ANALOGNI I DIGITALNI SIGNALI Signali se mogu prenositi preko razliitih prenosnih medijuma kao analogni i kao digitalni. Digitalni prenos omoguava vee brzine, bolji kvalitet reprodukcije, manje greaka jednostavnije i obino jeftinije krajnje ureaje. Analogni signal menja tokom vremena svoje vrednosti, a najznaajniji parametar mu je period odnosno frekvencija. Period je vreme jedne pune oscilacije talasa. Frekvencija je broj perioda u 1 sekundi i izraava se hercima (Hz). Brzina prenosa analognih signala izraena je frekvencijom na kojoj radi mrea. irina propusnog opsega analognih usluga je razlika izmeu najvie i najnie frekvencije unutar koje se prenose podaci. irina propusnog opsega znai prenosni kapacitet nekog prenosnog medija.

Npr. klasina telefonija ima irinu propusnog opsega 3.1 kHz (od 300 do 3400 Hz). Simetrini neekranizirani kablovski vod ima irinu propusnog opsega od oko 120 kHz, to znai da se u oba smera po istom vodu moe istovremeno prenositi 12 telefonskih kanala. Ovaj vod je uskopojasan, dok su koaksijalni i optiki vodovi irokopojasni vodovi.

Analogni signal Prenos analognog signala na daljinu

Analogni signal slabi tokom prenosa ili nestaje Na njega se superponiraju smetnje i umovi. Zbog slabljenja signala, na odreenim razmacima se u vod ugrauju pojaavai. Meutim pojaava ne razlikuje elektrinu energiju uma od energije korisnog signala, pa pojaava i signal i um. U telefoniji ovo i nije veliki problem, ali u prenosu podataka moe imati katastrofalne posledice. Npr. kod prenosa finansijskih podataka, primljeni podatak o nekoj prodaji moe biti 300 000 din, dok je poslati podatak bio 3 miliona dinara.

Digitalni signali se prenose u obliku binarnih bitova. U telekomunikacijama binaran znai da postoje samo dve vrednosti za prenesene bitove informacije: onima napona (1) off nema napona (0). Upravo zbog postojanja samo dve razliite vrednosti, digitalni signal je lake obnavljati od analognog koji ima sloeniji oblik i mnotvo razliitih vrednosti. Brzina digitalnog prenosa izraena je u bitima u sekundi (bit/s ili bps), a isto tako i irina propusnog opsega ili prenosni kapacitet medijuma (to vea brzina to je i vea koliina podataka koja se moe istovremeno prenositi). esto se meaju pojmovi bit i bajt. Bit je samo on ili off signal. Bajt (B) je znak prikazan odgovarajuim brojem bita (proireni ASCCI kod koristi 8 bita). Bajt je jedinica koliine podataka. I digitalni signali slabe s poveanjem udaljenosti i osetljivi su na smetnje. Meutim lake ih je obnoviti od analognih. Za razliku od analognih pojaavaaa, digitalni regeneratori potpuno uklanjaju um.

Prenos digitalnog signala na daljinu

Upotreba TK vodova za pojedinu vrstu prenosa

Razvojem novih tehnologija kao to su ISDN i ADSL brzine prenosa po obinoj simetrinoj parici se poveavaju, a razvojem DWDM (multipleksni prijenos sa gustom raspodjelom valnih duljina) brzine po optikim kablovima postaju nesluene.

TK vodprijenosbrzina prijenosabroj kanalaSIMETRINAPARICAanalognido 120 kHz12digitalni2 Mbit/s30KOAKSIJALNAPARICAanalognioko 60 MHz10 800digitalni560 Mbit/s7 680Optiko vlaknodigitalni10 Gbit/s120 000

VRSTE ZVUKA isti ton - zvuk samo jedne frekvencije 2. Sloeni ton - periodino neharmonino titranje 3. um - nepravilno neperiodino titranje bez stalnih frekvencija i amplituda 4. Tranzijentne zvune pojave - nagli, kratkotrajni i jednokratni zvuk (npr. pucanj)

ZVUNI SPEKTAR Dinamika karakteristika ljudskog uha

Jaina zvuka u dB

Svojstva ljudskog govora i sluha

Tiho aptanje 17 fonaSrednja glasnost 50 fona Vrlo glasan govor 80 fona Vrne vrednosti govora 84 fona Granica bola 120 fona Normalna glasnost 17 - 70 fona

PRINCIPI MULTIPLEKSNOG PRIJENOSA multipleksni prenos (viestruki prenos) istovremeni prenos vie informacijskih kanala po istom prenosnom mediju (npr. po jednoj telefonskoj parici) Telefonski razgovor se prenosi u niskofrekvencijskom podruju od 300 do 3400 Hz (telefonija na 3.1 kHz) tj. kao govorni kanal irine 3100 Hz. Kako je frekvencijsko prenosno podruje prenosnih medijuma daleko ire, namee se potreba njihovog to boljeg iskoritavanja to upravo omoguava multipleksni prenos. Vrsta prijenosnog medija Frekvencijski opseg simetrina parica 0-120 kHz koaksijalna parica 60 kHz-60 MHz optiko vlakno 1012-1015 Hz slobodan prostor (radiokomunikacije) 3 kHz-3000 GHz

Multipleksni prenos se ostvaruje pomou dve metode: FDM (Frequency Division Multiplex)- multipleksni prenos s frekvencijskom raspodelom kanala ili frekvencijski multipleksTDM (Time Division Multipleks)- multipleksni prenos s vremenskom raspodelom kanala ili vremenski multipleks Za prenos po optikim kablovimaa razvio se multipleksni prenos s gustom raspodelom talasnih duina (DWDM Dense Wavelenght Division Multiplexing) gde se svaka talasna duina svetlosti prenosi brzinom od 10 Gbps (120 000 kanala). U multipleksnom prenosu irina telefonskog kanala je 4 kHz, a njime se moe prenositi bilo koja vrsta informacije, a ne samo govor.

FREKVENCIJSKI MULTIPLEKS Telefonski kanal (300-3400 Hz) se pomou modulacije pomera u vie frekvencijsko podruje. Svaki telefonski kanal ima svoj frekventni opseg te se po istom vodu moe slati vie telefonskih kanala smetenih na frekvencijskoj skali jedan do drugoga. Dakle, razliiti kanali se istovremeno prenose po istom vodu, a kriterijum meusobnog razlikovanja je frekvencija.

VREMENSKI MULTIPLEKS Informacijski kanali se prenose po istom vodu u odreenim vremenskim intervalima umesto u odreenim frekvencijskim intervalima. To se moe slikovito prikazati rotirajuim sklopkama na krajevima voda koje fiziki spajaju odgovarajue parove kanala predajnika i prijemnika u ritmu takt impulsa. Ove sklopke se okreu sinhrono (istom brzinom) i istofazno (imaju isti poetni poloaj). Kanali predajnika i prijemnika nisu neprekidno fiziki spojeni za vreme veze, ve samo u odreenim vremenskim trenucima, ali kako je interval ponavljanja spajanja kratak i odvija se velikom brzinom dobijva se utisak stalnog spoja.

MODULACIONE TEHNIKE Modulacija je postupak u kojem se menja neki od parametara nosioca ili prenosnog signala pod uticajem moduliueg signala koji predstavlja informaciju. Informacijski signal se modulie zbog toga to obino nije mogu njegov prenos u originalnom frekvencijskom opsegu ili zbog multipleksnog prenosa po istom prenosnom medijumu. Modulacija je samo deo sistema za prenos informacija.

Izvor informacije: daje bilo koju vrstu informacije koju elimo preneti (govor, muzika, slike, podaci, tekst, merene veliine itd.) Pretvara informacije: pretvara neelektrinu informaciju u elektrini signal (npr. mikrofon pretvara zvuk u elektrini napon.

Pretvara signala: modulie elektrini informacijski signal ako se ovaj ne moe preneti u originalnom frekvencijskom opsegu. Npr. radio signal se moe prenositi samo na visokim frekvencijama; u telefoniji se zbog boljeg iskoritenja prenosnog medijuma po njemu istovremeno prenosi vei broj telefonskih kanala.

Prenosni kanal ili vod: prenosni medijum kao bakarna parica, optika vlakna, slobodan prostorIzvor smetnji: razliiti izvori smetnji koje naruavaju kvalitet signala i koji mogu delovati na bilo kojem delu prenosnog puta (npr. smetnje pri ukljuivanju i iskljuivanju elektrinih potroaa, indukovani naponi zbog EM polja elektrinih vodova, um u vodovima itd.) Pretvara signala (prijemnik): Iz modulisanog signala izdvaja originalni signal koji je uao u modulator. Na alost demodulie se i signal smetnje. Pretvara informacije (prijemnik): reprodukuje informaciju iz demodulisanog elektrinog signala. Odredite informacije: korisnik informacije npr. ljudsko uho

Vrste modulacije

ModulacijsketehnikeInformacijski signal(moduliui signal)Prenosni signalVrsta modulacijeANALOGNEanalognisinusni- amplitudska modulacija (AM)- frekvencijska modulacija (PM)- fazna modulacija (PM)DIGITALNEdigitalnisinusni- amplitudska binarna modulacija (ASK)- frekvencijska binarna modulacija (FSK)- fazna binarna modulacija (PSK)IMPULSNEanalogniimpulsnimoduliui signal nekodovan:- impulsno amplitudna (PAM)- impulsno irinska (PDM)- impulsno pozicijska (PPM)- impulsno frekvencijska (PFM)moduliui signal kvantovan i kodovan:- impulsno kodna (PCM)- delta modulacija (DM)

ANALOGNE I DIGITALNE MODULACIJE

IMPULSNE MODULACIJE

Imulsno kodna modulacija - PCM

Pretvaranje analognih signala (govor, muzika, slika) u digitalne radi prenosa, obrade.(Reeves patent 30-tih 20.st.)

Uzorkovanje, kvantizacija po amplitudi (PAM - pulse amplitude modulation), digitalno kodovanje (PCM - pulse code modulation), (prenos), dekodovanje (PAM) i rekonstrukcija signala.

Kvalitet signala ne zavisi od prenosa, ve od krajnjih ureaja (S/N, linearnost, frekvencijska karakteristika) ako je uestanost greaka(BER bit error ratio/rate) manja od granine vrednosti (npr. 10-9)

IMPULSNO KODNA MODULACIJAPCM Pulse Code ModulationDigitalni prenos je kvalitetniji, sigurniji i ekonominiji od analognog prenosa. Digitalni signal, zbog samo 2 razliite vrijednosti (1 i 0), ima manja izoblienja, lake ga je obnoviti bez uticaja uma i postie vei domet od analognog signala. Osnova digitalnog prenosa je teorema uzorkovanja (odmeravanja). Teorema uzorkovanja kae da je svaka funkcija koja ne sadri frekvencije vie od gornje granine frekvencije fg potpuno odreena svojim diskretnim vrednostima uzetim u vremenskim intervalima T0 = 1/2fg = Tg/2

Gde je:

fg = najvia frekvencija signala Tg = period najvie komponente signala. Pri prenosu analognog signala ne moramo prenositi sve vrednosti signala kojih teoretski ima beskonano mnogo, ve ogranien broj vrednosti signala odreen teoremom uzorkovanja. Uzorci se mogu uzimati u kraim intervalima od T0, ali nikako u duim.

Frekvencija uzimanja uzoraka mora biti jednaka ili vea od dvostruke maksimalne frekvencije analognog signala;

f0 = 1/T0 2fg Transformacija analognog signalaImpulsno kodnom modulacijom postie se pretvaranje analognog govornog signala (300-3400 Hz) u digitalni signal.

Faze PCM modulacije:

Niskopropusno filtriranje:NF filtar odseca sve frekvencije analognog signala iznad gornje granine frekvencije radi spreavanja preklapanja originalnog signala s modulisanim signalom. Uzorkovanje ili impulsno amplitudna modulacija (PAM):U ovoj fazi se iz analognog signala uzima 8000 uzoraka u sekundi (frekvencija uzorkovanja je 8000 Hz) odnosno iz analognog signala se svakih 125 s uzima trenutna vrednost signala.

Impulsno kodna modulacija PCM

Kvantizacija:Poto se svaki uzorak analognog signala koduje sa 8 bitova, broj moguih kodnih kombinacija je 28 = 256. Ove kodne kombinacije se zovu kvantizacione vrednosti.Kvantizacione vrednosti su celi brojevi od -127 do 127 ili od 0 do 256 zavisno od naina modulacije. U postupku kvantizacije svakom uzorku analognog signala se pridruuje jedna od 256 kvantizacionih vrednosti. Time se unosi greka tzv. um kvantizacije, jer po vrednostima malo razliiti uzorci mogu imati istu kvantizacionu vrednost.

Kodovanje:Kvantovane vrednosti uzoraka analognog signala se koduju s 8 bita tj. pretvaraju u niz od osam 1 i 0 odnosno u niz strujnih i bestrujnih impulsa prepoznatljivih kao digitalni signal.Brzina ovog signala iznosi 64 kbit/s (8000 uzoraka/s 8 bita = 64000 bita/s) i predstavlja osnovnu brzinu na kojoj se grade digitalni sistemi veih brzina.Primer: Kvantovana vrednost amplitude PAM signala ili uzorka je +112.

U PCM modulaciji kvantovane vrednosti mogu biti i samo celi brojevi, dakle od 0 do 256, ali tada 1. bit (MSB) kao najznaajniji bit ima vrednost 27 = 128, a ne odreuje predznak kvantovane vrednosti. Ali opet e svi uzorci negativnih vrednosti (naponi negativnog polariteta) imati 1. bit 0, a oni pozitivnih vrednosti (naponi pozitivnog polariteta) 1.Tada je 1. bit bit najveeg znaaja ili vrednosti (MSB most significant bit), a 8. bit je bit najmanjeg znaaja ili vrednosti (LSB least significant bit)

PCM DEMODULACIJA PCM demodulacijom se postie pretvanje digitalnog u analogni signal. Faze demodulacije: Dekodovanjem digitalnog signala dobijaju se kvantovane vrednosti amplituda PAM signala (uzoraka analognog signala). Ovaj signal nije potpuno isti kao signal nakon uzorkovanja u modulaciji jer se u fazi kvantizacije svim uzorcima koji su upali u isti interval kvantizacije pridruivala ista kvantizaciona vrednost iako su oni po iznosu mogli biti malo razliiti. Ova greka se naziva um kvantizacije, a manja je to je vie intervala kvantizacije tj. vei broj bita. Nakon proputanja PAM signala kroz niskopropusni filtar (npr. RC filtar) dobija se analogni signal kao reprodukcija originalnog signala. Ovaj signal se pomou izlaznog pretvaraa reprodukuje u poslatu informaciju (npr. preko zvunika u zvuk).

REGENERACIJA DIGITALNOG SIGNALA Na svom putu kroz mreu i digitalni signal se izobliuje. Ponovna rekonstrukcija digitalnog signala se obavlja u regeneratorima.Regenerator ispituje impulse tano u sredini

Regeneratori se ugrauju svakih 70 -130 km i vie. Za razliku od analognih pojaavaaa oni u potpunosti uklanjaju um iz digitalnog signala.Za svaki digitalni prenosni sistem definisan je BER (Bit Error Rate).Bilo koji sistem je neraspoloiv ako je BER loiji od 10-3 (ako je na 1000 bita jedan bit pogrean).

DIGITALNI SISTEM PCM 30/32 Ukoliko elimo po istom prenosnom medijumu da istovremeno prenesemo vei broj kanala, nakon uzorkovanja se vri vremensko multipleksiranje, koje moemo prikazati rotirajuom sklopkom kojom upravljaju takt impulsi. Evropski standardni TDM sistem je PCM 30/32 sistem.

Budui da je vreme izmeu dva uzastopna uzorka istog kanala 125 s, rotirajua sklopka se na svakom kanalu zadri 3,9 s (125 s /32 = 3,9 s). Ovo vreme se zove vremenski slot (trajanje uzetog uzorka + zatitni razmak izmeu uzoraka susednih kanala). Vreme od 125 s zove se okvir (frame). U okviru postoje 32 slota. Unutar jednog slota alje se kod odgovarajueg kanala. Slotovi su oznaeni oznakama T0 T31. Slot T0 slui za sinhronizaciju tj. osigurava da bitovi odreenog govornog kanala s predajne strane dou u odgovarajui govorni kanal na prijemnoj strani. Slot T16 koristi se za signalizaciju, a preostalih 30 slotova predstavlja govorne kanale. Niz od 16 okvira predstavlja multiokvir koji traje 2 ms. Broj impulsa koji se prenese na liniju u 1 sekundi kod ovog sistema dobija se mnoenjem tri faktora: broj kanala32 broj uzoraka po kanalu 8000 s-1 broj bita po uzorku8 to ukupno daje 2 048 000 bit/s = 2,048 Mbit/s tj. okruglo 2 Mbit/s. Umnoavanjem pomou multipleksera i to za faktor 4 dobijaju se sistemi jo veih brzina i broja kanala.