Elektronik Öğretmenliği Bölümü EBB 326 Haberleşme Sistemleri-II Bahar Yarıyılı

Benzer belgeler
Spectrum of PCM signal depends on Bit rate: Correlation of PCM data PCM waveform (pulse shape) Line encoding. For no aliasing:

İletişim Ağları Communication Networks

Elektronik Öğretmenliği EBB 333 Haberleşme Sistemleri-I Güz Yarıyılı

Data Communications. Gazi Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü. 5. Analog veri iletimi

Elektronik Öğretmenliği EBB 333 Haberleşme Sistemleri-I Güz Yarıyılı

Modülasyon - Modulation

Mobil ve Kablosuz Ağlar (Mobile and Wireless Networks)

BM 403 Veri İletişimi

Data Communications. Gazi Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü. 4. Sayısal veri iletimi

EGE UNIVERSITY ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERING COMMUNICATION SYSTEM LABORATORY

Y Fiber Optik Haberleşme Eğitim Seti Fiber Optic Communication Training Set

İletişim Ağları Communication Networks

Y Analog - Dijital Haberleşme Eğitim Seti Analog - Digital Communication Training Set

Sinyal Kodlama Teknikleri

EEM HABERLEŞME TEORİSİ NİĞDE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

EEM HABERLEŞME TEORİSİ NİĞDE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

EHM 382 SAYISAL HABERLEŞME DÖNEM PROJESİ

EEM330 VERİ HABERLEŞMESİ

SAYISAL ANAHTARLAMA SLIC. Süzgeçleme Örnekleme Kuantalama. Uniform Uniform olmayan. Kodlama ADPCM. Çoğullama TDM- PCM. PCMo

BÖLÜM 1 TEMEL KAVRAMLAR

1. LİNEER PCM KODLAMA

Data Communications. Gazi Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü. 3. Veri ve Sinyaller

Bölüm 3. Veri İletişiminin Temelleri (Basics of Data Transmission)

Unlike analytical solutions, numerical methods have an error range. In addition to this

Doç. Dr. Cüneyt BAYILMIŞ

DUMLUPINAR ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ DERS TANIM VE UYGULAMA BİLGİLERİ

Taşıyıcı İşaret (carrier) Mesajın Değerlendirilmesi. Mesaj (Bilgi) Kaynağı. Alıcı. Demodulasyon. Verici. Modulasyon. Mesaj İşareti

ELK 318 İLETİŞİM KURAMI-II

Ders Adı Kodu Yarıyılı T+U Saati Ulusal Kredisi AKTS. Sayısal Haberleşme Sistemleri EEE

Zaman Bölüşümlü Çoklu Erişim (TDMA)

ELK 318 İLETİŞİM KURAMI-II

1. Darbe Genlik Modülasyonunu anlar ve bunun uygulamasını

EEM HABERLEŞME TEORİSİ NİĞDE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

TURBO KODLANMIŞ İŞARETLERDE SEYİRME ETKİSİNİ AZALTAN YAKLAŞIMLAR (*)

Sürekli-Zaman Sinyallerinin Matematiksel Tanımlanması

KABLOSUZ İLETİŞİM

ELH 203 Telefon İletim ve Anahtarlama Sistemleri 4. HABERLEŞME SİSTEMLERİNDE TEMEL KAVRAMLAR-4

PHYSICAL/ELECTRICAL CHARACTERISTICS OF HIERARCHICAL INTERFACES HİYERARŞİK SAYISAL ARAYÜZLERİN FİZİKSEL/ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLERİ

HAFTA 11: ÖRNEKLEME TEOREMİ SAMPLING THEOREM. İçindekiler

EEM HABERLEŞME TEORİSİ NİĞDE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

ASK modülasyonu ve demodülasyonu incelemek. Manchester kodlamayı ASK ya uygulamak. Gürültünün ASK üzerine etkisini incelemek.

NİĞDE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

ADPCM Tabanlı Ses Steganografi Uygulaması The Application of Sound Steganography Based on ADPCM

SAYISAL HABERLEŞME MATLAB UYGULAMALARI

Sakarya Üniversitesi Bilgisayar ve Bilişim Bilimleri Fakültesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü

BİLİŞİM TEKNOLOJİLERİ

İşaret Nedir? Örnek İşaretler

SAYISAL İŞARET İŞLEME. M. Kemal GÜLLÜ

1. DARBE MODÜLASYONLARI

HABERLEŞMENIN AMACI. Haberleşme sistemleri istenilen haberleşme türüne göre tasarlanır.

DENEY NO : 4 DENEY ADI : Darbe Genişlik Demodülatörleri

Sayısal İletişim teknolojileri: 1- Parelel İletişim: 2-Seri İletişim:

EET349 Analog Haberleşme Güz Dönemi. Yrd. Doç. Dr. Furkan Akar

Mantık Devreleri Lab

Güç Spektral Yoğunluk (PSD) Fonksiyonu

Optik Modülatörlerin Analizi ve Uygulamaları Analysis of the Optical Modulators and Applications

DENEY NO:1 SAYISAL MODÜLASYON VE DEMODÜLASYON

İMGE İŞLEME Ders-9. İmge Sıkıştırma. Dersin web sayfası: (Yrd. Doç. Dr. M.

Fatih Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü EEM 316 Haberleşme I LAB SINAVI DARBE GENLİK MODÜLASYONU (PWM)

Mobil ve Kablosuz Ağlar (Mobile and Wireless Networks)

ENERJİ HATLARI ÜZERİNDEN İLETİŞİM (POWERLINE COMMUNICATION)

Ege Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Kontrol Sistemleri II Dersi Grup Adı: Sıvı Seviye Kontrol Deneyi.../..

nisantasi.edu.tr ELEKTRİK ELEKTRONİK TERMİNOLOJİSİ SÖZLÜĞÜ

SAYISAL TASARIM. Ege Üniversitesi Ege MYO Mekatronik Programı

ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ İLETİŞİM ve İLETİŞİM TEKNİĞİ DERSİ LABORATUARI

Veri İletimi. Toto, artık Kansas da olmadığımız yönünde bir hissim var. Judy Garland (The Wizard of Oz)

4. HAFTA BLM323 SAYISAL ANALİZ. Okt. Yasin ORTAKCI.

ĐŞARET ĐŞLEME (SIGNAL PROCESSING)

DENEY 8: SAYISAL MODÜLASYON VE DEMODÜLASYON

Konuşma bandgenişliği 100 Hz 7 KHz arası Telefon bandgenişliği 300 Hz 3400 Hz arası Video bandgenişliği 4 Mhz

Arýza Giderme. Troubleshooting

TELEFON HATLARI ÜZERĐNDE VERĐ HABERLEŞMESĐ

L2 L= nh. L4 L= nh. C2 C= pf. Term Term1 Num=1 Z=50 Ohm. Term2 Num=2 Z=50 Oh. C3 C= pf S-PARAMETERS

WEEK 11 CME323 NUMERIC ANALYSIS. Lect. Yasin ORTAKCI.

WEEK 4 BLM323 NUMERIC ANALYSIS. Okt. Yasin ORTAKCI.

Asst. Prof. Dr. Engin Masazade Office Hours

Kod bölmeli çoklu eri im haberle mesinde yayma kodlar n bit hata oran ba ar üzerine etkisi

ANALOG HABERLEŞME Alper

ANALOG MODÜLASYON BENZETİMİ

BBM Discrete Structures: Midterm 2 Date: , Time: 16:00-17:30. Question: Total Points: Score:

ANALOG İLETİŞİM. 3. Kanal ayrımı sağlar. Yani modülasyon sayesinde aynı iletim hattında birden çok bilgi yollama olanağı sağlar.

DENEY 5: GENLİK KAYDIRMALI ANAHTARLAMA (ASK) TEMELLERİNİN İNCELENMESİ

Bölüm 16 CVSD Sistemi

[Emerald XS 30 4 C ] Data Sheet.

ANALOG HABERLEŞME. 5.2 Frekans modülasyonunun avantajları ve dezavantajları

İKİNCİ BÖLÜM Test Başvuru Esasları

Gezgin İletişim Sistemleri

Sayısal işaretlerin çoğullanması daha basit ve daha ucuz olarak gerçekleştirilebilmektedir. Anahtarlama işlemleri çoğullama için yeterli olmaktadır.

Bilgi Teknolojileri için Parafudurlar Surge Protective Devices for IT Systems

ANALOG HABERLEŞME (GM)

DENEY NO : 6 DENEY ADI

1 I S L U Y G U L A M A L I İ K T İ S A T _ U Y G U L A M A ( 5 ) _ 3 0 K a s ı m

ELK 318 İLETİŞİM KURAMI-II

Data Communications. Gazi Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü. 10. Hata Kontrolü

Bölüm 3. Antenler ve Yayılma

Optik Filtrelerde Performans Analizi Performance Analysis of the Optical Filters

DENEY 7: Darbe Kod ve Delta Modülasyonları (PCM, DM)

Avrupa Sayısal Karasal Televizyon Sistemleri İçin Matlab Benzetim Aracı Matlab Simulation Tool for European Digital Terrestrial Television Systems

Multiplication/division

ELK 318 İLETİŞİM KURAMI-II

Transkript:

Elektronik Öğretmenliği Bölümü EBB 326 Haberleşme Sistemleri-II 2012-2013 Bahar Yarıyılı Öğretim Üyesi Prof. Dr. Yunus E. Erdemli Ofis: TEF-1011 Tel: 303-2238 E-posta: yunusee@kocaeli.edu.tr Ders Programı Pz.tesi: 12:00-15:00 (Teo) 15:00-16:50 (Lab) Referanslar: 1) Modern Digital & Analog Communication Systems B. P. Lathi, HRW, Inc., Chicago, 1989 2) Sayısal Haberleşme A. H. Kayran, E. Panayırcı, Ü. Aygölü Birsen Yayın, İstanbul http://www.birsenyayin.com

Ders İçeriği Örnekleme ve Darbe Kod Modülasyonu (PCM) Sayısal Veri İletimi ve Temel Prensipleri Gürültü Etkisinde Analog ve Sayısal Haberleşme Sistemlerinin Performansı Değerlendirme: Ara Sınav (%25) + Lab (%15) + Final (%60) Devam zorunluluğu: Teorik Ders (%70) Lab/Problem Saati (%80)

Neden Sayısal Haberleşme? Sayısal sinyaller analog sinyallere göre gürültü ve parazit sinyallerinden daha az etkilenirler. Sayısal sinyallerdeki bozulmalar tekrar ediciler (regenerative repeaters) tarafından giderilebilir. Hata sezme (error detection) ve düzeltme (correction) teknikleri sayesinde az hata oranlı sinyal iletimi yapılabilir. Sayısal sinyallere parazit ve karıştırıcı sinyal etkilerinden korunabilmek için güvenlik ve kriptolama gibi sinyal işleme teknikleri uygulanabilir. Sayısal devreler analog devrelere göre daha esnek, daha dayanıklı, ve daha az maliyetli olarak tasarlanabilir.

Sayısal Haberleşme Alıcı-Verici Birimi

Sayısal Haberleşme Çoklu-Atlama Kanalı Sayısal Tekrarlayıcı

Analog-to-Digital Conversion

PCM modulator Quantization & Encoding Transmitted output Telephone Speech

Digital Modulation Digital Modulation input: digital signal output: analog signal Digital signal FSK Frequency Shift Keying ASK Amplitude Shift Keying 2-ASK 0: A1cos(2πfct) 1: A2cos(2πfct) ASK modulated signal PSK Phase Shift Keying 4-PSK 00: Acos(2πfct+ 0 ) 01: Acos(2πfct+ π/2) 10: Acos(2πfct+ π) 11: Acos(2πfct+ 3π/2) PSK modulated signal 0 0 1 0 1 0 1 1

Example:

Darbe Genlik Modülasyonu

Flat-Top PAM Signal Generation

Darbe Süre (Genişlik) Modülasyonu Pulse Duration (Width) Modulation PDM (PWM)

PDM İşaretinin Üretilmesi

PDM İşaretinin PAM Dalgasına Dönüştürülmesi

Darbe Yeri (Konumu) Modülasyonu - Pulse Position Modulation (PPM)

İdeal Alçak Geçiren Fitreden Darbe İletimi X(f)=At sinc(pft) 2

İdeal Alçak Geçiren Kanalın Çıkışı Bt >> 1 y(t) ~ x(t) : çok az bozunum Bt << 1 y(t) x(t) : çok fazla bozunum İzin verilebilir sınırlar içinde distorsiyon için: t 1. t min =1/2B 2B Birim zamanda birbirleriyle örtüşmeyecek biçimde iletilebilecek darbelerin maksimum sayısı yaklaşık olarak 1/t min =2B olmalıdır. Örnek: B=3 khz max 6000 darbe/sn & t min =1/6000=0.1667 msn

1 T n 2B Bant genişliği B [Hz] olan ideal bir AGF den eşit aralıklarla saniyede 1/Tn=2B adet impuls biçiminde mesaj işareti iletilebilir.

Spectrum of PCM signal depends on Bit rate: Correlation of PCM data PCM waveform (pulse shape) Line encoding For no aliasing: Bandwidth of PCM waveform:

Quantizing noise caused by the M-step quantizer Bit errors in the recovered PCM signal (channel noise + improper channel filtering ISI) Aliasing noise Intersymbol Interference Average Signal Power Average Noise Power = probability of bit error # of quantization levels 6-dB Law: Depends on: input waveshapes quantification characteristics

A-law Characteristics (Europe: A=87.6) m-law Characteristics (US, Canada, Japan: m=255)

m =255 Quantizer

Compandor (Compressor + Expandor) SNR for Different Quantizers Uniform quantizing: m-law companding: A-law companding: n: # of bits used in the PCM word V: the peak design level of the quantizer x rms : the rms value of the input analog signal V/x rms : loading factor

Analog voice signal: 300-3400 Hz f s 2 3.4 khz=6.8 khz & peak percentage error: 10

DARBE KOD MODÜLASYONU (PCM)

Düzgün Kuantalama Uniform Quantization Boş kanal gürültüsünü önleyici düzgün kuantalama eğrisi Giriş a adımından küçükse, daima 0 çıkışı elde edilir.

Düzgün Olmayan Kuantalama Nonuniform Quantization Sıkıştırma (compression) ve genleştirme (expansion) eğrileri. A/D çeviricide sıkıştırma yapılmışsa, D/A çeviricide genleştirme işlemi yapılmalıdır. Düzgün Kuantalayıcı W Bazı haberleşme sistemlerinde, sıkıştırma işlemi doğrudan analog ses işareti üzerinde yapılır.

Çok kanallı sistemlerde kullanılan işaret seviyesi değişimi (düzgün olmayan sıkıştırma + düzgün kuantalama) A-tipi sıkıştırma m-tipi sıkıştırma

A-tipi sıkıştırma eğrisinin parçalı gösterimi III II I Lokal kuantalama seviye (adım) sayısı: M IV V VI VIII VII Amaç; giriş genliğinin herhangi bir değeri için belirli sınırlar içinde kalan bir kuantalama hatası elde etmektir.

Örnek 0 010 0011 işaret biti 0 (+) 1 (-) parça numarasını belirleyen bitler: 2 nolu parça parça içinde işaretin kaçıncı dilime karşı geldiğinin belirlenmesi için kullanılan bitler: 3. dilim 0 010 0011 kodlanmış işaretin genliği: 0.25 + 3(0.25/16) = 0.296875

1 Hertz can transmit a maximum of 2 pieces of information per second Noiseless channel of B Hz can transmit a signal of B Hz error-free Can reconstruct this signal with 2B samples Thus, channel of B Hz can transmit 2B pieces of information or 2 pieces of information/hertz Minimum theoretical channel bandwidth is: B T = n B hertz Information / Hz

Transmission Bandwidth Binary systems M (# of levels) = 2 n or n=log 2 M Signal m(t), bandlimited to B m Hz requires at least 2B m samples/sec (Nyquist). For reconstruction, we need 2nB m bits/sec or 2nB m pieces of information. 0 1 0 0 1 0 0 T 2T 3T 4T 5T 6T t Maximum Signal Rate: D Encoder Transmission System/Channel Bandwidth=B Decoder Nyquist Theorem (1920): For a system/channel bandwidth B, T min =1/2B maximum signal rate: D=2B pulses/sec (baud rate, Baud) = 2Blog2M bits/sec (bit rate, bps) To transmit data in bit rate D, the minimum bandwidth of a system/channel must be B D/2log 2 M (Hz)

Relationship between Transmission Speed and Noise 0 1 0 0 1 0 t t Encoder Transmission System/Channel Bandwidth=B s(t) + Decoder Maximum Signal Rate Channel Capacity Noise n(t) Shannon Theorem (1948): For a system/channel bandwidth B and signal-to-noise ratio S/N, its channel capacity is, C = Blog2(1+S/N) bits/sec (bps, bit rate) C is the maximum number of bits that can be transmitted per second with a Pe=0. To transmit data in bit rate D, the channel capacity of a system/channel must be C D

Channel Capacity Shannon theorem C = Blog2(1+S/N) shows that the maximum rate or channel Capacity of a system/channel depends on bandwidth, signal energy and noise intensity. Thus, to increase the capacity, three possible ways are 1) increase bandwidth; 2) raise signal energy; 3) reduce noise. Shannon theorem tell us that we cannot send data faster than the channel capacity, but we can send data through a channel at the rate near its capacity. Examples 1. For an extremely noise channel S/N 0, C 0, cannot send any data regardless of bandwidth 2. If S/N=1 (signal and noise in a same level), C=B 3. The theoretical highest bit rate of a regular telephone line where B=3000Hz and S/N=35dB. 10log10(S/N)=35 log2(s/n)= 3.5x log210 C= Blog2(1+S/N) =~ Blog2(S/N) =3000x3.5x log210=34.86 Kbps If B is fixed, we have to increase signal-to-noise ratio for increasing transmission rate.

DIFFERENTIAL PULSE CODE MODULATION (DPCM) Goal: Reduce the quantization error by transmitting a difference signal which is the original signal the predicted signal. Taylor Series Expansion: Discretized Expression: Prediction Formula:

Linear Predictor

DPCM System Transmitter Receiver SNR improvement due to prediction G p =P m / P d

Delta Modulation (DM) A special case of DPCM d[k] Delta Modulator < m q [k] - Delta Demodulator

Delta Modulation (DM) DM transmits the derivative of the signal Delta Modulator Delta Demodulator

DM transmits the derivative of the signal

Slope Overload No overload occurs if ( )

SNR Performance Voice Signals Single Integration (DM) Double Integration (DM) PCM

Properties of Line Codes Transmission Bandwidth Power Efficiency Error Detection and Correction Favorable power spectral density (PSD) Timing content (synchronization) M L-Level, M-Mark, S-Space RZ-Return-to-Zero, NRZ-NoReturn-to-Zero 010010110 Digital Encoder Digital System Channel

Pulse Shaping Choose p(t) so that Improve the shape of the PSD (e.g. Manchester (Split-phase) Waveform (f)) Minimize interference between adjacent pulses at RX (trade-off bandwidth and PSD shape) Make PSD=0 at DC and low frequencies Small bandwidth, most power at small number of frequencies Low peak power

Line Codes On/Off (unipolar) 1 send p(t), 0 nothing Return to zero (RZ) Non-Return to Zero (NRZ) Polar (bipolar) 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 RZ NRZ t t 1 send p(t), 0 send -p(t) 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 RZ t NRZ t

Line Codes Alternate Mark Inversion 1 changes the sign of the waveform p(t) 0 has no pulse 1 1 1 0 0 1 1 RZ t Bi-phase Codes 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 NRZ t NRZ t

Power Spectral Density (PSD) S(w)

Not bandwidth efficient No error detection or correction capability Nonzero PSD at dc The most power efficient scheme Transparent

P(0)=0 Example:

Not bandwidth efficient No error detection or correction capability Nonzero PSD at dc Not power efficient Not transparent

Bandwidth efficient Single-error detection capability Zero PSD at dc Not power efficient Not transparent

p(t) P(w) /2 /2 f Transmitted pulse spectrum Channel transfer function Received pulse spectrum

Example-1:

Example-2: Minimum-bandwidth pulse that satisfies the duobinary pulse criterion Differential Coding: For the controlled ISI method, a zero-valued sample implies transition, that is, if a digit is detected as 1, the previous digit is 0, or vice versa. This means that the digit interpreation is based on the previous digit. If a digit were detected wrong, the error would be tend to propagate. Differeantial coding eliminates this problem.

.

previously (HDB3). Scrambler Shift Registers Descrambler modulo 2 sum

( )

:

: : & SNR PM Example:

SNRFM

: Probability of Bit Error

SNR for Digital Systems SNR, average signal power to average noise power is important for measuring performance in analog systems In DCS, the ratio is the bit energy (E b ) per noise power (N 0 ), a normalized version of SNR Allows comparison when M-ary systems are used Bit Energy Noise Power Spectral Density Bit Time Eb S Tb S / Rb S W N0 N / W N / W N Rb Bandwidth Bit Rate Signal Power Noise Power

Why E b / N 0? Why not SNR? Power Signal: finite average power, infinite energy, good model for analog signal Energy Signal: zero average power, finite energy Power signals are good for analog signals since they can be thought of as existing for a long time Digital symbols exist over one symbol or bit interval, T b, so this allows comparison between different M-ary signals