TEHNIKE ZA PRENOS PODATAKA III poglavlje

TRASIRANI I NETRASIRANI PRENOS Prenos podataka izmedju predajnika i prijemnika vrši se preko prenosnog medijuma. Prenosni medijum može biti: trasiran (guided) netrasiran (unguided) Kod trasiranog prenosa prostiranje talasa se usmerava duž fizičkih puteva kakvi su upredeni kablovi, koaksijalni kablovi, optička vlakna, itd. Kod netrasiranog prenosa prostiranje elektromagnetnih talasa se vrši kroz vazduh, vakum, tečnost.

DEFINICIJA VEZE Prenosni put izmedju dve tačke naziva se veza (link) Deo veze koji je namenjen prenosu podataka zovemo kanal. Termin direktna veza (direct link) se odnosi na prenosni put izmedju dva uredjaja duž koga se prostiranje signala izmedju predajnika i prijemnika ostvaruje bez posrednika. Kao posrednici na prenosnom putu ne smatraju se uredjaji tipa pojačavač ili repetitor čija je osnovna uloga da povećaju snagu (amplitudu) signala duž prenosnog puta, tj. da kompenziraju slabljenje, signala kroz prenosni medijum.

KONFIGURACIJE KOD TRASIRANOG PRENOSA - veza tipa point-to-point- Kod usmerenog prenosa tipa tačka-ka-tački (point-to-point) ostvarena je direktna veza izmedju predajnika i prijemnika

KONFIGURACIJE KOD TRASIRANOG PRENOSA - veza tipa multipoint- Kod višetačkaste (multipoint) konfiguracije medijum za prenos je deljiv izmedju većeg broja uredjaja

NAČINI KOMUNICIRANJA Razlikujemo tri načina prenosa : simpleks (simplex)- signali se prenose (predaju) samo u jednom smeru; jedna stanica je predajnik, a druga prijemnik. polu-dupleks (half-duplex) - obe stanice mogu vršiti predaju/prijem po istom kanalu, ali ne istovremeno, (kada je jedna predajnik druga je prijemnik i obratno). potpuni dupleks (full-duplex) - obe stanice mogu istovremeno vršiti predaju koristeći posebne kanale po jedan za svaki smer prenosa.

NAČINI KOMUNICIRANJA-prod. Rx-prijemnik Tx-predajnik

Simplex, Half-duplex, Full-duplex

KONCEPT VREMENSKOG DOMENA U funkciji vremena, signal može biti kontinualni ili diskretni kontinualni signal diskretni signal

KONCEPT FREKVENTNOG DOMENA Signal se sastoji od većeg broja komponenata čija je frekvencija različita Primer Komponente signala su sinusni talasni oblici frekvencije f1 i 3f1 Zapažanja: Druga fekvencija je celobrojni umnožak prve. Perioda ukupnog signala jednaka je periodi osnovne frekvencije

KONCEPT FREKVENTNOG DOMENA-prod.

SPEKTAR SIGNALA Spektar signala predstavlja opseg frekvencija koje taj spektar sadrži. Apsolutni propusni opseg (absolute bandwidth) signala je onaj koji odgovara širini spektra. Kod najvećeg broja signala propusni opseg je beskonačan. Najveći deo energije signala sadrži se u relativno uskom frekventnom opsegu. Ovaj opseg je poznat kao efektivni propusni opseg (effective bandwidth), ili skraćeno propusni opseg.

EFEKAT PROPUSNOG OPSEGA NA OBLIK DIGITALNOG SIGNALA

TIPOVI PRENOSA PODATAKA

PARALELNI PRENOS   a)

8-bitni PARALELNI PRENOS

SERIJSKI PRENOS

TIPOVI SERIJSKOG PRENOSA Razlikuju se dva tipa prenosa: asinhroni sinhroni

ASINHRONI SERIJSKI PRENOS

ASINHRONI SERIJSKI PRENOS - napomene In asynchronous transmission, we send 1 start bit (0) at the beginning and 1 or more stop bits (1s) at the end of each byte. There may be a gap between each byte. Note: Asynchronous here means “asynchronous at the byte level,” but the bits are still synchronized; their durations are the same.

SINHRONI SERIJSKI PRENOS Note: In synchronous transmission, we send bits one after another without start/stop bits or gaps. It is the responsibility of the receiver to group the bits.

BRZINA PRENOSA i BRZINA SIGNALIZIRANJA Brzina prenosa podataka (data rate ili transmission rate) se definiše kao broj prenetih bitova u toku odredjenog vremenskog perioda podeljen sa tim vremenom, a meri se u bitovima u sekundi (bps). Brzina signaliziranja (signaling rate) se odnosi na brzinu prenosa jednog signalnog elementa, a meri se u baud-ovima

Bit, Dibit, Tribit, Quadbit,....

Table Bit and baud rate comparison Modulation Units Bits/Baud Baud rate Bit Rate ASK, FSK, 2-PSK Bit 1 N 4-PSK, 4-QAM Dibit 2 2N 8-PSK, 8-QAM Tribit 3 3N 16-QAM Quadbit 4 4N 32-QAM Pentabit 5 5N 64-QAM Hexabit 6 6N 128-QAM Septabit 7 7N 256-QAM Octabit 8 8N

GREŠKE KOD PRENOSA PODATAKA U toku prenosa podataka dolazi do pojave grešaka. Broj grešaka se izražava kao bit error rate (BER). Glavni uzrok pojave grešaka predstavlja šum

ANALOGNI I DIGITALNI PRENOS PODATAKA Analogni i digitalni podaci se mogu predstaviti, a shodno tome i prenositi, analognim ili digitalnim signalima

KOMBINACIJE PODACI-SIGNAL   analogni signal digitalni signal analogni podaci postoje dve alternative: a) signali imaju identičan spektar kao i analogni podaci b)  vrši se kodiranje analognih podataka, a signali pripadaju različitim delovima spektra analogni podaci se kodiraju koristeći codec koji generiše digitalnu bit povorku digitalni podaci digitalni podaci se kodiraju uz pomoć sklopa modem koji na svom izlazu generiše analogni signal a) signal čine dva naponska nivoa pomoću kojih se predstavljaju dve binarne vrednosti b) vrši se kodiranje digitalnih podataka kako bi se generisao digitalni signal sa željenim osobinama

KOMBINACIJE PODACI-SIGNAL   analogni signal digitalni signal analogni podaci prostiranje se vrši uz pomoć pojačavača; tretman je isti nezavisno od toga da li se signal koristi za predstavljanje analognih i digitalnih podataka predpostavlja se da analogni signali predstavljaju digitalne podatke. Signal se prenosi preko repetitora. Od strane svakog repetitora, digitalni podaci se prihvataju, restauriraju, pojačavaju i predaju prema narednom repetitoru u lancu digitalni podaci ne koristi se digitalni signal predstavlja niz 0 i 1, koji mogu predstavljati digitalne podatke. Signali se prenose preko repetitora: Kod svakog repetitora, niz 1 i 0 se prihvata, pojačava i predaje prema narednom repetitoru u lancu

DEFINICIJA NEKIH OSNOVNIH POJMOVA Pojam brzina signaliziranja (data signaling rate ili data rate) odgovara pojmu brzini signala i izražava se u jedinicama bitova-u-sekundi (bps) sa kojim se podaci prenose Modulaciona brzina (modulation rate) se izražava u baud-ima, a odgovara broju signalnih elemenata u sekundi. Tri ključna faktora koja odredjuju uspešnost prijemnika da interpretira dolazeći signal su: odnos signal šum, brzine sa kojom se prenose podaci (data rate), propusni opseg.

Objašnjenje termina, jedinica i definicija   elemenat podataka bitovi jedinstvena binarna 0 ili 1 brzina prenosa (date rate) bitovi-u-sekundi (bps) brzina kojom se elementi podataka prenose signalni elemenat digitalni: naponski impuls konstante amplitude analogni: impuls konstantne frekvencije, faze i amplitude deo signala koji zauzima najkraći interval kôda za signalizaciju brzina signaliziranja ili modulaciona brzina signalni elementi u sekundi (baud) brzina kojom se prenose signalni elementi

DIGITALNI PODACI ANALOGNI SIGNALI Postupak modulacije podrazumeva promenu jedne od sledeće tri karakteristike nosećeg signala: amplitudu, frekvenciju, i fazu. Postoje sledeće tri osnovne modulacione tehnike za transformaciju digitalnih podataka u analogne U sva tri slučajeva opseg rezultantnog signala je centriran oko noseće učestanosti. ASK – Amplitude Shift Keying FSK – Frequency Shift Keying PSK – Phase Shift Keying

ANALOGNE MODULACIONE TEHNIKE

Tipovi modulacija

ASK   Kod ASK–a binarnim vrednostima 0 i 1 pridružuju se dve različite amplitude noseće frekvencije. Rezultantni signal koji odgovara jednom bitu je dat relacijom gde je: - noseći signal. Kao tehnika, ASK je podložna uticaju naglih promena pojačanja i veoma je neefikasna.

ASK-talasni dijagram

FSK Najpoznatija forma FSK je binarna FSK, nazvana BFSK. Kod BFSK dve binarne vrednosti se predstavljaju različitim frekvencijama koje su locirane blizu nosećoj. Rezultantni signal koji odgovara jednom bitu u datom trenutku dat je relacijom FSK je manje podložan greškama u poredjenju sa ASK.

FSK-talasni dijagram

PSK Kod PSK promena faze nosećeg signala vrši se u skladu sa podacima. Najjednostavnija šema koja koristi dve faze radi prezentacije dve binarne cifre je BPSK (binary PSK). Alternativna forma BPSK-u je DPSK (differential PSK)

PSK and PSK constellation

The 4-PSK method and the 4-PSK characteristics

The 8-PSK characteristics

QPSK Efikasnije iskorišćenje propusnog opsega se postiže ako se svaki signalni elemenat predstavi sa više od jednim bitom. Jedna tipična takva tehnika je kvadraturna PSK poznata kao QPSK koja koristi multiple faznih pomeraja od /2

Kvadraturna amplitudna modulacija – QAM Signal-constellation za 16-QAM Kvadraturna amplitudna modulacija (quadrature amplitude modulation–QAM) je modulaciona tehnika koja predstavlja kombinaciju ASK i PSK, a može se posmatrati kao logičko proširenje QPSK Signal-constellation za 16-QAM

The 4-QAM and 8-QAM constellations Note: Quadrature amplitude modulation is a combination of ASK and PSK so that a maximum contrast between each signal unit (bit, dibit, tribit, and so on) is achieved.

Time domain for an 8-QAM signal

16-QAM constellations

Analogni podaci, digitalni podaci,analogni prenos Proces konverzije analognih podataka u digitalne signale, tj. podatke, naziva se digitalizacija. Moramo obratiti pažnju na sledeća tri važna aspekta : digitalni podaci se mogu prenositi koristeći NRZ-L (Non-Return to Zero Level) kôd. NRZ-L se uobičajeno koristi za generisanje ili interpretaciju digitalnih podataka od strane terminala ili drugih uredjaja. digitalni signali se mogu nakon toga kodirati kao digitalni signal koristeći kôd koji je različit u odnosu na NRZ-L. To znači da je potrebno uvesti dodatni korak. digitalni podaci se mogu konvertovati u analogni signal koristeći jednu od modulacionih tehnika koje smo već opisali. Signal-constellation za 16-QAM

Značaj pojmova: bežični i mobilni Pojam mobilnost-korisnika pre svega odnosi na korisnika koji ima pristup istim ili sličnim komunikacionim servisima na različitim mestima Kažemo da je korisnik mobilan, a servisi su oni koji ga prate Pojam bežični se vezuje za uredjaj i ukazuje da se pristup komunikacionoj mreži ostvaruje bez žičanog povezivanja. Za jedan komunikacioni uredjaj kažemo da je prenosiv ako se isti, sa korisnikom ili bez korisnika, može seliti sa jednog mesta na drugo.

Podela komunikacionih uredjaja Komunikacioni uredjaji mogu posedovati sledeće karakteristike: fiksni i žičani – tipični su za računarske mreže mobilni i žičani – povezuju korisnika preko telefonskih linija i modema sa centralom fiksni i bežični – standardno se koristi kod instaliranje mreža u slučajevima kada iz mnogobrojnih razloga nije dozvoljeno izvodjenje gradjevinskih radova u zgradi mobilni i bežični – korisnik može u pokretu da koristi usluge (roaming), čas jedne čas druge bežične komunikacione mreže.

Bežični prenos-frekventni opsezi

Electromagnetic spectrum for wireless communication

Propagation methods

Bands Band Range Propagation Application VLF 3–30 KHz Ground Long-range radio navigation LF 30–300 KHz Radio beacons and navigational locators MF 300 KHz–3 MHz Sky AM radio HF 3–30 MHz Citizens band (CB), ship/aircraft communication VHF 30–300 MHz Sky and line-of-sight VHF TV, FM radio UHF 300 MHz–3 GHz Line-of-sight UHF TV, cellular phones, paging, satellite SHF 3–30 GHz Satellite communication EHF 30–300 GHz

Wireless transmission waves

Usage of wireless transmission waves Note: Radio waves are used for multicast communications, such as radio and television, and paging systems. Note: Microwaves are used for unicast communication such as cellular telephones, satellite networks, and wireless LANs. Note: Infrared signals can be used for short-range communication in a closed area using line-of-sight propagation.

Multipleksiranje Multipleksiranje je osnovni mehanizam za deobu medijuma kod komunikacionih sistema. Mupltipleksiranje opisuje na koji način nekoliko korisnika mogu da dele medijum, a da pri tome izmedju njih postoji minimalna interferencija. Kod bežičnih komunikacija multipleksiranje po svakom kanalu, uz minimalnu interferenciju i maksimalnu iskorišćenost medijuma, se može izvesti u sledeće četiri dimenzije: prostoru vremenu frekvenciji kôdu

-SDM (Space Division Multiplexing)- Prostorni multipleks -SDM (Space Division Multiplexing)-

Frekventni multipleks -FDM (Frequency Division Multiplexing)-

-TDM (Time Division Multiplexing)- Vremenski multipleks -TDM (Time Division Multiplexing)-

Kombinacija frekventnog i vremenskog multipleksa

-CDM (Code Division Multipleximg)- Kôdni multipleks -CDM (Code Division Multipleximg)-

Prošireni spektar Tehnike sa proširenim spektrom (spread spectrum) baziraju se na proširenju propusnog opsega koji je potreban da bi se izvršila transmisija podataka. Proširenje spektra ima nekoliko svojih prednosti. Ipak glavna prednost ovih tehnika predstavlja otpornost na uskopojasne interferencije. Postupak proširenja spektra:

MODEL DIGITALNOG KOMUNIKACIONOG SISTEMA KOJI RADI U PROŠIRENOM SPEKTRU

PREDNOSTI PRENOSA SIGNALA SA U PROŠIRENIM SPEKTROM Signali proširenog spektra se mogu prenositi u opsezima gde su drugi sistemi već operativni, a da pri tome postoji minimalni performansni uticaj na rad oba sistema. Proširenim spektrom se prenosi širokopojasni signal koji ima superiornije performanse u odnosu na tradicionalni radio sa aspekta selektivnog fading-a i multipath kanala. Signal sa proširenim spektrom obezbedjuje robusniji i pouzdaniji prenos u urbanim i zatvorenim sredinama.

PREDNOSTI PRENOSA SIGNALA SA U PROŠIRENIM SPEKTROM –prod. Anti-interferentne karakteristike signala sa proširenim spektrom su veoma važne kod nekih aplikacija, kakve su mreže koje su operativne u fabričkim halama, gde fabriku čini veći broj spratova u jednoj zgradi, pri čemu su interferentni signali veoma izraženi. Celularni sistemi koji koriste CDMA (Code Division Multiple Access) tehnologiju proširenog spektra nude znatno veću operativnu fleksibilnost i veći kapacitet na nivou sistema u odnosu na sisteme koji metod pristupa baziraju na FDMA (Frequency Division Multiple Access), i TDMA (Time Dvision Multiple Access). Nekoliko korisnika može nezavisno da koristi isti širi propusni opseg sa veoma malom interferencijom.

Metode za prenos signala u proširenom spektru Za prenos signala u proširenom spektru koriste se sledeće dve različite metode:  direktna sekvenca (direct sequencing – DS)- DSSS ( direct sequence spread spectrum) frekventno skakanje (frequency hopping – FH)- FHSS (frequency hopping spread spectrum)

FREKVENTNO SKAKANJE Kod FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) tehnike predajnik je taj koji permanentno pomera centralnu frekvenciju predajnog signala. Frekventni pomeraji, ili frekventni skokovi (frequency hops), dešavaju se slučajno, ali su te promene poznate kako predajniku tako i prijemniku

BLOK ŠEMA PREDAJNIKA I PRIJEMNIKA

DIREKTNA SEKVENCA - DSSS Kod DSSS-a svaki bit izvornog informacionog signala na predajnoj strani predstavlja se pomoću većeg broja bitova u predajnom signalu, koristeći pri tome spreading kôd. Spreading kôd proširava signal na veći frekventni opseg koji je direktno proporcionalan sa brojem korišćenih bitova.

BLOK ŠEMA PREDAJNIKA I PRIJEMNIKA  

PRIMER DSSS-a

PRENOSNI MEDIJUMI I KARAKTERISTIKE Za prenos signala se koriste različiti fizički medijumi. Svaki medijum se karakteriše svojim specifičnim propusnim opsegom, kašnjenjem, cenom, kao i jednostavnošću instalacije i održavanja. Medijum (put) preko koga se prostire elektromagnetni talas/električni signal može biti izveden kao trasiran ili netrasiran: Tip prenosnog medijuma je veoma važan jer on odredjuje koji je maksimalan broj bitova koji se na tom prenosnom putu mogu prenositi u sekundi, tj. bps. Trasirani putevi su oni kod kojih se kao medijum za prenos koriste upredeni kablovi, koaksijalni kablovi, optička vlakna i dr. Netrasirani su oni koji se zasnivaju na prostiranju elektromagnetnih talasa kroz slobodni prostor (tipično su to satelitske veze, radio veze).

KLASIČNE DVO-ŽIČANE LINIJE Klasične dvo-žične linije (two-wire open line) predstavljaju najjednostavniji oblik prenosnog medijuma. Ovaj tip linija pogodan je za povezivanje uredjaja koji nisu udaljeni više od 50 m, a koriste brzinu prenosa manju od 19.2 kbps. Signal, obično naponskog ili strujnog nivoa, relativan je u odnosu na referentnu masu i prenosi se kao asimetričan (jedna žica je signalna, a druga masa). Povezivanje dva računara se izvodi više-žilnim kablovima (koji su radi mehaničke zaštite oklopljeni plastikom ili su trakastog tipa (flat ribbon cable))

UPREDENE LINIJE Bolja imunost na uticaj indukcije spoljnih smetnji se ostvaruje korišćenjem upredenih linija (twisted pair lines).

Categories of unshielded twisted-pair cables Category Bandwidth Data Rate Digital/Analog Use 1 very low < 100 kbps Analog Telephone 2 < 2 MHz 2 Mbps Analog/digital T-1 lines 3 16 MHz 10 Mbps Digital LANs 4 20 MHz 20 Mbps 5 100 MHz 100 Mbps 6 (draft) 200 MHz 200 Mbps 7 (draft) 600 MHz 600 Mbps

UTP connector and UTP performance

KOAKSIJALNI KABL Table Categories of coaxial cables Category Impedance Kada je bitska brzina prenosa iznad 1 Mbps kao prenosni medijum uobičajeno se koristi koaksijalni kabl Table Categories of coaxial cables Category Impedance Use RG-59 75 W Cable TV RG-58 50 W Thin Ethernet RG-11 Thick Ethernet

TIPOVI KABLOVA

TIPOVI KABLOVA

TIPOVI KABLOVA

TIPOVI KABLOVA

TIPOVI KABLOVA

TIPOVI KABLOVA

TIPOVI KABLOVA

TIPOVI KABLOVA

TIPOVI KABLOVA

TIPOVI KABLOVA

TIPOVI KABLOVA

TIPOVI KABLOVA

TIPOVI KABLOVA

TIPOVI KABLOVA

TIPOVI KABLOVA

TIPOVI KABLOVA

TIPOVI KABLOVA

TIPOVI KABLOVA

TIPOVI KABLOVA

TIPOVI KABLOVA

TIPOVI KABLOVA

TIPOVI KABLOVA

BNC connectors

Coaxial cable performance

OPTIČKA VLAKNA Optički kablovi razlikuju se od koaksijalnih i upredenih kablova po tome što prenose informaciju u obliku fluktuirajućeg snopa svetlosti kroz stakleno vlakno, a ne električnog signala kroz žice. Svetlosni talas ima znatno širi spektar od električnog pa, shodno tome, moguće je ostvariti brzine prenosa od nekoliko stotina Mbps. Optički kabl je takodje pogodan za prenos i pri manjim bitskim brzinama kod okruženja koja su podložna uticaju raznih smetnji kao što su industrijska postrojenja koja koriste visoko-naponsku opremu, razne energetske pretvarače i druge snažne izvore indukovanih smetnji. Dobra osobina optičkog prenosa je i ta što postoji galvanska izolacija izmedju predajnika i prijemnika.

Bending of light ray

OPTIČKA VLAKNA – prod. Kod optičkog kabla za prenog svakog signala koristi se po jedna staklena nit Sa ciljem da se zaštiti od spoljneg uticaja svetla optičko vlakno se presvlači spoljnim zaštitnim omotačem. Svetlosni signal generiše optički predajnik koji vrši konverziju električnih signala (energije) u svetlosnu. Na prijemnom kraju optički prijemnik obavlja inverznu funkciju. Obično da bi se obavila konverzija predajnik koristi LED (light emitting diode) ili lasersku diodu, a prijemnik fotodiodu ili foto-tranzistor.

OPTIČKA VLAKNA – prod. Propagation modes

OPTIČKA VLAKNA – prod.

Multimode, graded-index TABLE FIBER TYPES Type Core Cladding Mode 50/125 50 125 Multimode, graded-index 62.5/125 62.5 100/125 100 7/125 7 Single-mode

Fiber construction

Fiber-optic cable connectors

SATELITSKI PRENOS Satelitski sistemi vrše prenos informacije koji se zasniva na korišćenju elektromagnetnih talasa kroz slobodni prostor (etar). Mikrotalasni snop, kod koga su podaci modulisani, predaje se ka satelitu od strane zemaljske stanice. Snop se prima i retransmituje ka unapred definisanom odredištu pomoću kola koje se naziva transponder. Kod jednog satelita postoji veći broj transpondera pri čemu svaki pokriva odredjeni frekventni opseg. Obično satelitski kanal ima veoma širok propusni opseg što obezbedjuje prenos podataka veoma velikih brzina. Kanal, koristeći tehniku multipleksiranja, se obično deli na veći broj podkanala.

KOMUNIKACIONI SATELITI Komunikacioni sateliti su obično geostacionarni, što znači da se satelit u sinhronizmu, isto kao i Zemlja, okreće oko ose Zemlje (tj. za 24 časova napravi jednu rotaciju), pa zbog toga njegova pozicija izgleda kao da je stacionarna u odnosu na Zemlju. Ugao rasipanja mikrotalsnog snopa koji se emituje od strane satelita može biti veliki tako da se signal prima na širem geografskom području, ili uzak (fino fokusiran) i prima na užem području. U drugom slučaju polje na prijemnoj strani je veće, a to dozvoljava da se koriste satelitske antene čiji je dijametar mali (VSAT - very small aperture terminal). Druga tipična konfiguracija koristi centralnu zemaljsku stanicu koja komunicira sa većim brojem VSAT zemaljskih stanica distribuiranih na teritoriji jedne zemlje

PRENOS PREKO SATELITA tačka-ka-tački više-tačkasti

ZEMALJSKE RADIORELEJNE VEZE Zemaljske radiorelejne (mikrotalasne) veze se koriste za uspostavljanje komunikacione veze u situacijama kada je suviše skupo da se vrši instaliranje fizičkih prenosnih medijuma (kablova) kroz terene kakve su velike reke, jezera, pustinje, planinski masivi, i dr. Na neka uzvišena mesta medjusobno udaljena do 50 km, izmedju kojih postoji optička vidljivost, postavljaju se duž trase parovi prijemnik/predajnik. Signal se prostire od tačke do tačke, prima se od strane prijemnika demoduliše, zatim ponovo moduliše i od strane predajnika šalje ka sledećoj relejnoj stanici

Unidirectional antennas

RADIO VEZA Obično se radio veze koriste za povezivanje većeg broja računara ili udaljenih terminala po naseljenim mestima. Radio-predajnik, nazvan bazna stanica, lociran je na fiksno mesto i žično se povezuje sa centralnim računarom celog sistema. Udaljene stanice su povezane na baznu putem radio-veze

Omnidirectional antennas