ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Σχετικά έγγραφα
ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Θεώρημα δειγματοληψίας

Εφαρμογή στις ψηφιακές επικοινωνίες

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΤΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟ FOURIER

Ενότητα 4: Δειγματοληψία - Αναδίπλωση

Αρχές Τηλεπικοινωνιών

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Διάλεξη 3. Δειγματοληψία και Ανακατασκευή Σημάτων. Δειγματοληψία και Ανακατασκευή Σημάτων. (Κεφ & 4.6,4.8)

ΘΕΩΡΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ. Κεφάλαιο 7-8 : Συστήματα Δειγματοληψία Χρήστος Ξενάκης. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Συστήματα Επικοινωνιών ΙI

Εξεταστική Ιανουαρίου 2007 Μάθηµα: «Σήµατα και Συστήµατα»

Θ.Ε. ΠΛΗ22 ( ) 2η Γραπτή Εργασία

Εισαγωγή στην Επεξεργασία Σήματος. Νόκας Γιώργος

Συστήματα Επικοινωνιών

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

27-Ιαν-2009 ΗΜΥ (ι) Βασική στατιστική (ιι) Μετατροπές: αναλογικό-σεψηφιακό και ψηφιακό-σε-αναλογικό

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Ημιτονοειδή σήματα Σ.Χ.

Δειγματοληψία και ανακατασκευή αναλογικών σημάτων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Χρήστος Ξενάκης. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

Επεξεργασία Πολυµέσων. Δρ. Μαρία Κοζύρη Π.Μ.Σ. «Εφαρµοσµένη Πληροφορική» Τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας

Αναλογικά & Ψηφιακά Κυκλώματα ιαφάνειες Μαθήματος ρ. Μηχ. Μαραβελάκης Εμ.

Επομένως το εύρος ζώνης του διαμορφωμένου σήματος είναι 2.

Εξίσωση Τηλεπικοινωνιακών Διαύλων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Εισαγωγή στα Σήµατα Εισαγωγή στα Συστήµατα Ανάπτυγµα - Μετασχηµατισµός Fourier Μετασχηµατισµός Z

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Τηλεπικοινωνίες. Ενότητα 5: Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σημάτων. Μιχάλας Άγγελος Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Μορφοποίηση και ιαµόρφωση Σηµάτων Βασικής Ζώνης

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες. Δομή της παρουσίασης

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Επεξεργασία Στοχαστικών Σημάτων

Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Δρ. Π. Ασβεστάς Εργαστήριο Επεξεργασίας Ιατρικού Σήματος & Εικόνας Τμήμα Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Ήχος. Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 04-1

Εξίσωση Τηλεπικοινωνιακών Διαύλων

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 9: Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Διαμόρφωση Παλμών. Pulse Modulation

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 10: Γραμμικά Φίλτρα. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία ιάλεξη 18

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Ι

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 2: Εισαγωγικά θέματα Ψηφιοποίησης. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Παλμοκωδική Διαμόρφωση. Pulse Code Modulation (PCM)

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες. Δομή της παρουσίασης

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Συστήματα Επικοινωνιών ΙI

ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ Εισαγωγή. Εµµανουήλ Ζ. Ψαράκης Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

ΕΑΠ/ΠΛΗ-22/ΑΘΗ.3 1 η τηλεδιάσκεψη 03/11/2013. επικαιροποιημένη έκδοση Ν.Δημητρίου

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Διαμόρφωση Παλμών. Pulse Modulation

Συμπίεση Δεδομένων

H ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ. στις τηλεπικοινωνίες

Μετάδοση πληροφορίας - Διαμόρφωση

Μετάδοση πληροφορίας - Διαμόρφωση

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 4: Ήχος Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής

ΠΛΗ 22: Βασικά Ζητήματα Δίκτυα Η/Υ

Συστήματα Επικοινωνιών ΙI

ΑΝΑΠΤΥΓΜΑ ΣΕ ΣΕΙΡΑ FOURIER - ΣΕΙΡΑ FOURIER

ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ, ΔΙΚΤΥΑ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

Σεραφείµ Καραµπογιάς ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Επικοινωνίες στη Ναυτιλία

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών Σημάτων. Διάλεξη 20: Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier (Discrete Fourier Transform DFT)

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 4 ΠΑΛΜΟΚΩΔΙΚΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ - PCM (ΜΕΡΟΣ Α)

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ. Θ.Ε. ΠΛΗ22 ( ) 2η Γραπτή Εργασία

ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ Δειγµατοληψία. Εµµανουήλ Ζ. Ψαράκης Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Παλμοκωδική Διαμόρφωση. Pulse Code Modulation (PCM)

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Ο μετασχηματισμός Fourier

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 2: Στοιχειώδη Σήματα Συνεχούς Χρόνου. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 6: Ανάλυση Σημάτων σε Ανάπτυγμα Σειράς Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Ι

Ψηφιακές Τηλεπικοινωνίες

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Ένα αναλογικό σήμα περιέχει άπειρες πιθανές τιμές. Για παράδειγμα ένας απλός ήχος αν τον βλέπαμε σε ένα παλμογράφο θα έμοιαζε με το παρακάτω:

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Ι

20-Φεβ-2009 ΗΜΥ Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier

ΣΕΙΡΕΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ FOURIER. e ω. Το βασικό πρόβλημα στις σειρές Fourier είναι ο υπολογισμός των συντελεστών c

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα ΙΙ

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Συμπίεση Δεδομένων

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

ΑΡΧΕΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

ΠΛΗ 22: Βασικά Ζητήματα Δίκτυα Η/Υ

Ο ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Ζ διακριτές σήματα και συστήματα διακριτού χρόνου χρονοσειρές (time series)

Τεχνολογικό Eκπαιδευτικό Ίδρυμα Kρήτης TMHMA MHXANOΛOΓIAΣ. Δρ. Φασουλάς Γιάννης

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 7: Μετασχηματισμός Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Περιεχόµενα ΕΠΛ 422: στα Συστήµατα Πολυµέσων. Βιβλιογραφία. ειγµατοληψία. ηµιουργία ψηφιακής µορφής πληροφορίας στα Συστήµατα Πολυµέσων

Transcript:

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ Κ 17 Επικοινωνίες ΙΙ Χειμερινό Εξάμηνο Διάλεξη 5 η Νικόλαος Χ. Σαγιάς Επίκουρος Καθηγητής Webpage: http://eclass.uop.gr/courses/tst215 e-mail: nsagias@uop.gr

Δειγματοληψία Τα φυσικά σήματα είναι αναλογικά Για να τα επεξεργαστούμε ή/και να τα αποθηκεύσουμε πρέπει να τα ψηφιοποιήσουμε Η διαδικασία ψηφιοποίηση ονομάζεται αναλογικοψηφιακή (A/D) μετατροπή και πραγματοποιείται με A/D μετατροπείς (ADC) Η διαδικασία A/D αποτελείται από τα εξής στάδια: Δειγματοληψία Κβάντιση Κωδικοποίηση Η αντίστροφη διαδικασία οναμάζεται ψηφιακοαναλογική (D/A) μετατροπή και πραγματοποιείται με D/A μετατροπείς (DAC) σήμα διακριτού χρόνου ADC κβαντισμένο σήμα αναλογικό σήμα Δειγματολήπτης Κβαντιστής Κωδικοποιητής ψηφιακό σήμα 2

Θεωρούμε ομοιόμορφη δειγματοληψία όπου λαμβάνονται δείγματα κάθε T s δευτερόλεπτα x[n] = x a (n T s ) Ο ρυθμός δειγματοληψίας (sampling rate) είναι F s = 1/T s δειγματολήπτης αναλογικό σήμα x a (t) F s = 1/T s x[n]= x a (nt s ) σήμα διακριτού χρόνου T s 3

Ας θεωρήσουμε αναλογικό ημιτονοειδές σήμα συχνότητας F, x a (t) = A cos(2 π F t + θ) Τότε, x[n] = x a (n T s ) = A cos(2 π F n T s + θ) = A cos[2 π (F/F s ) n + θ] και συνεπώς η συχνότητα του δειγματοληπτημένου σήματος είναι η = F / F s Δεδομένου ότι - < F < και -1/2 1/2, εύκολα προκύπτει ότι Fs Fs F 2 2 Άρα, συχνότητα του αναλογικού σήματος πρέπει να είναι μικρότερη από την F max = F s / 2 Στο αναλογικό σήμα x a (t) αντιστοιχούν άπειρα δειγματοληπτημένα σήματα συχνότητας F k F k = F + k F s (k =, 1, 2, ) k = F k / F s 1/2 -F s /2 F s /2 -F s -1/2 F s F F = = π + θ = Fs [ ] ( ) cos 2 a s k x n x nt A n F+ kf F s = Acos 2π n+ θ = Acos 2π n+ θ F F s s 4

Σύνολο Α: Συχνότητες αναλογικού σήματος διακριτού χρόνου F Σύνολο Β: Συχνότητες σήματος διακριτού χρόνου Σύνολο C B (C υποσύνολο του B): Συχνότητες σήματος διακριτού χρόνου με 1/2 F a 1 2 F a Σύνολο A Σύνολο C 3 Σύνολο B 5

Παράδειγμα αλλοίωσης; Θεωρούμε αναλογικό ημιτονοειδές σήμα της μορφής x a (t) = 3 cos(1 π t) Για ρυθμό δειγματοληψίας F s = 8Hz, το αλλοιωμένο σήμα που προκύπτει είναι x a (t) = 3 cos(6 π t) 4 x(t) = 3 cos(1 π t) x(t) = 3 cos(6 π t) δείγματα Πλάτος (volt) 3 2 1-1 -2-3 -4 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 Χρόνος (msec) 6

Ερώτημα: Δεδομένου ενός αναλογικού σήματος βασικής ζώνης με εύρος ζώνης B, πώς γίνεται η επιλογή του ρυθμού δειγματοληψίας; Απάντηση: Η επιλογή γίνεται με βάση την μέγιστη συχνότητα που φέρει. Το αναλογικό σήμα μπορεί να αναπαρασταθεί ως K ( ) ( ) ( ) ( ) xa t = Ak t sin 2 π Fk t t+ θk t k = 1 Αν η μέγιστη συχνότητα ανάμεσα στις {F 1, F 2,, F N } είναι η F max = B, τότε για να αποφευχθεί το πρόβλημα της αλλοίωσης πρέπει F s 2 B Η ελάχιστη τιμή του F s ονομάζεται ρυθμός Nyquist F s,min = 2 B Η παραπάνω σχέση εξασφαλίζει επίσης ότι και τα N ημιτονοειδή σήματα δειγματοληπτούνται χωρίς να αλλοιώνονται -B 2B X a () B Μετασχηματισμός Fourier σήματος βασικής ζώνης 7

x a (t) Ιδανική δειγματοληψία δειγματολήπτης x d [n] = x a (nt s ) F s = 1/T s -n T s -T s T s n T s t ( ) = δ ( ) x t t nt δ n = x a (t) x d [n] s Πεδίο χρόνου: Πεδίο συχνότητας: x t = x t x t = x nt t nt ( ) ( ) ( ) ( ) δ ( ) d a δ a s s n= ( ) ( ) Το φάσμα του δειγματοληπτημένου σήματος αποτελείται από θεωρητικά άπειρα το πλήθος πανομοιότυπα αντίγραφα του φάσματος του αναλογικού σήματος Οι θέσεις των φασμάτων είναι σε ακέραια πολλαπλάσια της F s Το πλάτος του κάθε φάσματος είναι πολλαπλασιασμένο με F s { } { ( ) ( )} ( ) ( ) Xd = F xd t = F xa t xδ t = Xa Xδ = = X F nf = F X nf ( ) δ ( ) ( ) a s s s a s n= n= 8

x a (t) δειγματολήπτης x d [n] = x a (nt s ) F s = 1/T s T s X a () αναλογικό & δειγματοληπτημένο σήμα στο πεδίο του χρόνου -B B αναλογικό & δειγματοληπτημένο σήμα στο πεδίο της συχνότητας F s > 2 B X d () -n F s -F s -B -F s +B -B B F s -B F s +B n F s -F s F s X d () F s < 2 B (αλλοίωση) -n F s -3 F s -2 F s -F -B B s F s 2 F s 3 F s n F s 9

Θεώρημα δειγματοληψίας: Αν η μέγιστη συχνότητα που εμπεριέχεται σε αναλογικό σήμα, x a (t), είναι F max = B και αυτό δειγματοληπτηθεί με ρυθμό F s > 2 B, τότε το x a (t) μπορεί να ανακτηθεί από τα δείγματά του διερχόμενα από φίλτρο με κρουστική απόκριση τη συνάρτηση παρεμβολής ( ) sinc( 2 Bt) g t = = sin 2 ( π Bt) 2π Bt Το x a (t) γράφεται ως ένα άθροισμα χρονικά ολισθημένων εκδόσεων του g(t) με βάρη τα δείγματα του x a (t) x a (t) sinc ( x) = sin ( π x) π x x a a s s n= ( ) = ( ) ( ) x t x nt g t nt x a (nτ s ) g(t - nτ s ) Πρόβλημα: Απαίτηση για άπειρο αριθμό δειγμάτων! Η δειγματοληψία με την g(t) είναι ιδανική και συνεπώς παρουσιάζει μόνο θεωρητικό ενδιαφέρον 1

Το αναλογικό σήμα μπορεί να ανακτηθεί από τα δείγματά του αν αυτά διέλθουν από ιδανικό φίλτρο βασικής ζώνης εύρους ζώνης B με συνάρτηση μεταφοράς H R ( ) 1, B =,διαφορετικά Το φίλτρο θα επιτρέψει τη διέλευση μόνο του φασματικού περιεχομένου της βασικής ζώνης, ενώ το φασματικό περιεχόμενο των υπόλοιπων περιοχών θα απορριφθεί H R () X d () -F s -B -F s +B -B B F s -B F s +B -F s F s 11

-B X a () B X a () ( ) = δ ( ) X F nf δ s n = s LPF H R () -B B xˆa ( t) ανακτημένο αναλογικό σήμα F s > 2 B H R () X d () -F s -B -F s +B -B B F s -B F s +B -F s F s { } F ( ) ( ) ( ) F ˆ ( ) { } ( ) ( ) xˆ t = X = H X = h t x t = 1 1 a a R d R d s a s s s a s s n= n= ( ) ( ) δ ( ) ( ) ( ) = 2 BT sinc 2 Bt x nt t nt = 2 BT x nt sinc 2 B t nt 12

Ερώτημα: Δεδομένου ενός αναλογικού σήματος διέλευσης ζώνης με εύρος ζώνης B, πώς γίνεται η επιλογή του ρυθμού δειγματοληψίας; Απάντηση: Ο ελάχιστος ρυθμός δειγματοληψίας είναι: F s = 2 F h m F l και F h : ελάχιστη και μέγιστη συχνότητα του σήματος, αντίστοιχα και B = F h F l m = 1, 2, 3, με Fh Fh 1< m B B Αποδεικνύεται ότι ο ελάχιστος ρυθμός δειγματοληψίας είναι μεταξύ 2B και 4B 2 Β < F s 4 Β Το αναλογικό σήμα μπορεί να αν ανακτηθεί από τα δείγματά του διερχόμενα από ιδανικό φίλτρο διέλευσης ζώνης με συνάρτηση μεταφοράς X a () H R ( ) 1, Fl F B B h =,διαφορετικά F l F h -F l -F h Μετασχηματισμός Fourier σήματος διέλευσης ζώνης 13

4 F s / Β 3.5 3 2.5 2 1.5 1.5 F s = F m 2 h m = 1 m = 2 m = 3 m = 4.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 F h / Β Καθώς το F h / B αυξάνει, ο λόγος F s / B τείνει να γίνει ίσος με 2 14