11

Signály a jejich přenos Signály a jejich přenos komunikačním řetězcemkomunikačním řetězcem

Miroslav ŠedivýMiroslav Šedivý

BS1BS1/2/2

22

Komunikační řetězecKomunikační řetězec(obecné schéma)(obecné schéma)

zdroj zprávykódovacízařízení

vysílačsignálu

přenosová cesta(drátová nebobezdrátová)

dekódovacízařízení

přijímačsignálu

pří jemce zprávy

• zdroj zpráv• kódovací zařízení• vysílač signálu• přenosová cesta (médium)• dekódovací zařízení• přijímač signálu• příjemce zpráv

33

Signál Signál

• signál=fyzický nosič zpráv signál=fyzický nosič zpráv

• zdroj zprávy může generovat signály:zdroj zprávy může generovat signály:– analogové (spojité)analogové (spojité)– diskrétní (nespojité)diskrétní (nespojité)– digitální (číslicové)digitální (číslicové)

44

SignálSignál

• dále můžeme rozlišovat signály:dále můžeme rozlišovat signály:– akustickéakustické– optickéoptické– elektrickéelektrické

55

KódováníKódování

• kódovací zařízení má za úkol tzv. kódovací zařízení má za úkol tzv. kódování zprávy kódování zprávy

• po zakódování je třeba zprávu vyslat po zakódování je třeba zprávu vyslat do přenosového média do přenosového média

66

Vysílač signálu Vysílač signálu

• slouží k vyslání zprávy do slouží k vyslání zprávy do přenosového médiapřenosového média

• může jím být :může jím být :– laser laser → → optický signál optický signál – reproduktor reproduktor →→ akustický signál akustický signál – tranzistor tranzistor →→ elektrický signál elektrický signál

• signály se používají s ohledem na signály se používají s ohledem na použité přenosové médium použité přenosové médium

77

Telefonní rozhovorTelefonní rozhovor(příklad použití více typů signálu)(příklad použití více typů signálu)

• je použito více typů signálůje použito více typů signálů– volající účastník volající účastník → mikrofon → přenosová → mikrofon → přenosová

cestacesta(akustický signál → elektrický signál popř. optický)(akustický signál → elektrický signál popř. optický)

– přenosová cesta →sluchátko →volaný účastníkpřenosová cesta →sluchátko →volaný účastník(elektrický signál →akustický signál)(elektrický signál →akustický signál)

88

Nedokonalosti přenosové Nedokonalosti přenosové cestycesty

• během přenosové cesty dochází ke během přenosové cesty dochází ke zkreslení signáluzkreslení signálu

• příčinoupříčinou– přeslechypřeslechy– interferenceinterference– šumyšumy

• zkreslení ale mohou způsobit všechny zkreslení ale mohou způsobit všechny bloky přenosového řetězce (nikoliv bloky přenosového řetězce (nikoliv jenom přenosová cesta)!jenom přenosová cesta)!

99

ŠumyŠumy

• podle vznikupodle vzniku

Rozdělujeme jeRozdělujeme je

• podle rozložení pravděpodobnostipodle rozložení pravděpodobnosti

• podle možnosti odstraněnípodle možnosti odstranění

1010

Šumy podle vznikuŠumy podle vzniku

• při snímání informacepři snímání informace

• kvantizační šumkvantizační šum

• při přenosupři přenosu

• při zpracování informacepři zpracování informace

1111

Šumy podle rozložení Šumy podle rozložení pravděpodobnostipravděpodobnosti

• bílý šumbílý šum

• Gaussův šumGaussův šum

1212

Šumy podle možnosti Šumy podle možnosti odstraněníodstranění

• systematickýsystematický

• náhodnýnáhodný

1313

OkruhOkruh

• okruh je pár vzájemně přiřazených okruh je pár vzájemně přiřazených protisměrných kanálů umožňujících protisměrných kanálů umožňujících protisměrnou komunikaciprotisměrnou komunikaci

• dva základní způsoby provozu:dva základní způsoby provozu:– simplex (poloduplex) – přenos signálů simplex (poloduplex) – přenos signálů

okruhem střídavě v jednom či druhém okruhem střídavě v jednom či druhém směrusměru

– duplex – přenos signálů okruhem současně duplex – přenos signálů okruhem současně v obou směrechv obou směrech

1414

Požadavky na přenos Požadavky na přenos signálusignálu

• co nejmenší odlišnosti původní a co nejmenší odlišnosti původní a reprodukované zprávyreprodukované zprávy

• přiměřené finanční náklady přiměřené finanční náklady

1515

Hodnocení el.signáluHodnocení el.signálu

• pomocí třech, vzájemně svázaných veličin, pomocí třech, vzájemně svázaných veličin, jejich souhrn nazýváme objem signálu Vjejich souhrn nazýváme objem signálu VSS

• dynamický rozsah signálu Ddynamický rozsah signálu DSS

– dynamický rozsah signálu se vyjadřuje jako dynamický rozsah signálu se vyjadřuje jako odstup střední hodnoty výkonu signálu Podstup střední hodnoty výkonu signálu PSS ku ku střední hodnotě výkonu šumu Pstřední hodnotě výkonu šumu PŠŠ

– např. u hovorového signálu představuje změnu např. u hovorového signálu představuje změnu amplitudy signálu vyjadřující rozsah hlasitosti amplitudy signálu vyjadřující rozsah hlasitosti od šepotu až do nejhlasitějšího výkřiku od šepotu až do nejhlasitějšího výkřiku

1616

Hodnocení el.signáluHodnocení el.signálu

• šířka pásma signálu Fšířka pásma signálu FSS (šířka (šířka frekvenčního spektra) frekvenčního spektra) – např. u akustických signálů je tato např. u akustických signálů je tato

veličina ohraničena nejnižšími a veličina ohraničena nejnižšími a nejvyššími sluchem vnímatelnými nejvyššími sluchem vnímatelnými frekvencemi (20Hz – 20kHz) frekvencemi (20Hz – 20kHz)

• doba trvání signálu Tdoba trvání signálu TSS

1717

Vlastnosti telekomunikačního Vlastnosti telekomunikačního kanálu kanálu

• vyjadřujeme obdobnými veličinami: vyjadřujeme obdobnými veličinami: – dynamický rozsah kanálu Ddynamický rozsah kanálu DKK – šířka pásma kanálu Fšířka pásma kanálu FKK – minimální doba trvání signálového prvku Tminimální doba trvání signálového prvku TKK, ,

jehož přenos kanál umožňuje jehož přenos kanál umožňuje – propustnost telekomunikačního kanálu Ppropustnost telekomunikačního kanálu PKK

propustnost kanálu musí být větší nebo rovna propustnost kanálu musí být větší nebo rovna objemu příslušného signálu a vysílač signálu objemu příslušného signálu a vysílač signálu musí parametry signálu přizpůsobit parametrům musí parametry signálu přizpůsobit parametrům kanálu kanálu

1818

Telefonní kanálTelefonní kanál

• hlavním kritériem srozumitelnost hlavním kritériem srozumitelnost

• na základě analýzy řeči stanoveno na základě analýzy řeči stanoveno základní pásmo 300 – 3400Hz základní pásmo 300 – 3400Hz

• dolní mezní frekvence byla určena dolní mezní frekvence byla určena vzhledem k přenosu energeticky vzhledem k přenosu energeticky bohatých složek hlasu, horní mezní bohatých složek hlasu, horní mezní frekvence vzhledem ke frekvence vzhledem ke srozumitelnosti srozumitelnosti

1919

Rozhlasový kanálRozhlasový kanál

• pro přenos rozhlasu a zvukového pro přenos rozhlasu a zvukového doprovodu televize režimu jednosměrného doprovodu televize režimu jednosměrného (simplexního) provozu (simplexního) provozu

• snaha o co největší věrnost původní snaha o co největší věrnost původní informace informace

• při přenosu rozhlasového signálu při přenosu rozhlasového signálu doporučeny tři typy rozhlasových kanálů:doporučeny tři typy rozhlasových kanálů:– normální typu B:normální typu B: 50Hz až 7kHz50Hz až 7kHz– normální typu A:normální typu A: 50Hz až 10kHz50Hz až 10kHz– vysoce kvalitní Q:vysoce kvalitní Q: 40Hz až 15kHz40Hz až 15kHz

2020

Kanál pro obrazovou Kanál pro obrazovou telegrafiitelegrafii

• obrazová telegrafie se používá k přenosu obrazová telegrafie se používá k přenosu nepohyblivých (statických) obrazů nepohyblivých (statických) obrazů

• půltónová telegrafiepůltónová telegrafie– umožňuje rozlišovat tóny barev (odstíny šedi, umožňuje rozlišovat tóny barev (odstíny šedi,

sytost)sytost)– např. letecké a družicové snímky např. letecké a družicové snímky

• dokumentová telegrafie dokumentová telegrafie – zařízení pro přenos je jednodušízařízení pro přenos je jednoduší– pro přenos černých a bílých bodůpro přenos černých a bílých bodů– např.TELEFAX (máme namysli klasický fax) např.TELEFAX (máme namysli klasický fax)

2121

Televizní kanál (videokanál)Televizní kanál (videokanál)

• pro přenos pohyblivých (dynamických) obrazůpro přenos pohyblivých (dynamických) obrazů• obraz snímané scény se rozkládá na obrazové obraz snímané scény se rozkládá na obrazové

řádky řádky • definovány normy definovány normy

– pro obdélníkový rastr obrazu (4:3 nebo 16:9)pro obdélníkový rastr obrazu (4:3 nebo 16:9)– počet snímků za sekundu (25) počet snímků za sekundu (25)

• jasová složkajasová složka– bílá barva scény se elektricky vyjadřuje nižším napětím bílá barva scény se elektricky vyjadřuje nižším napětím

(10% maxima) a černá barva vyšším napětím (70% (10% maxima) a černá barva vyšším napětím (70% maxima)maxima)

• barvonosná složkabarvonosná složka• zatemňovací synchronizační signály zatemňovací synchronizační signály

2222

Digitální kanályDigitální kanály

• pro přenos se používají digitální pro přenos se používají digitální kanály s různými přenosovými kanály s různými přenosovými rychlostmi (např.64kbit/s)rychlostmi (např.64kbit/s)

• kvalitnější přenoskvalitnější přenos

2323

Telekomunikační sítěTelekomunikační sítě

• rozhlasová síťrozhlasová síť

• televizní síťtelevizní síť

• datová síťdatová síť

2424

Inovační trendyInovační trendy

• nahrazování metalických kabelů optickýminahrazování metalických kabelů optickými

• stírání rozdílu mezi přenosovými zařízeními stírání rozdílu mezi přenosovými zařízeními na krátké a dlouhé vzdálenosti na krátké a dlouhé vzdálenosti

integrace původně oddělených spojovacích a integrace původně oddělených spojovacích a přenosových zařízenípřenosových zařízení

digitalizace původních analogových signálůdigitalizace původních analogových signálů prorůstání výpočetní a telekomunikační prorůstání výpočetní a telekomunikační

techniky a „zvyšování inteligence“ techniky a „zvyšování inteligence“ telekomunikačních sítí telekomunikačních sítí

2525

ModulaceModulace

• modulace slouží k efektivnímu využití modulace slouží k efektivnímu využití šířky pásma daného přenosového šířky pásma daného přenosového médiamédia

• rozlišujeme:rozlišujeme:– spojité modulace (s harmonickou spojité modulace (s harmonickou

nosnou vlnou)nosnou vlnou)– impulzní modulace impulzní modulace

2626

Spojité modulaceSpojité modulace

• Amplitudová modulaceAmplitudová modulace– tato modulace je technicky nejméně náročná, ale málo tato modulace je technicky nejméně náročná, ale málo

kvalitní a neodolná proti rušení kvalitní a neodolná proti rušení

• frekvenční modulace frekvenční modulace – amplituda signálu ovlivňuje frekvenci nosnéamplituda signálu ovlivňuje frekvenci nosné– mnohem odolnější proti rušení a kvalitnějšímnohem odolnější proti rušení a kvalitnější

• fázová modulacefázová modulace– amplituda nosné postupně mění fázi nosnéamplituda nosné postupně mění fázi nosné

• Vícenásobné použití spojitých modulací vede Vícenásobné použití spojitých modulací vede k vícenásobnému využití kapacity přenosové k vícenásobnému využití kapacity přenosové cesty (frekvenčně dělený multiplex) cesty (frekvenčně dělený multiplex)

2727

Spojitý modulátorSpojitý modulátor

Modulátor

nosná

signálmodulačníprodukty

2828

Impulsní modulátorImpulsní modulátor

Modulátor

zdroj taktovacíhosignálu

signálmodulačníprodukty

2929

Impulsní modulaceImpulsní modulace

• na principu odebíraní vzorků ze vstupního na principu odebíraní vzorků ze vstupního signálu v rytmu taktovacího signálusignálu v rytmu taktovacího signálu

3030

Impulsní modulaceImpulsní modulace

• nekvantované impulsní modulacenekvantované impulsní modulace– založeny na metodě vzorkování signáluzaloženy na metodě vzorkování signálu

• kvantované impulsní modulacekvantované impulsní modulace– používají navíc tzv. metodu kvantovánípoužívají navíc tzv. metodu kvantování– velikost vzorku je nikoliv analogová, ale velikost vzorku je nikoliv analogová, ale

digitální (její velikost může nabývat digitální (její velikost může nabývat pouze předem daného počtu hodnot)pouze předem daného počtu hodnot)

3131

Druhy impulsních modulacíDruhy impulsních modulací

• nekvantovanénekvantované– pulzně-amplitudová (PAM)pulzně-amplitudová (PAM)– pulzně-polohová (PPM)pulzně-polohová (PPM)– pulzně-šířková (PŠM)pulzně-šířková (PŠM)

• kvantované kvantované – pulzně-kódová (PCM)pulzně-kódová (PCM)– delta modulace (DM)delta modulace (DM)

3232

Impulsní modulaceImpulsní modulace

• vícenásobné využití přenosové cesty vícenásobné využití přenosové cesty metodou tzv. časového třídění kanálů metodou tzv. časového třídění kanálů (časový multiplex)(časový multiplex)

3333

Zdroje informacíZdroje informací

• Telekomunikační technika I., J. Telekomunikační technika I., J. Svoboda a kolektiv, Nakladatelství Svoboda a kolektiv, Nakladatelství Sdělovací technika, Praha 2000Sdělovací technika, Praha 2000

• http://komzak.webz.cz/old/skola/dp/http://komzak.webz.cz/old/skola/dp/sum.htmlsum.html

3434

Děkujeme za Děkujeme za pozornostpozornost