ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΙ (ΨΗΦΙΑΚΑ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ) 3 η ΟΜΑΔΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

Transcript

1 ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΙ (ΨΗΦΙΑΚΑ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ) 3 η ΟΜΑΔΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΑΣΚΗΣΗ 1 Στο ανωτέρω Σχήμα η πρώτη κυματομορφή αποτελεί την είσοδο δύο κωδικοποιητών (Line Coders) ενώ οι επόμενες δύο τις εξόδους τους. Αναγνωρίστε τις δύο κωδικοποιήσεις και τεκμηριώστε την απάντησή σας. ΑΣΚΗΣΗ 3 Μία ασύρματη ζεύξη καταλαμβάνει εύρος ζώνης 3 MHz. Χρησιμοποιείται διαμόρφωση BPSK. Στην τελική βαθμίδα έχει ενσωματωθεί φίλτρο raised cosine με παράγοντα roll-off 0.5. (α). Να υπολογιστεί ο μέγιστος ρυθμός μεταφοράς ψηφιακών δεδομένων (bit rate). (β). Nα προτείνετε μία διαμόρφωση ώστε να τριπλασιαστεί ο ρυθμός δεδομένων χωρίς να αυξηθεί το εύρος ζώνης. ΑΣΚΗΣΗ 3 να χρησιμοποιήσει συνδυασμό Κωδικοποίησης AMI και Διαφορικής Κωδικοποίησης, εφαρμόζοντας τις δύο κωδικοποιήσεις διαδοχικά ώστε να επιτύχει συνδυασμό των πλεονεκτημάτων τους. Είναι κατά την άποψή σας δυνατός ο συνδυαμός τους; Αν η άποψή σας είναι «ναι» πλην της δικαιολόγησης της άποψής σας να προτείνετε τη σειρά με την οποία οι δύο κωδικοποιήσεις πρέπει να εφαρμοστούν (ποια προηγείται ποια έπεται). Αν η άποψή σας είναι «όχι» δικαιολογείστε την τυχόν αδυναμία της ταυτόχρονης εφαρμογής των δύο κωδικοποιήσεων.

2 ΑΣΚΗΣΗ 4 να χρησιμοποιήσει συνδυασμό Διαφορικής Κωδικοποίησης και Κωδικοποίησης 2Β1Q (Twobinary, One-quaternary), εφαρμόζοντας τις δύο κωδικοποιήσεις διαδοχικά ώστε να επιτύχει συνδυασμό των πλεονεκτημάτων τους. Είναι κατά την άποψή σας δυνατός ο συνδυαμός τους; Αν η άποψή σας είναι «ναι» πλην της δικαιολόγησης της άποψής σας να προτείνετε τη σειρά με την οποία οι δύο κωδικοποιήσεις πρέπει να εφαρμοστούν (ποια προηγείται ποια έπεται). Αν η άποψή σας είναι «όχι» δικαιολογείστε την τυχόν αδυναμία της ταυτόχρονης εφαρμογής των δύο κωδικοποιήσεων. ΑΣΚΗΣΗ 5 να χρησιμοποιήσει συνδυασμό Κωδικοποίησης 2Β1Q (Two-binary, one-quaternary) και Κωδικοποίησης HDB3, εφαρμόζοντας τις δύο κωδικοποιήσεις διαδοχικά ώστε να επιτύχει συνδυασμό των πλεονεκτημάτων τους. Είναι κατά την άποψή σας δυνατός ο συνδυαμός τους; Αν η άποψή σας είναι «ναι» πλην της δικαιολόγησης της άποψής σας να προτείνετε τη σειρά με την οποία οι δύο κωδικοποιήσεις πρέπει να εφαρμοστούν (ποια προηγείται ποια έπεται). Αν η άποψή σας είναι «όχι» δικαιολογείστε την τυχόν αδυναμία της ταυτόχρονης εφαρμογής των δύο κωδικοποιήσεων. ΑΣΚΗΣΗ 6 να χρησιμοποιήσει συνδυασμό Διαφορικής Κωδικοποίησης και Κωδικοποίησης HDB3, εφαρμόζοντας τις δύο κωδικοποιήσεις διαδοχικά ώστε να επιτύχει συνδυασμό των πλεονεκτημάτων τους. Είναι κατά την άποψή σας δυνατός ο συνδυαμός τους; Αν η άποψή σας είναι «ναι» πλην της δικαιολόγησης της άποψής σας να προτείνετε τη σειρά με την οποία οι δύο κωδικοποιήσεις πρέπει να εφαρμοστούν (ποια προηγείται ποια έπεται). Αν η άποψή σας είναι «όχι» δικαιολογείστε την τυχόν αδυναμία της ταυτόχρονης εφαρμογής των δύο κωδικοποιήσεων.

3 ΑΣΚΗΣΗ 7 Στο παρακάτω Σχήμα δίδεται το χονδρικό διάγραμμα ενός διαμορφωτή m-fsk. Τα δεδομένα (είδοσος DATA In) εισέρχονται στο κύκλωμα με ρυθμό (ταχύτητα) f b b/s που ισούται με τη συχνότητα ωρολογίου f CLK Hz. (α). Να περιγράψετε τη λειτουργία του κυκλώματος. Ποιος είναι ο αριθμός των διαφορετικών συμβόλων; (β). Να σχεδιάσετε το φάσμα εξόδου θεωρώντας ότι οι κύριοι λοβοί γύρω από κάθε συχνότητα εκπομπής εφάπτονται. (γ). Να υπολογίσετε το απαιτούμενο εύρος ζώνης, σύμφωνα με τα ανωτέρω και σύμφωνα με τα στοιχεία που δίνονται στο Σχήμα. ΑΣΚΗΣΗ 8 (α). Ένα modem χρησιμοποιεί για τη λειτουργία του ψηφιακή διαμόρφωση QAM με Μ διαφορετικά σύμβολα και φίλτρο Nyquist (τύπου raised cosine) με παράγοντα κλίσης (roll-off) ρ. Να δειχτεί ότι η φασματική απόδοση η δίδεται από τη σχέση: η = log 2Μ / (1+ρ) (β). Μια τηλεφωνική γραμμή με επιτρεπόμενο εύρος ζώνης 300Hz έως 3100Hz χρησιμοποιείται για τη μετάδοση ψηφιακών δεδομένων με ρυθμό 9600 bits/second. Εάν χρησιμοποιηθεί ένα φίλτρο raised cosine με παράγοντα κλίσης 25% (βλ. σχήμα) να δείξετε αν με τη χρήση διαμόρφωσης 16QAM μπορεί να επιτευχθεί ο επιθυμητός ρυθμός δεδομένων. Να θεωρήσετε ότι το φίλτρο αποκόπτει όταν εξασθενεί τα εκτός ζώνης σήματα κατά 40 db. ΑΣΚΗΣΗ 9 Να συγκρίνετε την ελάχιστη (Ευκλείδια) απόσταση των σημείων των Διαγραμμάτων Αστερισμού των διαμορφώσεων 16PSK και 16QAM με την προϋπόθεση ότι οι δύο διαμορφώσεις έχουν την ίδια μέγιστη ισχύ. Να σχολιάσετε ποια μέθοδος διαμόρφωσης υπερτερεί και ποιά είναι η επίπτωση της μικρής Ευκλείδιας απόστασης στο ρυθμό σφαλμάτων (BER).

4 ΑΣΚΗΣΗ 10 Η διαμόρφωση PWM είναι Αναλογική ή Ψηφιακή μέθοδος διαμόρφωσης; Η απάντηση να δικαιολογηθεί. ΑΣΚΗΣΗ 11 (α). Ποιές είναι οι ομοιότητες των Κωδικοποιήσεων Γραμμής ΑΜΙ και HDB3. (β). Ποιοι είναι οι βασικοί κανόνες κωδικοποίησης των δύο μεθόδων; Ποιό επιπλέον πρόσθετο χαρακτηριστικό διαθέτει η κωδικοποίηση HDB3 σε σύγκριση με την ΑΜΙ και που αυτό εξυπηρετεί. Για ποιο λόγο εφαρμόζεται η κωδικοποίηση HDB3 έναντι της ΑΜΙ; (γ). Ποιο από τα σήματα AMI και HDB3 μπορεί να διέλθει μέσα από μετασχηματιστή (υψηλών συχνοτήτων) και γιατί; (δ). Σε ποια μέθοδο κωδικοποίησης (υπό την προϋπόθεση μη ύπαρξης σφάλματος) από τις δύο προαναφερθείσες και σε ποια δεδομένα εισόδου αντιστοιχεί η παρακάτω κυματομορφή. Η απάντηση να δικαιολογηθεί. ΑΣΚΗΣΗ 12 Να σχεδιάσετε το κυκλωματικό διάγραμμα του Διαφορικού Κωδικοποιητή και του αντίστοιχου αποκωδικοποιητή. Δώστε δύο περιπτώσεις που βρίσκει εφαρμογή η διαφορική κωδικοποίηση. ΑΣΚΗΣΗ 13 Ένα modem θεωρείται ότι λειτουργεί με απόδοση 5 bit/sec/hz και χρησιμοποιεί 1024 διαφορετικά σύμβολα στο διάγραμμα αστερισμού του. (α). Πόσα bit κωδικοποιούνται σε κάθε σύμβολο και ποιός είναι ο ρυθμός πληροφορίας του modem (bit/sec) εάν ο ρυθμός μεταφοράς είναι 4000 baud; (β). Ποιός είναι ο παράγοντας α του χρησιμοποιούμενου φίλτρου υψωμένου συνημητόνου (raised cosine); (γ). Πόσες καταστάσεις συμβόλων πρέπει να χρησιμοποιηθούν εάν ο χρήστης έχει την ευχέρεια να στείλει την πληροφορία στο διπλάσιο χρόνο;

5 ΑΣΚΗΣΗ 14 Στο κατωτέρω Σχήμα δίδεται το χονδρικό διάγραμμα μίας διαμόρφωσης (η οποία βρίσκει εφαρμογή στη επίγεια ψηφιακή τηλεόραση). Η διαμόρφωση αυτή παρουσιάζει την ιδιαιτερότητα, όπως φαίνεται και από το διάγραμμα, της ομαδοποίησης των σημείων του διαγράμματος αστερισμού (α). Να συγκρίνετε τη διαμόρφωση αυτή με τη διαμόρφωση 16QAM ως προς την μέγιστη ισχύ εκπομπής και την πιθανότητα εμφάνισης σφαλμάτων, με την προϋπόθεση ότι οι δύο διαμορφώσεις θα έχουν την ίδια ελάχιστη Ευκλείδια απόσταση στα διαγράμματα αστερισμού τους. (β). Να σχεδιάσετε το χονδρικό διάγραμμα της 16QAM. (γ). Να υποδείξετε τις τροποποιήσεις που απαιτούνται στο χονδρικό διάγραμμα της 16QAM ώστε να υλοποιεί τη διαμόρφωση του ανωτέρω σχήματος. Σημείωση: Δεν απαιτείται σχεδιασμός κυκλώματος. ΑΣΚΗΣΗ 15 Στο Σχήμα δίδεται το χονδρικό διάγραμμα ενός Διαμορφωτή GMSK, Κέρδος k Διαμορφωμ ένο Φέρον Δεδομένα Εισόδου ΦΙΛΤΡΟ ΠΡΟΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ (GAUSSIAN) Διαμορφωτής FM το οποίο υλοποιήθηκε στην Εργαστηριακή Άσκηση Διαμόρφωση GMSK με τη χρήση της παρακάτω βαθμίδας: 74HC4046 In2 (Out3) VCO RR1 1,2 nf 10 ΚΩ CC1 In4 (α). Ποιο μπλοκ (βαθμίδα) του ανωτέρω Χονδρικού Διαγράμματος υλοποιεί η βαθμίδα αυτή; Δικαιολογείστε τη απάντηση.

6 (β). Οι παρακάτω κυματομορφές σε ποια σημεία του Χονδρικού Διαγράμματος εμφανίζονται; Υπολογίστε το ρυθμό δεδομένων με βάση τις ενδείξεις του παλμογράφου (γ). Τι είναι το γινόμενο ΒΤ;