Network ins

Верица Васиљевић

Висока школа електротехнике и рачунарства струковних студија

Рачунарске мрежe

Поглавље 4 и 5Комуникациони модел

Аналогни и дигитални пренос података

Рачунарске мреже

Пренос Све информације

• говор• подаци• слика

Преносе се електромагнетским таласима


Термини

Предајник

Пријемник

Медијум (средина)• Жични• Бежични


Комуникациони модел


Комуникациони модел - пример


Комуникациони модел


Податак је репрезентација чињеница, концептаили инструкција форматизованих наодговарајући начин.

Информација је значење које човек додељујеподацима.

Податак и информација


Директна веза

Тачка тачка

Више тачака

Термини


Симплекс• једносмерно

Полудуплекс• двосмерно, не истовремено

Потпуни дуплекс• двосмерно, истовремено

Термини


Временски домен (концепт временскогдомена):• Аналогни сигнал• Дигитални сигнал

Врсте сигнала


Апериодични сигнал

Периодични сигнал

Врсте сигнала


Максимална амплитуда (Am, A)

Учењстаност (f)• T = 1/f

Фаза (, θ)• Релативна позиција у времену

Синусни сигнал(простопериодични сигнал)


Синусни сигналs(t) = A sin(2ft +θ)


Сигнал се може представити преко компоненантаразличите учестаности

Компонете су простопериодични синусни иликосинусни сигнали

Фреквенцијски домен


Сваки сигнал може се представити као скуп одпростопериодичних комонената сигнала(синусних или косинусних).

Фуријеова анализа

Може се нацртати функција у фреквенцијскомдомену

Фреквенцијски домен


Сабирање f и 3 f (T=1/f)


Представљање у фреквенцијскомдомену


Спектар• Опсег учестаности које неки сигнал садржи

Апсолутни опсег• Ширина спектра

Ефективан опсег• Често само опсег• Узак опсег учестаности садржи (носи) највећи деоенергије сигнала

Једносмерна компонента (DC)• Компонента нулте учестаности

Спектар и опсег учестаности


Сигнал са једносмерномкомпонентом


Сигнал са три компоненте


Апроксимација дигиталног сигнала


Однос брзина преноса података иопсега

Сваки систем за пренос има ограничење којеучестаности пропушта (огрaничени пропусниопсег)

Због тога постоји ограничење у брзини податакакоје се могу остварит.


Аналогни и дигитални преносподатака

Подаци (Data)• Целине које “носе” “имају” значење

Сигнали (Signals)• Електрична или електромагнестка репрезентацијаподатака

Пренос - трансмисија (Transmission)• Пропагација и обрада сигнала


Аналогно• звук, видео сигнал

Дигитални• текст, цели бројеви

Аналогни и дигитални подаци


Спектар звучног таласа


Спектар говора


Фреквенцијски опсег људског уха иде од 20 Hz до 20 kHz• Човек опажа разлику од 2 Hz

Неке животиње, посебно пси могу чути и вишефреквенције

Начин на који људско ухо чује може да сепредстави логаритамском функцијом

Како човек чује?


Однос два снаге P1 и P1 изражава у децибелимапрема формули:

• PdB = 10log10 (Pa / Pb)

Како човек чује?


Снага сигнала: • обично опада експоненцијално• губитак се једноставно описује прекодецибела који су логаритамска јединица

Добитак и губитак у каскадном преносномпуту се може израчунати једноставнимсабирањем или одузимањем.

Снага сигнала


Децибели су мера за разлику између нивоадва сигнала

NdB=10log (P2/P1) • где je:• NdB = број децибела,• P1,2 = снага сигнала,

• log10 = логаритам за основу 10.

P1 P2



Када је однос снага дефинисан: NdB=10log (P2/P1) онда:

• појачање (G - Gain) има позитивну вредност а• слабљење (L - Loss) негативну вредност.

Слабљење се може дефинисати као односснаге сигнала на улазу и излазу преносногсистема• тада је његова вредност позитивна.



P2 = P1*10 **(NdB/10)• Губитак = 10 log (5/10) = 10 (-0.3) = - 3dB• Појачање = 10 log (10/5) = 10 (0,3) = 3dB

Пример 1: P2=P1

• NdB=10log10 (P2/P1) =10 log 10 (P2/P1) =• NdB=10 log 10 1 =0• 100 = 1



Снага (dBW)= 10 log [Снага(W) /1W] NdBW=10log10 (P2/ 1W)

Снага (dBmW)= 10 log [Снага(W) /1mW] NdBmW=10log10 (P2/ 1mW)



Претпостављамо да је P1 = 1 W и да желимо даизмеримо снагу релативно у односу на 1 W.

Пример 2: за 1 kW (1000 W) у децибелимаупотребићемо формулу:• NdBW=10log10 (P2/ 1W) =• 10log10 (1000/ 1) =10 log10 (103) • = 3*10 log10 (10) • = 30dB

Снага сигнала - примери


Пример 3: за 1mW (0,001 W) у децибелимаупотребићемо формулу:• NdBW=10log10 (P2/ 1W) =10log10 (0,001/ 1) =10

log10 (10-3) • =(-3)*10 log10 (10)• = -30dB

Снага сигнала - примери


dBi• dB(isotropic) — појачање антене у односу наидеалну изотропску антену која равномерноемитује енергију у свим правцима



Предност и мана дигиталногпреноса

Јефтинији

Мање осетљив на шум

Веће слабљење


Слабљење дигиталних сигнала

Веће слабљење снаге сигнала на вишимучестаностима Импулси су постали:

• заобљени и• смањени


Предајник на телефону претвара (конвертује) долазећи говорни (звучни) сигнал уелектромагнетски сигнал у опсегу 300Hz до3400Hz.

Пренос говора


Пренос говора кроз телефонскумрежу

Овај сигнал се преноси кроз телефонску мрежука пријемнику Пријемник репродукује звучни сигнал издолазећег електромагнетског сигнала.


Пренос бинарних података Често коришћени сигнал за бинарне податке судва константана напонска нивоа:• један ниво за бинарно „1” и• један ниво за бинарно „0”


представљају податке са континуалнопроменљивим електромагнетским таласима

Аналогни сигнали


представљају податке са секвенцаманапонских импулса

Дигитални сигнали


Аналогни сигнал преноси се без залажења уњегов садржај Слаби се простирањем (са раздаљином) Користе се појачавачи

• Појачавачи појачавају и шум

Аналогни пренос


Дигитални преносни систем бави се (анализирасадржај) Користе се обнављивачи сигнала -рипитери

(Repeaters)• рипитери примају сигнале• поново их “обновљене” шаљу• превазилази слабљење• шум се не појачава (већ одбацује)

Дигитални пренос


Грешка

Дигитални пренос и шум


Дигитална технологија• Ниске цене LSI/VLSI технологије

Искоришћење капацитета• Економичан је за везе великог пропусног опсега• Мултиплексирање је једноставније коддигиталних техника

Сигурност и приватност• Шифрирање (Encryption)

Предност дигиталног преноса


Релативно

слабљењ

еизраженоу

[dB

]

Учестаност [Hz]

Амплитудско слабљење


Узрок је различита брзина простирања сигнала узависности од учестаност кроз жичнетрансмисионемедијуме

Релативно

кашњењ

обвојницеизраженоу

[mse

c]

Учестаност [Hz]

Кашњење говорног канала


Додатни нежељени сигнал који се умеће измеђупредајника и пријемника

Шум

Сигнал + шум

Сигнал

Шум - сметња


Термички шум• Последица је термичког кретања електрона• Равномерне је расподеле (његова снага је иста насвим учестаностима)

• Бели шум

Врсте шумова


Интермодулациони• Сигнали који су збир иразлика оригиналнеучестаности које делемедијум

• На пример појавља секомпонента 2f0 и 4f0.



Преслушавање• Сигнал из једне линије “покупљен” од странедруге линије (укрштање путева)

Имулсни• Нерегуларни импулси• нпр. спољашње електромагнетске сметње• Кратког трајања• Великог интензитета



Брзина података• У битима у секунди – bps (b/s)• Брзина којом се могу преносити подаци

Ширина опсега• У циклусима у секунди - Hz• Ограничена је предајником и медијумом

Капацитет канала


За задати опсег B, највећа брзина сигнала је 2B

За задати бинарни сигнал, брзина податка којуможе да обезбеди са B Hz је 2B b/s

Никвистов опсег


Може се увећати употребом M сигнализационихнивоа

Никвист: C= 2B log2M

Никвистов опсег


Т= 2*tb => f=1/(2*tb)• R=1000b/s =>tb=1/1000=1ms,• Т= 2*tb = 2ms, f=1/(2* 10-3) • f1 = 0,5kHz

• R= 1M b/s => tb=1/ 106 =1μs, • T = 2*10-6 = 2μs, f = 1/(2* 10-6)= • f1 = 0,5 MHz

Опсег


Опсег


R=1kb/s => f1 = 0,5kHz

B = 5f1 - f1 = 4 f1 = 4*0,5kHz = 2kHz

R=1Mb/s => f1 = 0,5MHz

B = 5f1 - f1 = 4 f1 = 4*0,5kHz = 2MHz

Опсег


Опсег


Узима у обзир: • брзину података, • шум, и• ниво грешке

Већа брзина података, краће је трајање свакогбита, тако да шум утиче на већи број битова

За задати ниво шума, велика брзина значи већу(вероватноћу) грешке.

Шенонова формула за капацитетканала


Однос сигнал шум (изражава се у децибелима) –db.

SNdB=10 log10 (S/N),

• S- снага сигнала, • N - снага шума.

Капацитет: C = B log2(1+ S/N)

За S/N = 30dB и B=3000 Hz, C=30000 b/s

Шенонова формула за капацитетканала

Documents

Network ins