Upload
igleo89
View
228
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Transmisia in banda de baza
Citation preview
Tehnici de comunicatii – Indrumator de laborator
Lucrarea 1 – Transmisia in banda de baza
1
Lucrarea 1.
Transmisia in banda de baza
Intr-o transmisiune de date, informatia transmisa poate fi de origine
analogica sau numerica. Un semnal este considerat numeric (digital) daca el
este discretizat in timp si in amplitudine, ceea ce inseamna ca amplitudinea sa
poate lua doar anumite valori, care raman constante pe intervale bine
precizate de timp (respectiv pe intervalul corespunzator duratei unui simbol).
Pentru semnalele analogice, amplitudinea acestora variaza de o maniera
continua in timp.
O informatie analogica poate fi convertita in numeric, de exemplu
semnalele video sau audio. De asemenea si procesul invers este posibil,
respectiv conversia din numeric in analogic. Semnalele ce reprezinta datele pot
fi considerate impulsuri modulate in amplitudine. Aceste impulsuri, numite
semnale in banda de baza, au un spectru de frecvente care include frecventele
foarte joase si ocupa o banda de frecvente mult mai mare decat banda
telefonica vocala. Transmiterea lor se poate face, in functie de caracteristicile
canalului de telecomunicatii, in banda de baza sau, si aceasta este cazul cel mai
des intalnit, prin modularea unui purtator de frecventa adecvat aleasa.
IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) defineste “banda
de baza” ca fiind banda de frecvente ocupata de un semnal (de date) inainte ca
acesta sa moduleze un purtator (sau subpurtator) pentru a se obtine semnalul
care trebuie transmis. Un semnal de date in banda de baza este, prin urmare,
un semnal de date asa cum el se prezinta la iesirea sau la intrarea unui
echipament de prelucrare sau de prezentare a datelor.
Deci putem spunem despre o transmisie de date ca se face in “banda de
baza” daca semnalul de date nu sufera nici un fel de deplasare spectrala
datorata modulatiei. Semnalele in banda de baza sunt supuse atenuarilor
introduse de catre liniile de transmisie, ele trebuind regenerate periodic in
cazul transmisiilor pe distante lungi.
Tehnici de comunicatii – Indrumator de laborator
Lucrarea 1 – Transmisia in banda de baza
2
In prezent transmisiunile de date se realizeaza in cea mai mare parte pe
canalele ce permit mai multe fluxuri simultan, in aceaste cazuri fiind necesara
translatarea spectrului semnalelor din banda de baza in banda (benzile)
cablului respectiv.
Sunt insa si cazuri cand este mai avantajoasa transmisia in banda de
baza. Circuitele telefonice bifilare nebobinate, cablurile coaxiale, fibrele optice,
permitand transmisia unor semnale cu frecventa mult mai mare decat
frecventa limita a unui canal telefonic vocal, pot fi echipate pentru transmisiuni
in banda de baza, oferind viteze de transmitere a datelor foarte ridicate.
Sistemele de transmisie in banda de baza pot fi analogice (telefonia
analogica, sisteme de televiziune cu circuit inchis) sau digitale (telefonia
digitala, retele locale de calculatoare).
In general, semnalul binar propriu zis nu este transmis pe linia de
comunicatie sub forma sa bruta, ci se utilizeaza diverse tehnici de codare a
acestuia in prealabil. Motivele care stau la baza acestei codari sunt diverse:
Recuperarea tactului necesar unei transmisii sincrone este facilitata de
catre secventele binare care prezinta tranzitii cat mai numeroase intre
doua stari care corespund unor simboluri. Este astfel de dorit evitarea
transmiterii unor secvete de date care sa corespunda unor siruri lungi
de 1, respectiv 0.
Formarea spectrala („spectrum shaping”) a semnalului ce se transmite
fara a utiliza tehnici de modulare sau filtrare. Acest lucru poate fi
important de exemplu in aplicatiile pe liniile telefonice, care introduc
atenuari puternice ale semnalului la frecvente mai mari de 300kHz.
Eliminarea componentei continue din semnal.
Utilizarea eficienta a benzii de frecventa. Se pot transmite date cu un
debit mai mare utilizand aceeasi banda de frecventa.
Principalele limitari sunt determinate de diafonia prin cuplaj intre
perechile aceluiasi cablu. De asemenea distanta de transmisie este limitata la
10 – 20 km dar, pentru retelele de tranmisiuni de date locale, aceasta distant
este suficient de mare. Daca este necesar, marirea distantei de transmisie se
Tehnici de comunicatii – Indrumator de laborator
Lucrarea 1 – Transmisia in banda de baza
3
poate asigura prin utilizarea repetoarelor regeneratoare si a amplificatoarelor
de banda larga inserate pe liniile de transmisiuni.
1. Modemul
Modemul (Modulator - Demodulator) este un dispozitiv care moduleaza
un semnal purtator analog pentru a coda informatie digitala, si de asemenea
demoduleaza un astfel de semnat purtator pentru a decoda informatia
transmisa. Scopul este producerea unui semnal care sa poate fii transmis usor
si care sa poate fii decodat pentru a reproduce datele digitale originale.
Multi ani, compania americana AT&T a mentinut un monopul asupra
echipementelor ce puteau fi conectate electric la reteaua lor telefonica.
Producatorii de echipamente de comunicatii au gasit o solutie de a evita acest
monopol, creand un modem care nu era legat direct la linie, ci era clupat audio
cu sistemul telefonic. Acest modem poate fi vazut in figura de mai jos.
Figura 1.1. Modem cuplat audio.
Cel mai cunoscut exemplu este modemul voiceband care transforma
codul binar al unui calculator personal in sunete care pot fi transmise pe liniile
telefonice si odata receptionat la capatul celalalt transforma acest semnal
inapoi in binar. Modemurile sunt, in general, clasificate in functie de cantitatea
Tehnici de comunicatii – Indrumator de laborator
Lucrarea 1 – Transmisia in banda de baza
4
de date pe care o pot trimite intr-o anumita perioada de timp, masurata in biti
pe secunda, sau "bps". De asemenea, acestea pot fi clasificate dupa BAUD,
adica de cate ori apar modificari de semnal intr-o secunda.
Modemuri tot mai rapide sunt folosite de utilizatorii de Internet in
fiecare zi, in special modemuri prin cablu si modemuri ADSL. In telecomunicatii,
modemurile radio de banda larga de frecvente transmit pachete repetate de
date la rate foarte mari prin legaturi de microunde radio. Modemul radio de
banda ingusta este utilizat pentru pachete de date la rate mici, de pana la
19.2kbps, si este destinat special retelelor private de radio. Unele modemuri cu
microunde transmit mai mult de o suta de milioane de biti pe secunda.
Modemurile optice transmit date prin fibra optica, avand rate de date de peste
un miliard de biti pe secunda. Un kbps, asa cum este definit in telecomunicatii
inseamna 1000 de biti pe secunda, si nu 1024 de biti pe secunda cum este
definit in binar. De exemplu, un modem de 56k poate transfera date de pana la
56,000 de biti pe secunda, care in binar inseamna doar 7,8kB.
Debitele strandard folosite de modemurile pe linia telefonica sunt:
100bps (110 BAUD);
300bps (300 BAUD);
1.2kbps (600 BAUD);
2.4kbps (1200 BAUD);
4.8kbps (1600 BAUD);
9.6kbps (2400 BAUD);
14.4kbps (2400 BAUD);
28.8kbps (3200 BAUD);
33.6kbps (3429 BAUD);
56kbps (8000 BAUD);
Modemurile mai noi pot sa depaseasca debitul informational de 56kbps
prin compresia datelor inainte ca acestea sa fie trimise pe linie. Fizic se
transmite tot 56kbps, dar prin compresie se pot atinge debite pe pana la
300kbps. Acest debit este variabil chiar si presupunand ca linia nu isi modifica
caracteristicile, in functie de tipul informatiei transmise.
Tehnici de comunicatii – Indrumator de laborator
Lucrarea 1 – Transmisia in banda de baza
5
2. Coduri in banda de baza
Codurile din banda de baza se comporta asemanator cu modulatiile,
modificand distributia energiei in banda si ajutand la sincronizarea tactului la
receptie. Diferenta intre un semnal in banda de baza si unul modulat este ca in
urma prelucrarii, semnalul va ocupa aceeasi banda si va ramane
dreptunghiular.
2.1. Codul NRZ (Non Return to Zero)
Cel mai simplu mod de a reprezenta datele binare este folosind un cod
care atribuie un nivel de semnal valorii “0” logic si alt nivel valorii “1” logic. de
obicei pentru “1” se foloseste un nivel pozitiv de tensiune, iar pentru “0” o
tensiune nula (0 V). Codarea NRZ are urmaroarele variante:
NRZ-L (Level): echivalent cu NRZ (“1” - nivel ridicat, “0” – nivel zero);
NRZ-M (Mark): “1” – apare o tranzitie, “0” – nu apare nici o tranzitie;
NRZ-S (Space): “1” – nu apare nici o tranzitie, “0” – apare o tranzitie;
Acest cod nu este recomandat pentru transmiterea directa pe linia de
comunicatii deoarece atenuarea introdusa de transformatoarele de linie va
determina deformarea sa intr-o asemenea masura incat nu va mai fi posibila
reconstituirea datelor la receptie. In plus, pentru un sir lung de simboluri de
acelasi tip nu vor fi tranzitii in semnalul de date, ceea ce inseamna ca nu va fi
posibila sincronizarea tactului de la receptie cu cel de la emisie.
Codul NRZ-M este folosit la transmiterea datelor in retelele de tip
FastEthernet 100BaseFX si FDDI, deoarece pe aceste canale exista un singur
emitator, iar comunicarea este unidirectionala.
Tehnici de comunicatii – Indrumator de laborator
Lucrarea 1 – Transmisia in banda de baza
6
Figura 1.2. Codarea NRZ.
2.2. Codul bifazic
Se utilizeaza trei variante ale acestui cod: BIΦ-L, BIΦ-M si BIΦ-S. Prima
varianta este cunoscuta si sub denumirea de codare Manchester, si va fi
prezentata ulterior.
Codurile BIΦ-M si BIΦ-S presupun aparitia unei tranzitii la inceputul
oricarui interval de bit. Pentru codul BIΦ-M daca bitul este de „1”, atunci o a
doua tranzitie va apare la mijlocul intervalului de bit. Pentru transmisia unui
„0” nu se va mai produce nici un fel de tranzitie. Codarea BIΦ-S este exact
inversa codarii BIΦ-M: tranzitie la jumatatea intervalului daca se transmite „0”
si lipsa unei tranzitii daca se transmite „1”.
Figura 1.3. Codarea bifazica Mark si Space.
Tehnici de comunicatii – Indrumator de laborator
Lucrarea 1 – Transmisia in banda de baza
7
2.3. Codul Manchester
Codul Manchester determina o tranzitie pentru semnalul emis, tranzitie
care apare la mijlocul fiecarei perioade de bit. Astfel, un „1” este reprezentat
printr-o tranzite de la nivelul -V la nivelul +V, in timp ce unei tranzitii de la
nivelul +V la nivelul -V ii corespunde un „0”. In cazul sirurilor de biti identici
este necesara o tranzitie suplimentara care asigura revenirea semnalului la
nivelul corespunzator.
In acest fel se asigura sincronizarea intre emitator si receptor, chiar si in
cazul transmisiei unor secvente lungi de „0” sau „1”. In plus, deoarece
simbolurile binare sunt reprezentate prin tranzitii si nu prin nivele de tensiune
(stari) ca la codurile de tip NRZ, scade probabilitatea aparitiei unor erori
cauzate de zgomotul din mediul de transmisie. Zgomotul care afecteaza
semnalul poate modifica nivelele transmise, dar este putin probabil ca el sa
duca la inversarea tranzitiei sau la eliminarea ei.
Figura 1.4. Codarea Manchester.
Dezavantajul codarii bifazice (aici incluzand si Manchester) tine de
banda ocupata de semnalul codat. Deoarece bitul emis are durata egala cu
jumatatea bitului logic, debitul de iesire va fi dublul debitului informational
rezultand o banda de frecventa relativ mare. Energia semnalului este
concentrata in banda [0.6-2.5]fN, (figura 1.7) banda mai mare decat cea a
secventei necodate.
Aceasta banda relativ larga nu recomanda folosirea codului bifazic
pentru debite mai mari de 1200bps decat pe canale dedicate de banda larga.
Banda necesara transmiterii unui semnal cu debitul de 10Mbps este de 20MHz.
Tehnici de comunicatii – Indrumator de laborator
Lucrarea 1 – Transmisia in banda de baza
8
Codul Manchester este utilizat in retelele Ethernet 10Base5, 10Base2,
10BaseT si 10baseFL.
2.4. Codul Miller
Codul Miller se obtine din codul Bifazic-S prin eliminarea unei tranzitii
din doua. Altfel spus, semnalul codat Miller prezinta tranzitii numai la tranzitiile
de un anume sens ale semnalul bifazic diferential. Acest cod prezinta avantajul
unui spectru de frecvente mai ingust, energia fiind concentrata in banda
[0.4-1.2]fN. Tot datorita acestei concentrari a energiei intr-o banda ingusta,
imunitatea la perturbatii este mai mare decat in cazul codului bifazic.
Prin eliminarea a jumatate din tranzitiile codului bifazic rezulta un debit
codat dublu. Exista cel putin o tranzitie la doi biti (corespunzatoare situatiei
cele mai defavorabile 101), avand o buna capacitate de sincronizare. Codul
Miller este recomandat sa fie folosit la debite de peste 2400bps, si se utilizeaza
in inregistrarile magnetice.
Figura 1.5. Codul Miller
2.5. Codul AMI (Alternate Mark Inversion)
In codul AMI “1” logic se codeaza alternativ ca +V si −V , iar “0” logic
este reprezentat prin tensiune zero. In acest mod, se obtine un semnal cu trei
niveluri de amplitudine (pseudoternar) a carui componenta de curent continuu
este nula, iar componentele de frecventa joasa sunt nesemnificative.
Largimea de banda a codului AMI este mai ingusta decat cea a codului
bifazic, puterea este concentrata la frecvente mai inalte. Energia este
concentrata in banda [0.6-1.5]fN, imbinand avantajele codurilor Manchester si
Miller. Capacitatea de sincronizare a codului este slaba deoarece secventele
lungi de “0” sunt codate fara nici o tranzitie. De asemenea nivelul 0V din linie
Tehnici de comunicatii – Indrumator de laborator
Lucrarea 1 – Transmisia in banda de baza
9
pentru o secventa lunga de “0” poate duce la concluzia ca s-a terminat
transmisia sau s-a pierdut conexiunea. Bitul transmis are o durata egala cu cel
informational, debitele fiind egale.
Acest cod este lipsit (aproape) complet de componenta de curent
continuu, fapt ce justifica utilizarea lui in telefonia digitala, in sistemele ce
poseda dispozitive de aleatorizare (scrambler) care au drept scop echilibrarea
aparitiei simbolurilor de "1" si "0" in orice secventa, ceea ce duce la
imbunatatirea informatiei de sincronizare, deci la eliminarea principalului
dezavantaj al codului AMI.
Figura 1.6. Codul AMI.
2.6. Codul CMI (Coded Mark Inversion)
Regula de codare la CMI este: bitul “0” este codat cu o tranzitie pozitiva
la mijlocul perioadei de bit (tranzitie LH), iar bitul “1” este codat alternativ cu
+V sau –V (nivele HH sau LL).
Codurile CMI se folosesc la transmisii cu viteze de peste 140Mbiti/sec,
asigurand o densitate foarte mare a impulsurilor, iar tactul de sincronizare al
echipamentelor putand fi extras usor. Distributia spectrala de putere a
semnalului codat este asimetrica, energia este concentrate in banda [0.1-0.8]fN,
iar semnalul nu are componenta continua.
Tehnici de comunicatii – Indrumator de laborator
Lucrarea 1 – Transmisia in banda de baza
10
Figura 1.7. Codul CMI.
In figura de mai jos sunt prezentate densitatile spectrale de putere ale
codurilor Bifazic-S, Miller, AMI si CMI.
Figura 1.8. Densitatile spectral ale principalelor coduri BB.
3. Sincronizarea tactului la 10eceptive cu cel de la emisie
Sincronizarea este necesara din doua motive:
Citirea bitilor necesita un tact cu frecventa si faza identice cu cele ale
tactului de la emisie, pentru a nu aparea pierderi de biti sau citiri duble;
Procesul de decodare pentru codurile Bifazic, Miller si CMI necesita un
tact de 2fbit identic cu cel de la emisie.
Tehnici de comunicatii – Indrumator de laborator
Lucrarea 1 – Transmisia in banda de baza
11
Defazajul care apare intre tactul de la emisie si cel de la receptie are
urmatoarele cauze:
Momente de timp diferite de pornire a oscilatoarelor de la emisie si
11eceptive: genereaza defazajul initial, ce are o valoare intre 0° si 180°;
Diferente intre frecventele generate de oscilatoarele de la emisie si
11eceptive. Practic este imposibil sa se realizeze doua oscilatoare cu
frecvente absolute identice;
Intarzierile si perturbatiile de pe canal;
Nedeterminarea de 180° (la cod Miller)
Pentru a elimina acest defazaj, se foloseste un bolc de sincronizare.
Eliminarea defazajului se face in doua etape:
1. Sincronizarea rapida – are rolul de a elimina defazajul initial, fiind efectuata o
singura data la inceputul receptiei. In cazul codurilor la care tactul de bit difera
de tactul de emisie (Miller), se va elimina si nedeterminarea de 180°
2. Sincronizarea dinamica – elimina continuu defazajul dintre tactul semnalului
receptionat si tactul semnalului emis. Actioneaza pe toata durata receptiei.
Daca nu exista bloc de sincronizare rapida, sincronizarea dinamica este
respunzatoare si de eliminarea defazajului initial.
Schema bloc a circuitului de sincronizare este prezentata mai jos:
Figura 1.9. Schema circuitului de sincronizare.
Tehnici de comunicatii – Indrumator de laborator
Lucrarea 1 – Transmisia in banda de baza
12
Parametrii care determina performantele circuitului de sincronizare
sunt:
ΔΦ - defazajul initial:
(1.1)
Unde n este numarul de celule divizoare cu 2 asupra carora actioneaza
sincronizarea rapida.
Δ φ - pasul de sincronizare:
(1.2)
Unde N este numarul total de celule divizoare cu 2.
np – numarul de pasi in care se face sincronizarea:
(1.3)
fatac – frecventa cu care se alineaza fronturile:
(1.4)
ts – timpul de sincronizare:
(1.5)
Tehnici de comunicatii – Indrumator de laborator
Lucrarea 1 – Transmisia in banda de baza
13
4.Parte practica
Alegeti o secventa de 16 biti si codati-o NRZ, NRZ-M, NRZ-S,
Manchester, BIΦ-S, Miller, AMI si CMI.
Porniti aplicatia “Codare in banda de baza”, introduceti secventa de biti
si verificati daca codarea voastra a fost corecta.
Figura 1.10. Aplicatia “Codare in banda de baza”.