Transcript אפנון מופע
עקרונות
התקשורת
הספרתית
Moshe Inger
April 2012
עקרונות בתקשורת נתונים
עקרונות בתקשורת נתונים
(קוד בינארי מלא)
עקרונות בתקשורת נתונים
(קוד חצי בינארי)
שידור וקליטה סינכרוניים ואסינכרוניים
השיטה האסינכרונית:
שיטת התקשורת הפשוטה והזולה ביותר.
התווים נשלחים זה אחר זה בהפרשי זמן לא שווים.
שיגור כל תו וקליטתו כוללים את השלבים הבאים:
א-פקודת התחל )(STARTמודיע למקלט להתכונן לקליטה ולעקיבה אחר סיביות התו.
ב -העברת סיביות התו (חמש או שבע סיביות)
ג -פקודת עצירה ) (STOPשמודיעה שמידע התו הועבר והמקלט יכול להמתין לפקודה חדשה( .לעיתים
מוסיפים גם סיבית זוגיות ) (PARITYלצורך בקרת שגיאות.
במצב עצור עוברים המשדר והמקלט למצב " ."1פקודת התחל מיוצגת על-ידי "."0
משכו של דופק "עצור" גדול מסיבית אחת ,היא מותנית בקצב השידור ובשיטת הקידוד .האורכים המקובלים
הם של 1.42 ,1.5 ,1או 2סיביות.
השיטה הסינכרונית
במקלט קיים שעון המבוקר על-ידי שעון המשדר (שעון האב).
הפענוח דורש
א .סנכרון הסיביות )(bit synchronization
ב .סנכרון התווים )(character synchronization
סדרת תווים הנשלחים ממשדר למקלט ובראשם שני תווי סנכרון
לעיתים נעשה הסנכרון בתחילתה ובסופה של סדרת דפקים הנקראת מסגרת ) .(frameבמקרה כזה שולחים בתחילתה של
המסגרת תו הנקרא דגל ) ,(flagדגל מקובל לפי CCITTהוא הסדרה . 01111110
כאשר שולחים שני תווי הסינכרון ,מזהה המקלט את התו הראשון כתו סנכרון ,ומצפה לקבל תו שני .כאשר התו השני אכן
מופיע ,המקלט יסתנכרן ויתחיל לזהות -תחילה את הסיביות ואחר כך את התווים.
ומצפה לקבל תו שני .כאשר התו השני אכן מופיע ,המקלט יסתנכרן ויתחיל לזהות -תחילה את הסיביות ואחר כך את התווים.
קודי נתונים -קוד ( baudotקוד )CCITT 2
מיועד לתקשורת אסינכרונית
לכן הוא מלווה בסיביות .START STOP
קצבי שידור
קצב העברה
קצב העברה ) :(bit\baud rateמספר הסיביות ,או באוד או תווים המשודרים בשניה.
באוד
יחידה של קצב אותות בערוץ תקשורת.
הערך ההפוך של משך הדופק הקצר ביותר בערוץ התקשורת.
דוגמה 50 :באוד פירושו דופק של 1/50השנייה כלומר 20מילישניות
סיביות לשניה (סל"ש)
קצב בבאוד מוכפל במספר הסיביות שמיצג כל דופק
הקצב המרבי באפיק תקשורת -קיבול האפיק
הרעש באפיק התקשורת מגביל את קצב העברה המרבי.
נוסחת שנון ) (Shannonלקצב העברה מרבי באפיק רועש
S
)
N
C BW * log 2 (1
כאשר - C :קצב העברה בסיביות לשניה
- BWרוחב פס בהרץ
- S/Nיחס אות לרעש באפיק
דוגמה :עבור אפיק טלפוניה ברוחב פס של 3.1KHzויחס אות לרעש של 1000נקבל בערך C=31000 b/s
נצילות המערכת
נצילות המערכת מגדירה את מידת ניצולו של קו התקשורת .הדבר נעשה על-ידי השוואת סך כל הסיביות המועברות למספר סיביות המידע.
יתירות )(REDUNDANCY
מידע יתיר הוא מידע עודף ובלתי דרוש לקביעת משמעות הנתונים.
דוגמאות .1 :סיביות זוגיות ובקרה
.2שימוש באפיקים מקבילים
.3שידור מחדש של מידע בפעם נוספת
סיביות מידע
כלל הסיביות
R
דוגמה :קוד 7סיביות הכולל סיבית שמינית לצורכי יתירות ,נקבל:
7
0.125 12 .5%
8
דוגמה :עבור הקוד המחומש של בודו:
5
0
5
כלומר זהו קוד ללא יתירות
R 1
R 1
נצילות מערכת הקידוד
כאשר משתמשים בקוד עם יתירות כדי להתגבר על השיבושים ,קטנה נצילות האפיק .הנצילות תחושב לפי:
סיביות מידע
1 R
כלל סיביות
נצילות Ec
עבור קוד בודו:
5
1 100 %
5
Ec
עבור קוד 7סיביות מידע וסיבית זוגיות:
7
87.5%
8
Ec
נצילות מערכת השידור
נצילות זו מוגדרת עבור כל הדפקים המועברים במערכת כולל דופקי "התחל" ו"-עצור".
דופקי מידע
כלל דפקים
E
דוגמה :מה נצילות מערכת שידור המשתמשת בקוד בודו בעל 5סיביות מידע ,סיבית "התחל" ו 1.42 -סיביות "עצור"?
5
67.4%
7.42
E
נצילות קידוד ושידור משולבת
בחישוב כולל יש לקחת בחשבון את שתי הנצילויות במשולב:
דופקי מידע סיביות מידע
*
כלל הדפקים כלל הסיביות
Et Ec * E
דוגמה :מערכת פועלת ב 600 -סל"ש ובה משתמשים בקוד ASCIIשהוא קוד של 7סיביות וסיבית זוגיות ,וכן בדופק להתחלה
ולעצירה .נקבל:
8
Ec 7
10
E8
Et ( 7 ) * ( 8 ) 70%
8
10
מכאן שהמידע יועבר במהירות ממשית של 420סל"ש = 0.7*600
מודמים MODEM
המודם משמש לצורכי קידוד אותות הנתונים ,כך שהאות שיחובר לקו יהיה דומה לאות שמע .בדומה,
האות שמגיע מהקו כאות תקבילי מומר במודם חזרה לאות ספרתי.
המרת האותות במודם נעשית תוך שימוש באחת משיטות האפנון .השיטות המקובלות הן אפנון תנופה,
אפנון תדר ואפנון מופע.
מדוע יש צורך במודם?
אות ספרתי מלבני -לפני עיוותו ואחריו
סוגי מודמים
נהוג לסווג את המודמים לפי:
אופי הקווים שאליהם מחוברים :דו-תילי או ארבעה-תילי.
שיטת העבודה :חד סטרי ,דו-סטרי או דו-סטרי בזה אחר זה.
קצב העבודה (בסיביות לשנייה)
עבודה סינכרונית ואסינכרונית
יכולת שינוי קצה העבודה בתחומים מוגדרים לפי הקצבים התקניים,
וכן יכולת הורדה עצמית של הקצב ) (fold backבמקרה של שיבושים
בקו מעל המותר.
שיטות האפנון המקובלות במודמים
אפנון תנופה
אפנון תנופה רגיל :האותות " "0ו "1" -מאפננים את התנופה של האות הנושא.
אפנון תנופה בינארי :במצב " "1יש אות נושא ,במצב " "0אין אות נושא )(ON OFF KEYING -OOK
אפנון תנופה ברמות שונות (מרובה מצבים)(M-ARY = MULTIPLE BINARY) :כאן עובדים בצמדי סיביות .לכל
צמד מוגדרת תנופה משלו .ניתן לעבוד בשלישיות סיביות ואף יותר.
אפנון תדר
אפנון תדר רגיל :משנים את תדר האות הנושא בהתאם לתנופת האות המאפנן.
אפנון היזז תדר )(FREQUENCY SHIFT KEYING - FSKבשיטה זו יש תדר נושא בלתי מאופנן .Foרמה בינרית
" "1גורמת לסטיית התדר לתדר F1ואילו רמה בינרית " "0גורמת לתדר .F2
אפנון בריבוי צלילים :כל צמד של סיביות ,כגון " "00גורם להיסט תדר מסוים .ניתן לעבוד בצרופים של יותר משתי
סיביות.
אפנון מופע
א-אפנון מופע רגיל :קיים מופע יחוס כלשהו של אות הנושא .במצב " "0המופע נשאר ללא
שינוי ,במצב " "1מוזז המופע ב 180 -מעלות מרמת הייחוס.
ב -אפנון היזז מופע ) :(Phase Shift Keying - PSKיש כאן שני מצבי מופע מוגדרים "0="0
מעלות ואילו " 180="1מעלות.
ג-שיטת ריבוי מופעים ) :(MULTIPHASEעובדים בצמדי סיביות ולכל צמד זווית מופע
מוגדרת .ניתן גם לעבוד בקבוצות של שלש סיביות או ארבע סיביות.
סוף
POCSAG PAGING FORMAT
)(Post Office Code Standardization Advisory Group
תקן ה – POCSAGהוגדר לקידוד ושידור
הודעות .הוא משמש כתקן הרשמי לשידור
הודעות לזימוניות .האפנון הינו FSK
) (Frequency Shift Keyingעם סטיית תדר
של 4.5קילו-הרץ .התדר הגבוה מציין ""0
והנמוך " ."1מהירויות העברת הנתונים הן
1200 ,512או 2400ביטים לשנייה.
קידוד זה הוא בעל התכונות:
קוד סינכרוני
משודר בחבילה אחת
מאפשר חיסכון בסוללות
מקטין את גודל החבילה המשודרת לפי הצורך
POCSAG PAGING FORMAT
מבנה האות המשודר
POCSAG PAGING FORMAT
אות המבוא ) (Preambleמכיל 576ביטים ((1010101010 ......
המשודר בקצב 512או 1200או 2400ביטים בשניה .המפענח משתמש באות
זה כדי לגלות אם הקוד הוא POCSAGוכדי לסנכרן את אותות הDATA -
שיבואו בהמשך.
0111 1100 1101 0010 0001
סנכרון המסגרת ) (SCמכיל 32bit
(7CD215D8) 0101 1101 1000
אחרי הסנכרון ) (SCמופיעות 8מסגרות של 64ביט .כל מסגרת מורכבת
משתי מילים של 32ביט.
כל מסגרת יכולה להיות כתובת או הודעה
POCSAG PAGING FORMAT
מבנה המסגרת
מבנה המילה
POCSAG PAGING FORMAT
לכל כתובת זימונית ניתן להכניס 4כתובות משנה .אלה יופיעו
בביטים 20ו 21 -לפי הטבלה באיור 3
אם חלק מהמסגרת נשאר ריק יוכנס קוד של פעולה במצב סרק
) (Idle codeשל מילה שמורה 1001 0001 1100 1001 1000 1010 0111
0111
POCSAG PAGING FORMAT
מידע התווים מקודד לפי קוד ASCIIשל 7ביטים
סוף
תקשורת ספרתית
אות המידע
)"סדרת דפקים שווים ("גל נושא
אפנון תנופת הדופק
(PAM – Pulse Amplitude Modulation)
אפנון משך הדופק
(PDM – Pulse Duration Modulation)
(PWM – Pulse Width Modulation)
אפנון מיקום הדופק
(PPM – Pulse Position Modulation)
תקשורת ספרתית
ריבוב אפיקים בזמן )(TDM - Time Division Multiplexing
מסנני LPFמגבילים את ספקטרום המידע
ל 4 -קה"ץ
תדר הדגימה הוא 8קה"ץ
המתגים הם מתגים אלקטרוניים
שמסונכרנים זה עם זה.
תקשורת ספרתית
דוגמה למערכת תקשורת ספרתית
השיטה בה הופכים אות אנלוגי לקבוצת דפקים
בינאריים ,המייצגות את רמות הכינוי ,נקראת אפנן
דופק מקודד )(PCM – Pulse Code Modulation
תקשורת ספרתית
מערכת התקליטור –
תרשים מלבנים עקרוני
תקשורת ספרתית
(ריבוב אפיקים בזמן במערכות )PCM
משפט :במערכת ריבוב אפיקים
בזמן ,אשר בה mאותות מידע שכל
אחד מהם נדגם בקצב ,Fsקצב
הדגימה של הדוגם הוא m*Fs
הסבר :נניח שהדוגם עושה סיבוב
בשנייה .תדר הדגימה של כל אות
מידע יהיה 1הרץ ,אבל ,במוצא
הדוגם נקבל 4פולסים בשנייה (פולס
אחד מכל אות מידע) לכן תדר הדוגם
יהיה 4הרץ.
משפט :במערכת תקשורת PCM-
TDMשבה mאותות מידע,
והמקודד מפיק מילים בנות nסיביות,
קצב הסיביות בתווך הוא m*n*Fs
-Fsהוא קצב הדגימה של אות מידע
אחד.
תקשורת ספרתית
דוגמה למערכת טלפוניה מעשית
המערכת מיועדת להעברת 24שיחות טלפון בו
זמנית
כל אחד מאותות המידע מוגבל פס ל – 4קה"ץ
לפי משפט הדגימה יש לדגום כל שיחה בקצב של
8קה"ץ
קצב הדגימה של הדוגם יהיה לכן 192=8*24
קה"ץ
המקודד מתרגם כל דגימה למילת קוד בת שמונה
סיביות
קצב הסיביות במוצא המקודד יהיה לכן
1536=8*8*24קה"ץ
בפועל קצב הסיביות גבוה במקצת 1.544Mb/s
בגלל תוספת סיביות תזמון.