Τηλεπικοινωνίες Ενότητα 6: Ψηφιακή Διαμόρφωση Μιχάλας Άγγελος Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα του ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας και της Ανώτατης Εκκλησιαστικής Ακαδημίας Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3
Ψηφιακή Διαμόρφωση
Σκοποί ενότητας Σε αυτό το κεφάλαιο θα ασχοληθούμε με ψηφιακή διαμόρφωση. 5
Περιεχόμενα ενότητας (1/2) Μετατροπή ψηφιακών σηµάτων σε αναλογικά σήµατα. Τεχνικές διαµόρφωσης. Μεταλλαγή µετατόπισης πλάτους ASK. υαδική µεταλλαγή µετατόπισης συχνότητας ΒFSK. Μεταλλαγή µετατόπισης φάσης PSK. 6
Περιεχόμενα ενότητας (2/2) Ορθογωνική µεταλλαγή µετατόπισης φάσης τετραγώνου (QPSK). Βιβλιογραφία. 7
Μετατροπή ψηφιακών σηµάτων σε αναλογικά σήµατα (1/2) H πιο συνήθης χρήση αυτού του μετασχηµατισµού είναι για τη μετάδοση ψηφιακών σηµάτων µέσω του δηµόσιου τηλεφωνικού δικτύου. Το τηλεφωνικό δίκτυο σχεδιάστηκε για να λαµβάνει, να μεταγάγει και να μεταδίδει αναλογικά σήµατα στο εύρος συνχνότητας φωνής περίπου από 300Hz έως 3400Hz. Oι ψηφιακές συσκευές συνδέονται µε το δίκτυο µέσω ενός modem (διαµορφωτής - αποδιαµορφωτής). 8
Μετατροπή ψηφιακών σηµάτων σε αναλογικά σήµατα (2/2) Τεχνικές κωδικοποίησης. Μεταλλαγή μετατόπισης πλάτους (Amplitude shift keying - ASK). Μεταλλαγή μετατόπισης συχνότητας (frequency shift keying - FSK). Μεταλλαγή μετατόπισης φάσης (Phase shift keying - PSK). 9
Τεχνικές διαµόρφωσης Σχήμα 1. Τεχνικές διαµόρφωσης. 10
Μεταλλαγή µετατόπισης πλάτους - ASK (1/2) Οι δύο δυαδικές τιµές 0/1 αντιπροσωπεύονται από δύο διαφορετικά πλάτη της φέρουσας συχνότητας. Συνήθως ένα από τα πλάτη είναι μηδέν. Το σήµα είναι της μορφής: s t = Acos 2πf ct, δυαδικό 1. 0, δυαδικό 0 Όπου A cos(2πf c t) είναι το φέρον σήµα. 11
Μεταλλαγή µετατόπισης πλάτους - ASK (2/2) Είναι ευάλωτη σε ξαφνικές αλλαγές απολαβής και δεν είναι αποδοτική τεχνική διαµόρφωσης. Χρησιµοποιείται. Στις γραµµές τύπου φωνής µόνο μέχρι τα 1200bps. Για μετάδοση ψηφιακών δεδοµένων πάνω από την οπτική ίνα. Σχήμα 2. Μεταλλαγή μετατόπισης πλάτους ASK. 12
υαδική µεταλλαγή µετατόπισης συχνότητας - ΒFSK (1/2) Η πιο κοινή μορφή FSK είναι η δυαδική FSK (BFSK). Οι δύο δυαδικές τιµές αντιπροσωπεύονται από δύο διαφορετικές συχνότητες (κοντά στη συχνότητα του φέροντος σήµατος). Το σήµα είναι της μορφής: s t = Acos 2πf ct + π, δυαδικό 0 Acos 2πf c t, δυαδικό 1. Όπου f 1 και f 2 είναι αντισταθµισµένες από τη συχνότητα του φέροντος fc κατά την ίδια, αλλά αντίθετη ποσότητα. 13
υαδική µεταλλαγή µετατόπισης συχνότητας - ΒFSK (2/2) Λιγότερο ευάλωτη σε σφάλµατα από την ASK Χρησιµοποιείται Μέχρι τα 1200 bps σε γραµµές τύπου φωνής. Για υψηλής συχνότητας ραδιοφωνική μετάδοση (3-30 MHz). Σχήμα 3. υαδική μεταλλαγή μετατόπισης συχνότητας - ΒFSK. 14
Μεταλλαγή µετατόπισης φάσης - PSK (1/2) Η φάση του φέροντος σήµατος μετατοπίζεται για να αντιπροσωπεύσει δεδοµένα. Στην απλούστερη μορφή της (BPSK) χρησιµοποιούνται δυο διαφορετικές φάσεις για την αναπαράσταση αντίστοιχα του δυαδικού 0 και του δυαδικού 1. Το διαµορφωµένο σήµα εκφράζεται από την ακόλουθη σχέση: s t = Acos 2πf ct + π, δυαδικό 0 Acos 2πf c t, δυαδικό 1. 15
Μεταλλαγή µετατόπισης φάσης - PSK (2/2) ιαφορική PSK: Τεχνική στην οποία λαµβάνεται υπόψη το προηγούµενο bit που μεταδόθηκε για τη μετατόπιση φάσης και όχι κάποιο σήµα αναφοράς. Το δυαδικό 0 αντιπροσωπεύεται µε την αποστολή σηµάτων της ίδιας φάσης µε τα σήµατα που είχαν αποσταλεί προηγουµένως. Το δυαδικό 1 αντιπροσωπεύεται µε την αποστολή σηµάτων αντίθετης φάσης από τα προηγούµενα σήµατα. Σχήμα 4. Μεταλλαγή μετατόπισης φάσης PSK. 16
Ορθογωνική μεταλλαγή μετατόπισης φάσης τετραγώνου (QPSK) (1/2) Quadrature PSK. Κάθε στοιχείο σήµατος αντιπροσωπεύει περισσότερα από ένα bit. π.χ. χρησιµοποιεί μετατοπίσεις φάσης πολλαπλασίων του π/2 (90 o ). Κάθε στοιχείο σήµατος αντιπροσωπεύει δύο bits. Αυτή η μέθοδος μπορεί να επεκταθεί. 17
Ορθογωνική μεταλλαγή μετατόπισης φάσης τετραγώνου (QPSK) (2/2) Είναι δυνατό να μεταδοθούν τρία bit τη φορά χρησιµοποιώντας 8 διαφορετικές γωνίες φάσης. Ένα τυπικό modem 9600bps χρησιµοποιεί 12 γωνίες φάσης, τέσσερις από τις οποίες έχουν δύο τιµές πλάτους. 18
Βιβλιογραφία «Συστήματα Επικοινωνίας», Simon Haykin, Εκδόσεις Παπασωτηρίου. Αρχές και Εφαρμογές Σημάτων και Συστημάτων, Χ. Δουληγέρης, Γ.Α. Τσιχριντζής, Εκδόσεις Βαρβαρήγου, Πειραιεύς, 2003. «Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες», Κωνσταντίνου, Καψάλη, Κώττη, Εκδόσεις Παπασωτηρίου. «Αρχές Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων», Taub, Schilling, Εκδόσεις Τζιόλα. 19
Τέλος Ενότητας