ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο...

22
ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 1 από 22 Κεφάλαιο 9 ο : Σύγχρονες Τεχνικές - Προοπτικές Επιµέλεια απαντήσεων: Γεώργιος Μακεδών Φυσικός Ρ/Η ΦΥΛΛΑ∆ΙΟ 25 ο 1 η : Η πληροφορία είναι ο συνδυασµός των διακριτών σηµάτων-συµβόλων που µεταδίδονται διαδοχικά έτσι ώστε ο δέκτης να µπορεί να την αναπαραγάγει. 2 η : Η πηγή πληροφορίας είναι το σύνολο των διακριτών συµβόλων που αποτελούν το ψηφιακό τηλεπικοινωνιακό σύστηµα. 3 η : Το πρώτο τµήµα αποτελεί την πηγή των διακριτών συµβόλων ή καταστάσεων. 4 η : Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού, είναι ότι µετατρέπει το µήνυµα της πηγής σε µια δυαδική ακολουθία από 0 και 1. π.χ.: κώδικας ASCII. Ο τρόπος της κωδικοποίησης της πληροφορίας γίνεται µε τέτοιο τρόπο που να επιτρέπει την ανίχνευση ενδεχόµενων λαθών στην αποκωδικοποίηση του σήµατος. Στο κωδικοποιηµένο σήµα ενσωµατώνονται οι βοηθητικές πληροφορίες χρονισµού των κυκλωµάτων του δέκτη, ώστε να καταφέρει να αποκωδικοποιεί σωστά την πληροφορία (ρολόϊ χρονισµού ή παλµοί έναρξης-start ή τέλους-stop). 5 η : 6 η : Η πηγή διακριτών συµβόλων χαρακτηρίζεται από το σύνολο των συµβόλων που περιλαµβάνει. Θεωρώντας Κ το σύνολο των διαφορετικών καταστάσεων µιας πηγής, ορίζουµε ως ποσότητα Πηγή διακριτών πληροφοριών Κωδικοποίη ση καναλιού ∆ιαµόρφωση φέροντος RF Πληροφο ρία Αποκωδικο- ποίηση Αποδιαµό- ρφωση Λήψη RF 0 0 1 1 1 0 0 1 t

Transcript of ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο...

Page 1: ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού , είναι ότι µετατρέπει

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 1 από 22 Κεφάλαιο 9ο : Σύγχρονες Τεχνικές - Προοπτικές

Επιµέλεια απαντήσεων: Γεώργιος Μακεδών Φυσικός Ρ/Η

ΦΥΛΛΑ∆ΙΟ 25ο

1η: Η πληροφορία είναι ο συνδυασµός των διακριτών σηµάτων-συµβόλων που µεταδίδονται

διαδοχικά έτσι ώστε ο δέκτης να µπορεί να την αναπαραγάγει.

2η: Η πηγή πληροφορίας είναι το σύνολο των διακριτών συµβόλων που αποτελούν το ψηφιακό

τηλεπικοινωνιακό σύστηµα.

3η: Το πρώτο τµήµα αποτελεί την πηγή των διακριτών συµβόλων ή καταστάσεων.

4η: Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού, είναι ότι µετατρέπει το µήνυµα της πηγής σε µια δυαδική

ακολουθία από 0 και 1. π.χ.: κώδικας ASCII.

Ο τρόπος της κωδικοποίησης της πληροφορίας γίνεται µε τέτοιο τρόπο που να επιτρέπει την

ανίχνευση ενδεχόµενων λαθών στην αποκωδικοποίηση του σήµατος. Στο κωδικοποιηµένο

σήµα ενσωµατώνονται οι βοηθητικές πληροφορίες χρονισµού των κυκλωµάτων του δέκτη,

ώστε να καταφέρει να αποκωδικοποιεί σωστά την πληροφορία (ρολόϊ χρονισµού ή παλµοί

έναρξης-start ή τέλους-stop).

5η:

6η: Η πηγή διακριτών συµβόλων χαρακτηρίζεται από το σύνολο των συµβόλων που περιλαµβάνει.

Θεωρώντας Κ το σύνολο των διαφορετικών καταστάσεων µιας πηγής, ορίζουµε ως ποσότητα

Πηγή διακριτών

πληροφοριών

Κωδικοποίηση

καναλιού

∆ιαµόρφωση φέροντος RF

Πληροφο

ρία Αποκωδικο-ποίηση

Αποδιαµό-ρφωση

Λήψη RF

0 0 1 1 1 0 0 1

t

Page 2: ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού , είναι ότι µετατρέπει

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 2 από 22 Κεφάλαιο 9ο : Σύγχρονες Τεχνικές - Προοπτικές

Επιµέλεια απαντήσεων: Γεώργιος Μακεδών Φυσικός Ρ/Η

επιλογής της πηγής τη δυνατότητα που έχει να βρεθεί σε µια από αυτέ τις καταστάσεις. Η

απόφαση της επιλογής των απαιτούµενων συµβόλων για την κωδικοποίηση της κάθε

κατάστασης (bits/σύµβολο) ορίζεται από τη σχέση: KD 2log= .

Π.χ.: Αν Κ=2 οι καταστάσεις (άσπρο – µαύρο) που πρέπει να κωδικοποιηθούν τότε απαιτείται

ένα σύµβολο D=1. Αν Κ=4 οι καταστάσεις (ανοιξη-καλοκαιρι-φθινόπωρο-χειµώνας) που

πρέπει να κωδικοποιηθούν τότε απαιτούνται δύο σύµβολα D=2.

7η: Οι πρακτικές που ακολουθούνται για την µετάδοση των ψηφιακών δυαδικών συµβόλων µέσα

από το κανάλι µετάδοσης είναι:

• Η πρακτική µετάδοσης βασικής ζώνης, όπου στο τηλεπικοινωνιακό κανάλι στέλνονται

απ’ ευθείας τα ψηφιακά δυαδικά στοιχεία της κωδικοποιηµένης πληροφορίας ( D bits )

µαζί µε τα απαραίτητα σήµατα χρονισµού.

• Η πρακτική µε διαµόρφωση φέροντος, όπου η κωδικοποιηµένη πληροφορία

διαµορφώνει ένα χαρακτηριστικό του φέροντος, δηλαδή το πλάτος (ASK), τη συχνότητα

(FSK) ή τη φάση (PSK). Η διαµόρφωση µπορεί να γίνει ανά σύµβολο, οπότε κάθε

σύµβολο αντιστοιχίζεται σε συγκεκριµένη διακριτή τιµή (από Κ διαφορετικές τιµές)

πλάτους συχνότητας ή φάσης του φέροντος ή ανά bit πληροφορίας. Οπότε έχουµε τις

δυαδικές (binary) διαµορφώσεις, όπου δύο διακριτές τιµές του πλάτους της συχνότητας ή

της φάσης του φέροντος σήµατος αντιπροσωπεύουν τα δυαδικά στοιχεία ‘0’ ή ‘1’.

8η: ∆ειγµατοληψία, ονοµάζουµε τη διαδικασία, κατά την οποία από ένα αναλογικό σήµα

λαµβάνεται ένας πεπερασµένος αριθµός τιµών του (δείγµατα).

9η: Η δειγµατοληψία του σήµατος παρουσιάζεται από το παρακάτω σχήµα.

s(t) s΄(t)

K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8

s(t) s΄(t) ∆V t 1 2 3 4 5 6 7 8 t

∆(t) ∆(t)

K1 K2 K3 Kn t t

Dbits

Page 3: ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού , είναι ότι µετατρέπει

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 3 από 22 Κεφάλαιο 9ο : Σύγχρονες Τεχνικές - Προοπτικές

Επιµέλεια απαντήσεων: Γεώργιος Μακεδών Φυσικός Ρ/Η

Το αναλογικό σήµα αντικαθίσταται, απ’ ένα σύνολο διακριτών δειγµάτων που λαµβάνονται σε

τακτά χρονικά διαστήµατα, αφού το σήµα πολλαπλασιάζεται µε ένα παλµικό σήµα ∆(t) που

ελέγχει το διακόπτη. Αν η συχνότητα µε την οποία ανοιγοκλείνει ο διακόπτης είναι f∆, που

ονοµάζεται «συχνότητα δειγµατοληψίας», και ισχύει: max2Ff ≥∆ , τότε το σήµα πριν την

διαµόρφωση s’(t), περιέχει την ίδια ποσότητα πληροφορίας µε το αρχικό σήµα και µπορεί να

το αντιπροσωπεύσει στην περαιτέρω διαδικασία µετάδοσης.

Π.χ.: Τηλεφωνία : Fmax=3400Hz, συχνότητα λετουργίας f∆=7kHz.

Σήµα φωνής: Fmax=4000Hz, συχνότητα λετουργίας f∆=8kHz.

Σήµα video: Fmax=4,6MHz, συχνότητα λετουργίας f∆=9,2MHz.

Ο ελάχιστος αριθµός των δειγµάτων ανά µονάδα χρόνου είναι: max2FfRRS === ∆∆ .

Τα δείγµατα του σήµατος, αποτελούν την πηγή των διακριτών καταστάσεων(συµβόλων) και κωδικοποιούνται µ’ ένα σύνολο από D bits. Η κωδικοποίηση αυτή προκαλεί την προς µετάδοση ψηφιακή πληροφορία.

s(t) 1 2dB 30dB 0,001 t τ≤1/2Fmax

Π.χ.: Τηλεφωνικό σήµα οµιλίας:

• Ο λόγος του πιο δυνατού ήχου προς τον ελάχιστο ψίθυρο είναι 1000/1 ή 30dB.

• Η ευαισθησία του αυτιού είναι 2dB.

• Αυτό σηµαίνει ότι µπορούµε να µετατρέψουµε το αναλογικό σήµα ήχου σε πηγή

διακριτών πληροφοριών αν κβαντοποιήσουµε τις διάφορες στάθµες µε ακρίβεια

(βήµα) 2 dB.

• ∆ηµιουργούνται Κ=30dB/2dB=15 διακριτές καταστάσεις.

• Για την κωδικοποίηση απαιτούνται )(/4 γµαδείbitsD ≈

• Το πλήθος bits ανά µονάδα χρόνου δίνεται:

Page 4: ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού , είναι ότι µετατρέπει

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 4 από 22 Κεφάλαιο 9ο : Σύγχρονες Τεχνικές - Προοπτικές

Επιµέλεια απαντήσεων: Γεώργιος Μακεδών Φυσικός Ρ/Η

RateBitήbits

R

ί

bitsίR

ί

bitsfDRR S

sec000.28

4sec

107

4

3

=

⇒⋅⋅=

⇒⋅=⋅= ∆

γµαδεγµαταδε

γµαδε

9η: ∆ειγµατοληψία, ονοµάζουµε τη διαδικασία, κατά την οποία από ένα αναλογικό σήµα

λαµβάνεται ένας πεπερασµένος αριθµός τιµών του (δείγµατα).

10η: Εκείνο που χαρακτηρίζει µια ψηφιακή µετάδοση είναι η ταχύτητα µετάδοσης των

συµβόλων Rs (symbol rate) και µετριέται σε Bd (Baud = σύµβολα/sec). Το Rs=1/Ts, όπου Ts

είναι η διάρκεια εµφάνισης κάθε συµβόλου.

Ο ρυθµός µετάδοσης R (bit rate) µετριέται σε bits/sec και ισχύει: KRR s 2log⋅= .

Αν Κ=2, R=Rs

Βασικό πρόβληµα: είναι ο υπολογισµός του απαιτούµενου φασµατικού εύρους του καναλιού για

δεδοµένο ρυθµό µετάδοσης δεδοµένων R. Αυτός ο ρυθµός R ενδιαφέρει το χρήστη και

επιδιώκεται για δεδοµένο φασµατικό εύρος να έχουµε όσο το δυνατόν µεγαλύτερο ρυθµό.

Ο µέγιστος ρυθµός µετάδοσης συµβόλων Rs συνδέεται µε τη φυσική ταχύτητα µετάδοσης

των σηµάτων στο τηλεπικοινωνιακό κανάλι, δηλαδή µε τη φυσική ταχύτητα εναλλαγής ενός

χαρακτηριστικού του φέροντος (διακριτική ικανότητα χρόνου του καναλιού) µεταξύ K

διακριτών τιµών (διακριτική ικανότητα καταστάσεων του καναλιού).

∆ύο βασικές παράµετροι υπάρχουν για το ψηφιακό κανάλι µετάδοσης:

• Η µέγιστη δυνατή τιµή του ρυθµού εναλλαγής συµβόλων Rs.

• Η δυνατότητα που παρέχεται , ώστε Κ κωδικοποιηµένα διαφορετικά σύµβολα να

µπορούν να διαφοροποιηθούν και να διαχωρίζονται.

11η: Ας υποθέσουµε ότι έχουµε ένα αναλογικό σήµα πληροφορίας S(t) περιορισµένης ζώνης

συχνοτήτων και ότι fmax είναι η µεγαλύτερη συχνότητα που περιέχει. Αν πάρουµε δείγµατα

πλάτους του σήµατος σε κανονικά χρονικά διαστήµατα µε ρυθµό δειγµατοληψίας µεγαλύτερο

από 2fmax, τα δείγµατα αυτά περιέχουν όλη την πληροφορία του αρχικού αναλογικού σήµατος.

Άρα σε κανάλι µε φασµατικό εύρος ζώνης Β, ο µέγιστος ρυθµός συµβόλων δίνεται από τη

σχέση: BR ⋅= 2max .

Ο περιορισµός αυτός προέρχεται από το γεγονός, ότι τα σήµατα παρουσιάζουν ασυνέχειες, µ’

αποτέλεσµα να έχουν άπειρο φάσµα και παρουσιάζουν παραµορφώσεις όταν διέρχονται µέσα

από κανάλι µε περιορισµένο εύρος ζώνης.

Page 5: ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού , είναι ότι µετατρέπει

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 5 από 22 Κεφάλαιο 9ο : Σύγχρονες Τεχνικές - Προοπτικές

Επιµέλεια απαντήσεων: Γεώργιος Μακεδών Φυσικός Ρ/Η

12η: Ορισµοί:

Φυσικό κανάλι ορίζεται ο χώρος µετάδοσης της πληροφορίας ανάµεσα στον ποµπό και στο

δέκτη.

Χωρητικότητα C (ή Rmax) καναλιού ονοµάζουµε το µέγιστο αριθµό των συµβόλων που

µπορούν να µεταφερθούν µέσω ενός καναλιού στη µονάδα του χρόνου.

Θεώρηµα Shannon: Αν ο ρυθµός πληροφορίας R της πηγής είναι µικρότερος ή το πολύ ίσος

µε τη χωρητικότητα C του καναλιού, δηλαδή CR≤ , τότε υπάρχει πάντα µια τεχνική

κωδικοποίησης, έτσι ώστε να είναι δυνατή η µετάδοση µέσα από το κανάλι µε οσοδήποτε

µικρή πιθανότητα σφάλµατος, ανεξάρτητα από την ύπαρξη ή όχι θορύβου στο κανάλι.

Αντίθετα, αν CRf , τότε δεν είναι δυνατή η µετάδοση µηνυµάτων χωρίς λάθη.

Ο µέγιστος αριθµός των διακριτών καταστάσεων Κmax που εξασφαλίζει το κανάλι

παρουσία θορύβου, αποδεικνύεται ότι: ( ) 21

max 1 NSK += , όπου S/N ο λόγος ισχύος του

ωφέλιµου σήµατος (S) προς την ισχύ του θορύβου (N). Ο περιορισµός προέρχεται από την

ασάφεια που δηµιουργεί ο θόρυβος στις διακριτές καταστάσεις.

Ο µέγιστος αριθµός των bits ανά κατάσταση είναι:

( ) ( )NS

NSKD +⋅

=+== 1log2

11loglog 2

21

2max2max

Άρα ο µέγιστος ρυθµός Rmax σε bits/sec δίνεται από:

( )NSBR +⋅= 1log2max

Οι επιδόσεις των τηλεπικοινωνιακών καναλιών υστερούν και συνήθως επιλέγουµε:

BRS ⋅= 25,1 ή SRB ⋅= 8,0

(γ)

(β)

(α)

Page 6: ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού , είναι ότι µετατρέπει

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 6 από 22 Κεφάλαιο 9ο : Σύγχρονες Τεχνικές - Προοπτικές

Επιµέλεια απαντήσεων: Γεώργιος Μακεδών Φυσικός Ρ/Η

ΦΥΛΛΑ∆ΙΟ 26ο

1η: Στις ψηφιακές διαµορφώσεις αναλογικού φέροντος το φέρον είναι ηµιτονικό

σήµα M(t) και το σήµα διαµόρφωσης είναι ψηφιακή πληροφορία δυαδική (δύο

καταστάσεων “0”, “1” ) ή Κ-αδική (Κ διαφορετικών καταστάσεων, που

αντιπροσωπεύονται από οµάδες – κώδικες των log2 Κ bits). Κάποια παράµετρος

(το πλάτος, η συχνότητα ή η φάση) του διαµορφωµένου φέροντος Ε(t)

µεταβάλλεται στο ρυθµό της πληροφορίας.

2η: Πρόκειται για διαµόρφωση πλάτους (ASK), όπου οι Κ διακριτές καταστάσεις της

πληροφορίας αντιπροσωπεύονται από διαφορετικές τιµές πλάτους του φέροντος

σήµατος. Όταν Κ=2 (δυαδικές καταστάσεις) έχουµε την διαµόρφωση OOK (On –

Off Keying).

Το διαµορφωµένο σήµα E(t) δίνεται από: ( ) ( ) ( )ttatE 0cosω⋅= , µε a(t)=0 ή 1.

Το φάσµα περιλαµβάνει θεωρητικά δύο πλάγιες ζώνες άπειρου εύρους (ένα

καθαρό δυαδικό σήµα έχει άπειρο φασµατικό εύρος) και φασµατική συνιστώσα

του φέροντος που οφείλεται στη συνεχή συνιστώσα του διαµορφώνοντος

σήµατος.

Το block διάγραµµα του διαµορφωτή OOK δίνεται:

Ε(t) (OOK)

0 1 1 E(t)

t

1 0 0

fo - B fo +B

f

fo

cos(ωοt)

a(t) = 0 ή 1

Page 7: ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού , είναι ότι µετατρέπει

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 7 από 22 Κεφάλαιο 9ο : Σύγχρονες Τεχνικές - Προοπτικές

Επιµέλεια απαντήσεων: Γεώργιος Μακεδών Φυσικός Ρ/Η

Στην πράξη B=0.8 R, και το εύρος του φάσµατος µετά τη διαµόρφωση είναι: Βολ= 2 Β = 2 0.8 R = 1.6 R

3η: Πρόκειται για διαµόρφωση συχνότητας (Frequency Shift Keying) όπου η

συχνότητα του φέροντος για τις δύο δυαδικές καταστάσεις “0” και “1” παίρνει

δύο διακριτές διαφορετικές τιµές:

Για στάθµη “0”: f = fo – ∆f

Για στάθµη “1”: f = fo + ∆f

Η χρονική εικόνα του σήµατος για τη διαµόρφωση FSK φαίνεται παρακάτω:

Σχήµα 9.2.3: ∆ιαµόρφωση FSK

Η µαθηµατική έκφραση δίνεται από τη σχέση: ( ) ( )[ ][ ]tftatfEtE ∆+= ππ 22cos 00 ,

όπου α(t) = 1 ή –1 . Η FSK αντιστοιχεί στη διαµόρφωση FM.

Ο γενικός τελεστής διαµόρφωσης FSK φαίνεται στο παρακάτω σχήµα.

ΟΟΚ2 Ε(t) (FSK) ΟΟΚ1

Το σήµα FSK προκύπτει από το συνδυασµό δύο ανεξάρτητων ταλαντωτών µε

συχνότητες fo – ∆f και fo + ∆f διαµορφωµένων µε OOK.

E(t) 1 0 1 1 0

t

Ταλαντωτής συχνότητας

fo-∆f

Ταλαντωτής συχνότητας

fo+∆f

a(t)

Page 8: ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού , είναι ότι µετατρέπει

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 8 από 22 Κεφάλαιο 9ο : Σύγχρονες Τεχνικές - Προοπτικές

Επιµέλεια απαντήσεων: Γεώργιος Μακεδών Φυσικός Ρ/Η

Ο µηχανισµός δηµιουργίας του FSK σήµατος φαίνεται στο παρακάτω σχήµα και

δικαιολογεί την ύπαρξη ενδεχοµένως ασυνεχειών στη φάση του σήµατος κατά

την εναλλαγή των καταστάσεων.

Μηχανισµός δηµιουργίας του σήµατος FSK

Από τον τρόπο σύνθεσης του σήµατος FSK µπορεί να εκτιµηθεί εύκολα το φάσµα

και το εύρος της φασµατικής ζώνης. Αυτό απεικονίζεται στο σχήµα

E(t)

OOK 2

OOK 1

t

t

t

0 0 0 1 1

OOK1

OOK2

FSK

Bολ = 2Β + 2∆f

fo + ∆f + fo + ∆f –

fo –

fo +

fo – ∆f – fo – ∆f + f

f

f

Page 9: ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού , είναι ότι µετατρέπει

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 9 από 22 Κεφάλαιο 9ο : Σύγχρονες Τεχνικές - Προοπτικές

Επιµέλεια απαντήσεων: Γεώργιος Μακεδών Φυσικός Ρ/Η

απ’ όπου φαίνεται ότι µετά τη διαµόρφωση έχουµε: Βολ = 2Β + 2∆f,

Β = 0,8Rs (Rs = R σε bits/sec)

4η: Στην πράξη τις περισσότερες φορές η διαµόρφωση FSK πραγµατοποιείται µε

την αξιοποίηση ενός VCO, που ελέγχεται από το σήµα a(t).

Ε(t) (CPFSK)

Στην περίπτωση αυτή, καθώς δε δικαιολογούνται ασυνέχειες των φάσεων του

σήµατος, µιλούµε για διαµόρφωση CPFSK (Continuous Phase Freqyency

Shift Keying).

Στην περίπτωση της CPFSK ο ακριβής υπολογισµός του φάσµατος είναι

δυσκολότερος. Το εύρος φάσµατος εξαρτάται από τις παραµέτρους ∆f και R, ενώ

η ακριβής φασµατική εικόνα εξαρτάται από το λόγο ∆f/R.

5η: Στη διαµόρφωση PSK (Phase Shift Keying) οι Κ διακριτές καταστάσεις της

πληροφορίας επηρεάζουν την αρχική φάση του φέροντος σήµατος.

Η µαθηµατική έκφραση του διαµορφωµένου φέροντος δίνεται από τη σχέση:

Ε(t) = Eocos[ωοt + φο + a(t). 2π/Κ],

όπου a(t) є 0,1,2, …K-1 και φο η αρχική φάση του σήµατος.

6η: Όταν στη διαµόρφωση PSK ο αριθµός των διακριτών καταστάσεων είναι Κ =2, (η

διαµόρφωση τότε αναφέρεται ως BPSK (Binary Phase Shift Keying) και a(t) =

0 ή 1. Άρα η µαθηµατική έκφραση του διαµορφωµένου σήµατος δίνεται από τη

σχέση:

Ε(t) = Eocos[ωοt + a(t)π ] = ± Εοcos(ωοt),

Η BPSK µπορεί να θεωρηθεί ως διαµόρφωση DSBsc µε σήµα διαµόρφωσης α =

±1.

VCO a(t)

Page 10: ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού , είναι ότι µετατρέπει

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 10 από 22 Κεφάλαιο 9ο : Σύγχρονες Τεχνικές - Προοπτικές

Επιµέλεια απαντήσεων: Γεώργιος Μακεδών Φυσικός Ρ/Η

Το γενικό διάγραµµα ενός διαµορφωτή BPSK είναι:

E(t) (BPSK)

Το φάσµα του διαµορφωµένου σήµατος BPSK είναι:

E(t)

t

Η φασµατική εικόνα είναι η ίδια µε την περίπτωση της ΟΟΚ, µε τη διαφορά ότι

στην περίπτωση της BPSK δεν υπάρχει φασµατική συνιστώσα του φέροντος (στη

συχνότητα fo).

7η: Όταν στη διαµόρφωση PSK ο αριθµός των διακριτών καταστάσεων είναι Κ =4, (η

διαµόρφωση τότε αναφέρεται ως QPSK (Quadrature Phase Shift Keying).

Πρόκειται για διαµόρφωση φάσης τεσσάρων διακριτών καταστάσεων που

αντιστοιχούν σε πληροφορία που κωδικοποιείται από ένα ζευγάρι δυαδικών

στοιχείων: ‘00’, ‘01’, ‘10’, ‘11’.

a2 a1 Σηµείο Α Σηµείο Β ∆ιαν. Αποτέλεσµα 0 0 cos(ωοt) sin(ωοt) 0 1 cos(ωοt) sin(ωοt+π) 1 1 cos(ωοt+π) sin(ωοt+π) 1 0 cos(ωοt+π) sin(ωοt)

cos(ωοt)

α = ± 1

0 1 0 0

Page 11: ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού , είναι ότι µετατρέπει

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 11 από 22 Κεφάλαιο 9ο : Σύγχρονες Τεχνικές - Προοπτικές

Επιµέλεια απαντήσεων: Γεώργιος Μακεδών Φυσικός Ρ/Η

Το γενικό διάγραµµα ενός διαµορφωτή QPSK, που αποτελείται από δύο

διαµορφωτές BPSK οι οποίοι εργάζονται µε ορθογώνια φέροντα (παρουσιάζουν

διαφορά φάσης π/2).

sin(ωοt+a1π) Β

a1

(a2a1) E(t)

a2

Α

(co cos(ωοt+a2π)

Τα σήµατα των δύο διαµορφωτών αθροίζονται στην έξοδο. Το διανυσµατικό

αποτέλεσµα φαίνεται στον παραπάνω πίνακα.

Η µαθηµατική έκφραση του διαµορφωµένου σήµατος που προκύπτει είναι:

E(t) = Eocos(ωοt + π/4 + aπ/2), όπου a = 0,1,2,3.

8η: Η αποδιαµόρφωση των σηµάτων OOK, FSK και PSK στο δέκτη γίνεται µε τη

χρήση σύµφωνου (σύγχρονου ) αποδιαµορφωτή.

9η: Στην έξοδο του αποδιαµορφωτή συνήθως οι παλµοί (η ψηφιακή πληροφορία)

εµφανίζονται παραµορφωµένοι, λόγω του περιορισµού που υπέστη το φάσµα

τους στο τηλεπικοινωνιακό κανάλι. Γι’ αυτό πάντοτε µετά την αποδιαµόρφωση

ακολουθεί στάδιο επαναµορφοποίησης των παλµών.

Ε(t)

Σχήµα 9.2.10: Μορφοποίηση των παλµών µετά την αποδιαµόρφωση

π/2 BPSK

∆ιάταξη ∆ιαχωρισµού Άρτιας και Περιττής Τάξης

Συµβόλων

Ταλαντωτής φέροντος

+ +

BPSK

Aποδιαµόρφωση

Μορφοποίηση παλµών

Αποκωδικοποίηση

Page 12: ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού , είναι ότι µετατρέπει

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 12 από 22 Κεφάλαιο 9ο : Σύγχρονες Τεχνικές - Προοπτικές

Επιµέλεια απαντήσεων: Γεώργιος Μακεδών Φυσικός Ρ/Η

10η: Επειδή το ζητούµενο στις ψηφιακές τηλεπικοινωνίες είναι να επιτευχθεί

όσο το δυνατόν µεγαλύτερος ρυθµός πληροφορίας ανά µονάδα χρόνου

(µεγάλος όγκος πληροφορίας), µε το µικρότερο δυνατό εύρος φάσµατος και

τη µικρότερη ισχύ φέροντος σήµατος. Γι’ αυτό η βασική παράµετρος που

χαρακτηρίζει τις ψηφιακές διαµορφώσεις και δίνει ένα µέτρο σύγκρισης

µεταξύ τους είναι η φασµατική αποτελεσµατικότητα η . Ορίζεται από τη

σχέση: η = R/Bολ , όπου R ο ρυθµός µετάδοσης (το bit rate σε bits/sec) και

Βολ η ολική φασµατική ζώνη στο τηλεπικοινωνιακό κανάλι. Το µέγεθος η

εξαρτάται από τον τρόπο κωδικοποίησης του ψηφιακού σήµατος και το είδος

της διαµόρφωσης που θα επιλεγεί. Μετριέται σε bits/sec2.

11η: Η διαµόρφωση PSK είναι πιο αποτελεσµατική από την FSK και την OOK.

∆ιερευνώντας τις τρεις διαµορφώσεις OOK, FSK και PSK σχετικά µε τις

επιδόσεις τους στο θόρυβο αποδεικνύεται ότι η διαµόρφωση PSK είναι

καλύτερη. Για το ίδιο ποσοστό σφάλµατος δυαδικών στοιχείων στην έξοδο (bit

error rate) η PSK απαιτεί µισή ισχύ σήµατος στην είσοδο του δέκτη.

Page 13: ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού , είναι ότι µετατρέπει

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 13 από 22 Κεφάλαιο 9ο : Σύγχρονες Τεχνικές - Προοπτικές

Επιµέλεια απαντήσεων: Γεώργιος Μακεδών Φυσικός Ρ/Η

ΦΥΛΛΑ∆ΙΟ 27ο

1η:Το TELETEXT (τελετέξτ ή τηλεκείµενο) είναι ένα σύστηµα µετάδοσης

πληροφοριών, µε το οποίο διάφορα στοιχεία µπορούν να διαβιβαστούν µέσω των

τηλεοπτικών σηµάτων σε κοινούς δέκτες τηλεόρασης. Οι δέκτες πρέπει να είναι

εφοδιασµένοι µε ειδικό ηλεκτρονικό κύκλωµα που αποκωδικοποιεί τα σήµατα

του τελετέξτ και εµφανίζει τα στοιχεία στην οθόνη µε µορφή γραµµάτων, αριθµών

ή γραφικών συµβόλων. Το σύστηµα αυτό είναι µονόδροµο, δηλαδή δεν

προσφέρει δυνατότητα αποστολής στοιχείων ή ερωτηµάτων στην υπηρεσία

εκποµπής και επιτρέπει µόνο να επιλέξουµε από το σύνολο των εκπεµπόµενων

πληροφοριών αυτές που επιθυµούµε. Είναι σύστηµα συµβατό τόσο µε το

έγχρωµο όσο και µε το ασπρόµαυρο τηλεοπτικό σήµα. Η κωδικοποίηση γίνεται

κατά τέτοιο τρόπο, ώστε να µην παρενοχλεί το κανονικό τηλεοπτικό πρόγραµµα

και έτσι δεν χρειάζονται νέες συχνότητες εκποµπής γι' αυτή την υπηρεσία. Με το

τελετέξτ εκπέµπονται πληροφορίες γενικού ενδιαφέροντος, όπως µετεωρολογικές

προγνώσεις, δροµολόγια µέσων συγκοινωνίας, προγράµµατα τηλεοπτικών

σταθµών, εµπορικές πληροφορίες, σύντοµες ειδήσεις κλπ.

2η: Για τη µετάδοση των δεδοµένων, το τελετέξτ αξιοποιεί τους κατακόρυφους

παλµούς αµαύρωσης. Οι πληροφορίες εκπέµπονται κωδικοποιηµένες µαζί µε το

πρόγραµµα του σταθµού, τοποθετούνται στο χώρο των παλµών αµαύρωσης µετά

τους µεταεξισωτικούς παλµούς και πριν την αρχή σάρωσης του επόµενου

πεδίου. Οποιοσδήποτε τηλεοπτικός δέκτης περιέχει τον κατάλληλο

αποκωδικοποιητή µπορεί να απεικονίσει τις πληροφορίες.

Σήµατα TELETEXT µέσα στο σύνθετο τηλεοπτικό σήµα (αρνητικής πολικότητας)

Παλµός κατακόρυφης αµαύρωσης

Σήµατα TELETEXT Μετα-εξισωτικοί

παλµοί

Παλµός κατακόρυφου συγχρονισµού

Σήµατα εικόνας

Στάθµη µαύρου

Στάθµη λευκού

Page 14: ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού , είναι ότι µετατρέπει

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 14 από 22 Κεφάλαιο 9ο : Σύγχρονες Τεχνικές - Προοπτικές

Επιµέλεια απαντήσεων: Γεώργιος Μακεδών Φυσικός Ρ/Η

3η: Τα γράµµατα, οι αριθµοί και τα σύµβολα που αποτελούν τις ηλεκτρονικές

σελίδες του τελετέξτ κωδικοποιούνται στο δυαδικό σύστηµα µε τον κώδικα ASCII

και τοποθετούνται µεταξύ των παλµών συγχρονισµού γραµµών που υπάρχουν

"πάνω" σε κάθε παλµό αµαύρωσης πεδίων. Η στάθµη των σηµάτων αντιστοιχεί

στο 75% της διαφοράς µεταξύ των επιπέδων λευκού και µαύρου του τηλεοπτικού

σήµατος. Το χρονικό διάστηµα µεταξύ δυο διαδοχικών παλµών συγχρονισµού

γραµµών είναι 52 µsec. Στο διάστηµα αυτό τοποθετούνται 360 δυαδικά ψηφία.

Για να υπολογίσουµε τη µέγιστη συχνότητα στην οποία αντιστοιχεί αυτό το σήµα,

σκεφτόµαστε ως εξής: Ο µέγιστος ρυθµός µεταβολής των σηµάτων εµφανίζεται,

αν τα δεδοµένα αποτελούνται από διαδοχικά ψηφία µηδέν και ένα. Κάθε τέτοιο

ζευγάρι ψηφίων αντιστοιχεί σε µια περίοδο τετραγωνικού παλµού και έτσι

έχουµε 180 περιόδους σε χρονικό διάστηµα 52 µsec. Αυτό αντιστοιχεί σε

συχνότητα 180:52.10-6=3,46 MHz. Η συχνότητα αυτή καλύπτεται από το εύρος

ζώνης των 5 MHz του τηλεοπτικού σήµατος, αλλά, επειδή προέρχεται από

τετραγωνικούς παλµούς, έχει ισχυρές αρµονικές, που φτάνουν µέχρι τα 40 MHz.

Για την αποκοπή αυτών των αρµονικών, το σήµα τελετέξτ διέρχεται από

κατάλληλο χαµηλοπερατό φίλτρο. Από τα 360 ψηφία τα 40 πρώτα

χρησιµοποιούνται για συγχρονισµό του συστήµατος. Πιο συγκεκριµένα, τα 16

πρώτα ψηφία συγχρονίζουν τη γεννήτρια ωρολογιακών παλµών που υπάρχει στον

αποκωδικοποιητή του δέκτη, τα επόµενα 8 ρυθµίζουν τον αποκωδικοποιητή για

λήψη άρτιου ή περιττού πεδίου και τα υπόλοιπα 16 µεταφέρουν την πληροφορία

για το σηµείο στο οποίο θα εµφανιστεί πάνω στην οθόνη κάθε σειρά κειµένου. Τα

320 ψηφία που αποµένουν µεταφέρουν τις πληροφορίες που ενδιαφέρουν το

χρήστη. Επειδή κάθε χαρακτήρας σχηµατίζεται από 8 ψηφία (7 ψηφία του

κώδικα ASCII και ένα ψηφίο ισοτιµίας για έλεγχο της ορθότητας λήψης του

χαρακτήρα), συµπεραίνουµε ότι σε κάθε γραµµή κειµένου χωρούν 40

χαρακτήρες. Κάθε σελίδα αποτελείται από 24 γραµµές µε 40 χαρακτήρες η

καθεµιά. ∆εδοµένου ότι υπάρχουν 12 γραµµές στη διάρκεια ενός παλµού

αµαύρωσης πεδίου ύστερα από τους µεταεξισωτικούς παλµούς, καταλαβαίνουµε

ότι απαιτούνται δύο πεδία, δηλαδή ένα πλαίσιο, για το σχηµατισµό µιας

πλήρους σελίδας. Αυτό σηµαίνει ότι στο ευρωπαϊκό τηλεοπτικό σύστηµα η

εκποµπή µιας σελίδας διαρκεί 1/25 του δευτερολέπτου. Περίπου 50-60 τέτοιες

σελίδες απαρτίζουν ένα "περιοδικό" (magazine). Η αποστολή κάθε σελίδας

Page 15: ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού , είναι ότι µετατρέπει

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 15 από 22 Κεφάλαιο 9ο : Σύγχρονες Τεχνικές - Προοπτικές

Επιµέλεια απαντήσεων: Γεώργιος Μακεδών Φυσικός Ρ/Η

γίνεται ανά µισό δευτερόλεπτο και όλο το περιοδικό εκπέµπεται σε περίπου µισό

λεπτό. Αυτό σηµαίνει ότι ο χρήστης χρειάζεται να περιµένει, αφού καλέσει µια

σελίδα, το πολύ µισό λεπτό. Η καθυστέρηση µπορεί να είναι µεγαλύτερη, αν το

περιοδικό περιέχει περισσότερες σελίδες.

4η: Το κυριότερο πρόβληµα του τελετέξτ στην Ελλάδα και σε άλλες χώρες που δε

χρησιµοποιούν λατινικό αλφάβητο. Με τα 7 bit του κώδικα ASCII µπορούν να

οριστούν 128 διαφορετικοί χαρακτήρες. Σ' αυτούς περιλαµβάνονται 33

χαρακτήρες ελέγχου, 10 αριθµητικά ψηφία, 52 κεφαλαίοι και πεζοί (δηλαδή

µικροί) λατινικοί χαρακτήρες και 33 σηµεία στίξης και χαρακτήρες για απλά

γραφικά (block graphics). Στο σύνολο αυτό δεν υπάρχει χώρος για χαρακτήρες

άλλων γλωσσών. Στην Ελλάδα δεν υπάρχει προς το παρόν ενιαία αντιµετώπιση

του προβλήµατος. Οι κρατικοί τηλεοπτικοί σταθµοί εκπέµπουν κανονικό

ελληνικό τηλεκείµενο και πρέπει να αλλάξουµε τη µνήµη ROM της γεννήτριας

χαρακτήρων του αποκωδικοποιητή µας, για να µπορούµε να το διαβάζουµε. Αν

δεν το κάνουµε, βλέπουµε κείµενα µε ακατάληπτους λατινικούς χαρακτήρες. Οι

υπόλοιποι σταθµοί εκπέµπουν σελίδες µε ελληνικό κείµενο, αλλά γραµµένο µε

κεφαλαίους λατινικούς χαρακτήρες. Αυτό έχει το πλεονέκτηµα ότι δεν απαιτεί

επεµβάσεις στο κύκλωµα του αποκωδικοποιητή και προσφέρει κείµενο που

διαβάζεται σχετικά εύκολα. ∆εν πρόκειται όµως για καθαρά "ελληνικό" κείµενο.

5η: Η υπηρεσία τελετέξτ έχει αρκετά µεγαλύτερη δυναµικότητα απ' αυτή που χρησιµοποιούµε.

Μπορεί λοιπόν να χρησιµοποιηθεί και για άλλες χρήσεις, από τις οποίες µερικές ήδη

ξεκίνησαν, ενώ άλλες προβλέπονται στο µέλλον. Έτσι, για παράδειγµα, µέσω τελετέξτ

µεταδίδονται από το 1999 τα θέµατα των πανελλαδικών εξετάσεων στα εξεταστικά κέντρα,

όπως επίσης µε τον ίδιο τρόπο µεταδίδονται πληροφορίες χρηµατοοικονοµικής φύσης, (τιµές

µετοχών κλπ.) οι οποίες αξιοποιούνται από προγράµµατα ηλεκτρονικών υπολογιστών

διαχείρισης χαρτοφυλακίου.

6η: ∆ύο είναι τα πλεονεκτήµατα:

• Μεγαλύτερο πλήθος γραµµών σάρωσης

• Μεγαλύτερο πλάτος της τηλεοπτικής οθόνης

Page 16: ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού , είναι ότι µετατρέπει

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 16 από 22 Κεφάλαιο 9ο : Σύγχρονες Τεχνικές - Προοπτικές

Επιµέλεια απαντήσεων: Γεώργιος Μακεδών Φυσικός Ρ/Η

7η: Το ιαπωνικό NHK Hi-Vision και το αµερικάνικο DTV. Υπήρξε και το ευρωπαϊκό MAC.

• Το ιαπωνικό NHK Hi-Vision

Το ιαπωνικό σύστηµα HDTV, που ονοµάζεται NHK Hi-Vision, χρησιµοποιεί

1125 γραµµές σάρωσης,

λόγο πλευρών εικόνας 16:9,

ενδιάµεση σάρωση 60 πεδίων το δευτερόλεπτο (30 άρτια, τριάντα περιττά)

και

ξεχωριστή εκποµπή σηµάτων φωτεινότητας και χρωµικότητας, µε εύρος

ζώνης 20 MHz για τη φωτεινότητα και 10 MHz για τη χρωµικότητα.

Το µεγάλο εύρος ζώνης κάνει σχεδόν αδύνατη τη χρήση του στα επίγεια

κανάλια ασύρµατης εκποµπής, τα οποία είναι ήδη ασφυκτικά κατειληµµένα

και από άλλες υπηρεσίες. Γι' αυτό διαδόθηκε µια παραλλαγή του συστήµατος

για εκποµπή από δορυφόρους άµεσης εκποµπής (DBS), που ονοµάζεται

σύστηµα MUSE. (Multiple sUb-nyquist Sampling and Encoding, πολλαπλή

υποδειγµατοληψία Nyquist και κωδικοποίηση). Στο σύστηµα αυτό γίνεται

ψηφιακή επεξεργασία των σηµάτων, µε σκοπό τη συµπίεση του εύρους ζώνης

του οπτικού σήµατος περίπου στα 8 MHz. Η συµπίεση γίνεται µε δειγµατοληψία

του αρχικού σήµατος που ακολουθείται από υποδειγµατοληψία 3:1. Αυτό

σηµαίνει ότι από κάθε τρεις κουκίδες µιας εικόνας εκπέµπεται µόνο η µία. Έτσι,

απαιτούνται τρεις διαδοχικές σαρώσεις της ίδιας γραµµής, για να εµφανιστούν

και οι τρεις κουκίδες κάθε τριάδας στην οθόνη. Με τον τρόπο αυτό τα στατικά

τµήµατα της εικόνας αναπαράγονται µε την πλήρη ευκρίνεια του συστήµατος. Στα

κινούµενα όµως µέρη εµφανίζεται µετατόπιση των κουκίδων από τις αρχικές τους

θέσεις, η οποία προκαλεί ένα είδος "µουτζουρώµατος" που ελαττώνει την ευκρίνεια

περίπου στο µισό. Αυτό συνήθως περνά απαρατήρητο, εκτός από την περίπτωση

που ολόκληρη η σκηνή µετακινείται πλάγια (πχ., όταν µετατοπίζεται η κάµερα),

οπότε η εικόνα χειροτερεύει αισθητά.

• Το αµερικάνικο DTV

Το αµερικανικό σύστηµα προέκυψε από τον ανταγωνισµό τουλάχιστο 14

διαφορετικών συστηµάτων, που σύντοµα κατέληξαν σε τέσσερα. Μεταξύ αυτών

Page 17: ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού , είναι ότι µετατρέπει

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 17 από 22 Κεφάλαιο 9ο : Σύγχρονες Τεχνικές - Προοπτικές

Επιµέλεια απαντήσεων: Γεώργιος Μακεδών Φυσικός Ρ/Η

δηµιουργήθηκε συµµαχία, µε σκοπό την ενσωµάτωση των καλύτερων στοιχείων

τους σε ένα µόνο σύστηµα, το οποίο, είναι εξ ολοκλήρου ψηφιακό. Για τον

περιορισµό του εύρους ζώνης συχνοτήτων των σηµάτων επιλέχτηκαν τεχνικές

συµπίεσης ψηφιακών δεδοµένων, γνωστές και δοκιµασµένες από τη βιοµηχανία

ηλεκτρονικών υπολογιστών. Κάτω από την πίεση των εταιρειών αυτού του χώρου

εγκαταλείφθηκε το αρχικό πρότυπο των 1125 γραµµών και 60 πεδίων ανά

δευτερόλεπτο και υιοθετήθηκε ένα "ανοιχτό" πρότυπο, µε µόνους

περιορισµούς να µη χρησιµοποιούνται περισσότερα από ένα εκατοµµύριο

εικονοστοιχεία για κάθε πλαίσιο και να µην υπερβαίνει, µετά τη

συµπίεση, το εύρος ζώνης του ψηφιακού σήµατος αυτό µιας

συνηθισµένης εκποµπής του συστήµατος NTSC.

Κάθε σταθµός εκποµπής και κάθε πιθανός θεατής µπορεί να επιλέξει την

ευκρίνεια εικόνας και το είδος των υπηρεσιών που θα χρησιµοποιήσει.

Π.χ.: στο κανάλι που εκπέµπεται ένα πρόγραµµα υψηλής ευκρίνειας µπορούν

µε τις ίδιες τεχνικές συµπίεσης να εκπεµφθούν τέσσερα κανάλια κοινής

ευκρίνειας. Γι' αυτό το αµερικανικό σύστηµα επικράτησε να ονοµάζεται DTV

(Digital TV, ψηφιακή τηλεόραση).

Τα πρότυπα απεικονίσεων που υποστηρίζονται µεταξύ άλλων είναι τα εξής:

• 480p-640 x 480 εικονοστοιχεία, προοδευτική σάρωση (4:3)

• 720p-1280 x 720 εικονοστοιχεία, προοδευτική σάρωση (16:9)

• 1080i-1920 x 1080 εικονοστοιχεία, ενδιάµεση σάρωση (16:9)

Για συµπίεση του ψηφιακού σήµατος χρησιµοποιείται το σύστηµα MPEG-2.

• Το ευρωπαϊκό MAC (και οι παραλλαγές του B-MAC και D2-MAC) αποδείχτηκε

χαµηλής ποιότητας και γι’ αυτό εγκαταλείφτηκε.

Page 18: ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού , είναι ότι µετατρέπει

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 18 από 22 Κεφάλαιο 9ο : Σύγχρονες Τεχνικές - Προοπτικές

Επιµέλεια απαντήσεων: Γεώργιος Μακεδών Φυσικός Ρ/Η

ΦΥΛΛΑ∆ΙΟ 28ο

1η: Συµπίεση ψηφιακών δεδοµένων ονοµάζουµε την µείωση του µεγάλου όγκου δεδοµένων.

Τέτοια είναι τα αρχεία ήχου ή εικόνας. Μια βασική εφαρµογή της συµπίεσης δεδοµένων είναι

η την επικοινωνία των υπολογιστών καθώς και η την εν γένει διάδοση του διαδικτύου.

Π.χ.:

Ψηφιακή εικόνα:

µεγέθος 640Χ480 εικονοστοιχεία

µε 24 bit πληροφορίας χρώµατος για κάθε εικονοστοιχείο

έχει συνολικό µέγεθος: (640Χ480Χ24)=7.372.800 bit, ή 7.372.800/(1024Χ8)=900kB.

Ψηφιακός ήχος ποιότητας CD:

2 κανάλια

44100 δείγµατα / κανάλι

16 bit / δείγµα

3min=180 sec

έχει συνολικό µέγεθος: (2Χ44100Χ16Χ180)=254.016.000 bit,

ή 254.016.000/(1024Χ1024Χ8)=30.28ΜB.

Όπως γίνεται αντιληπτό για να περιορίσουµε το µέγεθος αυτών των αρχείων πρέπει να τα

συµπιέσουµε. Η συµπίεση στηρίζεται σε µια σειρά υπολογιστικών µεθόδων, από τις οποίες

προκύπτει µια οµάδα δεδοµένων.

2η: Υπάρχουν δύο κατηγορίες µεθόδων συµπίεσης δεδοµένων:

(α) οι απωλεστικές, όπου στη µέθοδο αυτή τα δεδοµένα του ψηφιακού µειώνονται σε τέτοιο

βαθµό, που χάνεται µέρος της πληροφορίας, που µεταφέρει, µε αποτέλεσµα να είναι

αδύνατη η ανασύσταση του ήχου, µετά την αποσυµπίεση, στην αρχική του µορφή. Οι

βαθµοί συµπίεσης που πετυχαίνουµε µ’ αυτή τη µέθοδο είναι 7:1 έως 11:1.

Οι συµπιέσεις που ανήκουν σ’ αυτή είναι: JPEG ( για ακίνητες εικόνες ), MPEG ( για

αρχεία κινούµενης εικόνας (video) και η MP-3 για αρχεία ήχου.

(β) οι µη απωλεστικές, όπου µε τη µέθοδο αυτοί τα δεδοµένα ήχου µειώνονται σε τέτοιο βαθµό

που δεν προκαλούν απώλεια πληροφοριών. Έτσι µπορούµε να ανακτήσουµε τα δεδοµένα Η

συµπίεση που πετυχαίνουν δεν είναι µεγαλύτερη από 2:1.

Page 19: ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού , είναι ότι µετατρέπει

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 19 από 22 Κεφάλαιο 9ο : Σύγχρονες Τεχνικές - Προοπτικές

Επιµέλεια απαντήσεων: Γεώργιος Μακεδών Φυσικός Ρ/Η

Οι συµπιέσεις που ανήκουν σ’ αυτή είναι: RLE, LZW και η Huffman.

3η: Η µέθοδος JPEG (Joint Photographic Experts Group) λειτουργεί µετατρέποντας αρχικά τις

RGB πληροφορίες των εικονοστοιχείων της εικόνας σε πληροφορίες φωτεινότητας και

χρωµικότητας του κόκκινου και του µπλε (YCrCb). Εκµεταλλευόµενη τη µειωµένη ευαισθησία

της όρασης στα χρώµατα, η µέθοδος χρησιµοποιεί υποδειγµατοληψία και ελαττώνει τις

πληροφορίες για τις χρωµικότητες στο µισό ή το ένα τέταρτο του αρχικού (µορφές 4:2:2 ή

4:2:0). Με τον τρόπο αυτό προκύπτει µια πρώτη συµπίεση των δεδοµένων.

Στη συνέχεια, η εικόνα χωρίζεται σε τµήµατα µεγέθους 8 x 8 εικονοστοιχείων. Σε κάθε τέτοιο

τµήµα εφαρµόζονται πολύπλοκοι µαθηµατικοί µετασχηµατισµοί και προκύπτουν 64 νούµερα

που περιγράφουν τη φωτεινότητα και τη χρωµικότητα του κάθε εικονοστοιχείου της οµάδας.

Οι µικρότεροι απ' αυτούς τους αριθµούς στρογγυλοποιούνται στο µηδέν. Όσο περισσότεροι

αριθµοί µηδενιστούν τόσο µεγαλύτερη συµπίεση θα πετύχουµε και τόσο χειρότερη θα είναι η

ποιότητα της τελικής εικόνας.

Με τη µέθοδο JPEG µπορούµε να πετύχουµε συµπίεση έως και 10:1, χωρίς αισθητή

υποβάθµιση της ποιότητας της εικόνας. Με µεγαλύτερους λόγους συµπίεσης αρχίζουν να

γίνονται εµφανή τα τµήµατα 8 x 8, κυρίως στα σηµεία όπου υπάρχουν απαλοί χρωµατικοί

τόνοι.

4η: Η συµπίεση MPEG (Motion Pictures Experts Group) και οι εκδοχές της MPEG-1, MPEG-2

καθώς και η επερχόµενη MPEG-4 στηρίζονται στη µέθοδο JPEG, για να συµπιέσουν

κινούµενη εικόνα, δηλαδή ψηφιακό βίντεο.

Το MPEG βασίζεται στην παρατήρηση, ότι η κινούµενη εικόνα αποτελείται από διαδοχικές

ακίνητες εικόνες (πλαίσια) που διαφέρουν ελάχιστα µεταξύ τους. Έτσι, δεν είναι απαραίτητο

να αποθηκεύονται ή να αποστέλλονται όλα τα δεδοµένα κάθε επόµενου πλαισίου, αλλά

µονάχα εκείνα που έχουν µεταβληθεί. Τα δεδοµένα αυτά απαρτίζουν τα προβλεπτικά

πλαίσια (P-Frames). Βέβαια, ανά τακτικά χρονικά διαστήµατα στέλνονται και πλήρεις

εικόνες, συµπιεσµένες κατά JPEG, για να καλύψουν τις ριζικές αλλαγές των σκηνών. Αυτές

οι πλήρεις εικόνες ονοµάζονται πλαίσια αναφοράς (I-Frames). Τέλος, για να καλυφθεί και η

(α)

Χωρίς συµπίεση

(β)

µε συµπίεση 6:1

(γ)

µε συµπίεση 16:1

Page 20: ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού , είναι ότι µετατρέπει

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 20 από 22 Κεφάλαιο 9ο : Σύγχρονες Τεχνικές - Προοπτικές

Επιµέλεια απαντήσεων: Γεώργιος Μακεδών Φυσικός Ρ/Η

περίπτωση, όπου τα κινούµενα αντικείµενα στην εικόνα αποκαλύπτουν άλλα αντικείµενα

κρυµµένα πίσω τους, υπάρχουν από την έκδοση MPEG-2 και µετά τα προβλεπτικά πλαίσια

διπλής κατεύθυνσης (B-Frames). Σ' αυτά περιέχονται οι πληροφορίες των διαφορών, όχι

µόνο από το προηγούµενο πλαίσιο, αλλά και από το επόµενο.

Τα παραπάνω πλαίσια διαδέχονται το ένα το άλλο σε µια σειρά της µορφής Ι Β Β Ρ Β Β Ρ

…κλπ. Τα πλαίσια αναφοράς εµφανίζονται τουλάχιστον µια φορά το δευτερόλεπτο. Αν στην

ταινία υπάρχει έντονη δράση, τα πλαίσια αναφοράς εµφανίζονται συχνότερα, για να καλύψουν

τις απότοµες αλλαγές των πλάνων και γι' αυτό ο ρυθµός ροής των δεδοµένων στην

κωδικοποίηση MPEG δεν είναι σταθερός. Η µέθοδος πάντως προβλέπει ένα ανώτατο όριο σ'

αυτό το ρυθµό, για να εξασφαλίσει ότι η κωδικοποίηση µπορεί να χρησιµοποιηθεί και σε

εφαρµογές πραγµατικού χρόνου (πχ. ψηφιακές κάµερες).

Η µέθοδος MPEG είναι πολύ απαιτητική σε υπολογιστική ισχύ, αλλά ταυτόχρονα είναι πολύ

αποδοτική στη συµπίεση.

Παράδειγµα: ο λόγος συµπίεσης στα πλαίσια Ι είναι 7:1,

στα πλαίσια Ρ ανεβαίνει στο 20:1,

ενώ στα πλαίσια Β µπορεί να φτάσει και το 50:1.

• Η προδιαγραφή MPEG-2 περιλαµβάνει, εκτός από τα παραπάνω, και πρόβλεψη για

συµπίεση πέντε καναλιών ήχου που συνοδεύουν την εικόνα και µπορούν να

χρησιµοποιηθούν για πολυγλωσσικές εφαρµογές, για αναπαραγωγή περιβάλλοντος ήχου

κλπ.

5η: Η συµπίεση MP-3 (MPEG Audio layer 3) χρησιµοποιείται για τα ηχητικά δεδοµένα και

βασίζεται στην παρατήρηση, ότι η ακοή µας δεν µπορεί να αντιληφθεί έναν ήχο που έχει

γειτονική συχνότητα µ' έναν άλλον ισχυρότερο ήχο. Το φαινόµενο αυτό ονοµάζεται "ηχητική

σκίαση" , γιατί ο δεύτερος ήχος "καλύπτει" τον πρώτο. Η ηχητική σκίαση είναι εντονότερη

όσο πιο κοντά βρίσκονται οι συχνότητες των δύο ήχων και όσο µεγαλύτερη είναι η διαφορά

στην έντασή τους.

Τα προγράµµατα συµπίεσης MP-3 λαµβάνουν τα ψηφιακά δεδοµένα για το πλάτος του

ακουστικού σήµατος στις διάφορες χρονικές στιγµές και µε περίπλοκους µαθηµατικούς

µετασχηµατισµούς υπολογίζουν το πλάτος του ακουστικού σήµατος στις διάφορες συχνότητες

(ανάλυση φάσµατος).

Κατόπιν, χωρίζουν το ακουστικό φάσµα σε 576 διαφορετικές περιοχές και εντοπίζουν µέσα σε

κάθε περιοχή το πιο ισχυρό σήµα. Τα δεδοµένα που αντιστοιχούν σε όλα τα άλλα σήµατα

απαλείφονται, γιατί, εφόσον σκιάζονται από το πιο ισχυρό, δε γίνονται ακουστά.

Page 21: ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού , είναι ότι µετατρέπει

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 21 από 22 Κεφάλαιο 9ο : Σύγχρονες Τεχνικές - Προοπτικές

Επιµέλεια απαντήσεων: Γεώργιος Μακεδών Φυσικός Ρ/Η

Η συµπίεση MP-3 είναι ιδιαίτερα απαιτητική σε υπολογιστική ισχύ, αλλά η αναπαραγωγή

(αποσυµπίεση) των αρχείων ήχου που παράγει είναι εύκολη. Αρχεία συµπιεσµένα κατά MP-3

φτάνουν λόγους συµπίεσης 20:1, χωρίς µεγάλη υποβάθµιση της ποιότητας του ήχου.

6η: Αµφίδροµη τηλεόραση ονοµάζουµε τη δυνατότητα που έχουν οι τηλεθεατές να επεµβαίνουν

στο πρόγραµµα που παρακολουθούν στις οθόνες τους και όχι απλώς να το επιλέγουν.

Το βασικό µοντέλο αµφίδροµης τηλεόρασης φαίνεται παρακάτω:

Το «περιεχόµενο προγράµµατος», που αναφέρεται στη ροή του κοινού τηλεοπτικού

προγράµµατος καθώς και το «κανάλι προώθησης αλληλεπίδρασης» που υπάρχει

εγκατεστηµένο εδώ και αρκετά χρόνια µε τη µορφή του τηλεκειµένου (teletext). Όµως για της

αµφιδροµικότητα της τηλεόρασης, οφείλεται και η ύπαρξη του καναλιού αλληλεπίδρασης.

Αυτό όµως απαιτεί κατάλληλο χειριστήριο στον τηλεθεατή, ο οποίος θα µπορεί να διαµορφώνει

µ’ αυτό το περιεχόµενο του προγράµµατος σύµφωνα µε τις επιθυµίες του.

7η: Η λειτουργία της αµφίδροµης τηλεόρασης εξασφαλίζεται µε δύο βασικούς τρόπους:

• Με την ασύρµατη εκποµπή στην περιοχή των UHF, µέσω της υπάρχουσας κεραίας του

δέκτη προς τοπικούς δέκτες συγκέντρωσης των εκποµπών επιστροφής ή µέσω ενός

κυψελοειδούς συστήµατος επικοινωνίας παρόµοιου µε αυτό των κινητών τηλεφώνων.

• Με την καλωδιακή σύνδεση µέσα από συστήµατα καλωδιακής τηλεόρασης ή µέσω των

κοινών ή ISDN τηλεφωνικών συνδέσεων.

Η δεύτερη περίπτωση πλεονεκτεί έναντι της πρώτης, γιατί βρίσκονται εγκαταστηµένες

ουσιαστικά σε κάθε σπίτι, ακόµη και σε περιοχές που δε διαθέτουν προηγµένες τηλεοπτικές

υπηρεσίες.

Τηλεοπτικός σταθµός

∆έκτης τηλεθεατή

Περιεχόµενα προγράµµατος

Κανάλι επιστροφής αλληλεπίδρασης

Κανάλι προώθησηςαλληλεπίδρασης

Εκποµπές του χρήστη

Page 22: ση RF καναλιούtomelectronics.weebly.com/uploads/1/8/4/2/18429165/... · 4η: Ο ρόλος του κωδικοποιητή καναλιού , είναι ότι µετατρέπει

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 22 από 22 Κεφάλαιο 9ο : Σύγχρονες Τεχνικές - Προοπτικές

Επιµέλεια απαντήσεων: Γεώργιος Μακεδών Φυσικός Ρ/Η

Η αµφίδροµη τηλεόραση είναι µια υπηρεσία συνδροµητική, που µπορεί να προσφέρει στους

πελάτες της πλήθος από δυνατότητες, άγνωστες στην κοινή τηλεόραση.

Για παράδειγµα οι συνδροµητές:

µπορούν να συµµετέχουν σε τηλεπαιχνίδια,

να υποβάλλουν ερωτήσεις σε συνεντεύξεις,

να συµµετέχουν σε ψηφοφορίες,

να κάνουν τηλε-αγορές και κυρίως

να παραγγέλνουν τις τηλεοπτικές ταινίες που επιθυµούν να παρακολουθήσουν. Αυτή η

τελευταία υπηρεσία της αµφίδροµης τηλεόρασης ονοµάζεται "Video On Demand"

(VOD, βίντεο κατά παραγγελία) και διαφηµίζεται ως το πλέον ελκυστικό

χαρακτηριστικό της.

Μελλοντικές εφαρµογές:

ως µέσο περιήγησης στο διαδίκτυο (internet) και

ως πύλη για τη µεταφορά ("κατέβασµα") προϊόντων λογισµικού.