνάρτηση στο διακριτό χρόνο Αναρριχητική συνάρτηση Ημιτονοειδή σήματα Παλμοί (τετραγωνικός, τριγωνικός) Εκθετικά σήματα

15 Βασικές Πράξεις Σημάτων Ανάκλαση, y(t)=x(-t) Χρονική μετατόπιση Καθυστέρηση, y(t)=x(t-t 0 ) Προπόρευση, y(t)=x(t+t 0 ) Αλλαγή κλίμακας χρόνου, y(t)=x(at) Χρονική συστολή, a>1 Χρονική διαστολή, 0<a<1

16 Πεδίο Χρόνου και Πεδίο Συχνότητας Ένα σήμα μπορεί να περιγραφεί στο πεδίο του χρόνου και στο πεδίο της συχνότητας Η μετάβαση από το ένα πεδίο στο άλλο γίνεται με κάποιον μετασχηματισμό (Fourier, Laplace, Z) Η περιγραφή στο πεδίο της συχνότητας μας επιτρέπει να αντιληφθούμε χρήσιμες ιδιότητες ενός σήματος (φάσμα) και να το διαχειριστούμε πιο αποτελεσματικά (δειγματοληψία, φιλτράρισμα κλπ)

17 Απόκριση ΓΧΑ Η απόκριση ενός γραμμικού, χρονικά αναλλοίωτου συστήματος σε ένα ημίτονο είναι μια ημιτονοειδής κυματομορφή της ίδιας συχνότητας με άλλο πλάτος και φάση Γραμμικό σύστημα είναι αυτό το οποίο υπακούει την αρχή της υπέρθεσης Χρονικά αμετάβλητο Εάν y(t) είναι η απόκριση ενός συστήματος σε είσοδο x(t) τότε η απόκριση στη χρονικά μετατοπισμένη είσοδο x(t-t0) είναι y(t-t0)

18 Μετασχηματισμοί Ο τρόπος που γίνεται ο μετασχηματισμός εξαρτάται από την μορφή του αρχικού σήματος Οι μετασχηματισμοί περιλαμβάνουν Συνεχής χρόνος: Laplace, Fourier Διακριτός χρόνος: Fourier, Z Για την περίπτωση του μετ/σμού Fourier: Περιοδικό σήμα σειρές Fourier Σήμα ενέργειας μετασχηματισμός Fourier

19 Σειρές Fourier Μιγαδική εκθετική σειρά Fourier n= g p t = c n exp n= j2πnt T 0 T 0 2 c n = 1 T 0 g p t exp j2πnt T 0 2 T 0 dt

20 Παραδείγματα Μετατροπής Περιοδικού Σήματος

21 Δημιουργία Περιοδικού Σήματος με χρήση Σειράς Φουριέ

22 Μετασχηματισμός Fourier Εάν το αρχικό σήμα δεν είναι περιοδικό g t = lim T 0 (g p t ) Οι υπολογισμοί τροποποιούνται ως εξής: G f = g t exp j2πft dt g(t) = G f exp j2πft df

23 Βασικές Ιδιότητες Μετ/σμού Φουριέ

24 Ζεύγη Μετ/σμού

25 Φασματικό Περιεχόμενο Σήματος Αναπαράσταση σήματος στο πεδίο της Συχνότητας Φάσμα σήματος: συχνότητες στις οποίες το σήμα έχει ενέργεια Εύρος ζώνης σήματος: εύρος του φάσματος Μπάντα συχνοτήτων όπου βρίσκεται το μεγαλύτερο ποσοστό της ενέργειας

26 Φάσμα ενδεικτικών σημάτων Φωνής; Μουσικής; Τηλεοπτικού σήματος (τυπικής ευκρίνειας);