Το δέυτερο κεφάλαιο στο μάθημα Τεχνολογία Δικτύων Επικοινωνιών του τομέα Ηλεκτρονικής και ειδικότητας Ηλεκτρονικών Υπολογιστικών Συστημάτων και Δικτύων, Γ’ τάξη ΕΠΑΛ. Η παρουσίαση (PTT in PDF) αυτή είναι ενεργή, συνοδεύεται από κάποια αρχεία τα οποία συνδέονται με υπερσυνδέσεις. Περισσότερες πληροφορίες στην σελίδα http://www.ilektronikoi.gr/index.php?act=viewCat&catId=19

1. ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΔΙΚΤΥΩΝ
ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2
ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

2. n 2.2 Κωδικοποίηση δεδομένων.
n 2.3 το μοντέλο ψηφιακού επικοινωνιακού
συστήματος.
n 2.3.1 Απλουστευμένο μοντέλο συστήματος
επικοινωνίας.
n 2.3.2 Αναλυτικό μοντέλο ψηφιακού συστήματος
επικοινωνίας.
n 2.4 Η επίδραση του μέσου μετάδοσης.
n 2.4.1 χωρητικότητα καναλιού.
n 2.5 Ρυθμοί μετάδοσης δεδομένων.
n 2.5.1 Ρυθμός μετάδοσης bit.
n 2.5.2 Ρυθμός μετάδοσης συμβόλων.
n 2.5.3 Ρυθμός μετάδοσης πληροφορίας.

3. 2.2 Κωδικοποίηση δεδομένων
n Τόσο τα αναλογικά όσο και τα ψηφιακά δεδομένα
είναι δυνατό να αναπαρασταθούν (κωδικοποιηθούν)
από αναλογικά ή ψηφιακά σήματα. Η συγκεκριμένη
κωδικοποίηση που τελικά επιλέγεται, εξαρτάται από:
n Τις ειδικότερες απαιτήσεις.
n Το επικοινωνιακό σύστημα.
n Το μέσο μετάδοσης.
n Και το διαθέσιμο επικοινωνιακό εξοπλισμο.
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 3

4. 2.2 Κωδικοποίηση δεδομένων
n Αναλογικά δεδομένα, αναλογικά σήματα.
n Τα αναλογικά δεδομένα μεταδίδονται κατευθείαν ή
διαμορφώνουν μια φέρουσα συχνότητα και
παράγεται ένα αναλογικό σήμα.
n Διαμόρφωση πλάτους (Amplitude Modulation AM).
n Διαμόρφωση συχνότητας (Frequency Modulation FM).
n Διαμόρφωση φάσης (Phase Modulation PM).
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 4

5. 2.2 Κωδικοποίηση δεδομένων
n Αναλογικά δεδομένα, ψηφιακά σήματα.
n Τα αναλογικά δεδομένα ψηφιοποιούνται για
να είναι δυνατό να χρησιμοποιήσουν ψηφιακά
μέσα μετάδοσης.
n Παλμοκωδική διαμόρφωση (Pulse Code
Modulation PCM).
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 5

6. 2.2 Κωδικοποίηση δεδομένων
n Ψηφιακά δεδομένα, αναλογικά σήματα.
n Τα ψηφιακά δεδομένα διαμορφώνουν μια
φέρουσα συχνότητα (αναλογικό σήμα).
n Ψηφιακή διαμόρφωση πλάτους (Amplitude Shift
Keying ASK).
n Ψηφιακή διαμόρφωση συχνότητας (Frequency
Shift Keying FSK).
n Ψηφιακή διαμόρφωση φάσης (Phase Shift Keying
PSK).
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 6

7. 2.2 Κωδικοποίηση δεδομένων
n Ψηφιακά δεδομένα, ψηφιακά σήματα.
n Τα ψηφιακά δεδομένα μεταδίδονται
κατευθείαν μέσω του καναλιού μετάδοσης
χρησιμοποιώντας τεχνικές ομαδοποίησης.
Πακέτα δεδομένων, κωδικοποίηση.
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 7

8. 2.2 Κωδικοποίηση δεδομένων

9. 2.3 Το μοντέλο ψηφιακού επικοινωνιακού συστήματος.
2.3.1 απλουστευμένο μοντέλο συστήματος
επικοινωνίας

10. 2.3 Το μοντέλο ψηφιακού επικοινωνιακού συστήματος.
2.3.1 απλουστευμένο μοντέλο συστήματος επικοινωνίας
n Πηγή. Η συσκευή που παράγει τα δεδομένα, που θα
μεταδοθούν.
n Πομπός. Τα δεδομένα που παράγονται δεν μπορούν να
μεταδοθούν με την μορφή που έχουν. Ο πομπός
μετασχηματίζει και κωδικοποιεί τα δεδομένα σε κατάλληλη
μορφή για να μεταδοθούν μέσα από κάποιο σύστημα
μετάδοσης.
n Σύστημα μετάδοσης. Είναι το μέσο που συνδέει την πηγή
με τον προορισμό.
n Δέκτης. Δέχεται το σήμα από το σύστημα μετάδοσης και το
μετατρέπει σε μορφή κατανοητή στη συσκευή προορισμού.
n Προορισμός. Η συσκευή που καταναλώνει τα δεδομένα.
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 10

11. 2.3.2 Αναλυτικό μοντέλο ψηφιακού
συστήματος επικοινωνίας
n Ο τελικός σκοπός ενός ψηφιακού συστήματος
επικοινωνίας είναι η διαβίβαση μηνυμάτων (η
ακολουθίας συμβόλων), που προέρχονται
από μια πηγή, σ’ ένα σημείο προορισμού, με
όσο γίνεται μεγαλύτερο ρυθμό και υψηλότερη
πιστότητα.
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 11

12. 2.3.2 Αναλυτικό μοντέλο ψηφιακού συστήματος επικοινωνίας

13. 2.3.2 Αναλυτικό μοντέλο ψηφιακού συστήματος επικοινωνίας

14. 2.3.2 Πηγή διακριτής πληροφορίας
n Οι πηγές πληροφορίας, μπορούν να ταξινομηθούν
σε αναλογικής και ψηφιακής (διακριτής)
πληροφορίας.
n Οι αναλογικές πηγές δίνουν ένα ή περισσότερα
συνεχώς μεταβαλλόμενα σήματα.
n Οι ψηφιακές πηγές δίνουν μια σειρά από διακριτά
σύμβολα.
n Μια πηγή αναλογικής πληροφορίας μπορεί πάντα
να μετασχηματισθεί σε πηγή διακριτής πληροφορίας
με τις διεργασίες δειγματοληψίας και της κβάντισης.
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 14

15. 2.3.2 Κωδικοποιητής /
Αποκωδικοποιητής πηγής
n Η είσοδος του κωδικοποιητή πηγής είναι σειρά από
σύμβολα, που φθάνουν με ρυθμό r (σύμβολα το
δευτερόλεπτο).
n Ο κωδικοποιητής πηγής μετατρέπει αυτή την ακολουθία
συμβόλων σε δυαδική ακολουθία από 0 και 1,
αντιστοιχώντας καθορισμένες κωδικές λέξεις σταθερού
μήκους στα σύμβολα, που φθάνουν στην είσοδο του.
n Έτσι στην έξοδο του κωδικοποιητή πηγής παράγεται
ψηφιακό σήμα με ρυθμό s (bit το δευτερόλεπτο).
n Αν η κωδική λέξη έχει μήκος 5 bit τότε με r=10 symbols/sec
θα είναι το s=50 bits/sec.
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 15

16. 2.3.2 Κωδικοποιητής /
Αποκωδικοποιητής πηγής
n Η πιθανότητα εσφαλμένης
αποκωδικοποίησης συμβόλων του
μηνύματος στο δέκτη, χρησιμοποιείται συχνά
σα μέτρο των επιδόσεων του συστήματος
ψηφιακής επικοινωνίας.
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 16

17. 2.3.2 Κωδικοποιητής /
Αποκωδικοποιητής καναλιού
n Η κύρια λειτουργία τους είναι να αντιμετωπίσουν τις
επιπτώσεις υποβάθμισης του σήματος από το κανάλι και να
μεγιστοποιήσουν το ρυθμό και την ακρίβεια της
πληροφορίας που μεταδίδεται.
n Η ψηφιακή κωδικοποίηση είναι μια μέθοδος για την επίτευξη
μετάδοσης υψηλής αξιοπιστίας και απόδοσης.
n Ο έλεγχος του σφάλματος επιτυγχάνεται με τη βοήθεια του
κωδικοποιητή καναλιού, ο οποίος προσθέτει bits στην έξοδο
του κωδικοποιητή πηγής.
n Τα οποία επιτρέπουν στον δέκτη και στον αποκωδικοποιητή
καναλιού να ανιχνεύσει ή και να διορθώσει μερικά από τα
σφάλματα των bits, που μεταφέρουν την πληροφορία.
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 17

18. 2.3.2 Κωδικοποιητής /
Αποκωδικοποιητής καναλιού
n Υπάρχουν δύο τρόποι κωδικοποίησης καναλιού:
n Η κωδικοποίηση κατά τμήμα. Όπου παίρνει
τμήματα από bits πληροφορίας και προσθέτει
κάποια Bits ελέγχου.
n Και συγκεραστική μέθοδος κωδικοποίησης.
Όπου τα bits της πληροφορίας αναμιγνύονται με τα
bits ελέγχου.
n Σπουδαίες παράμετροι εδώ είναι η απόδοση του
κώδικα, η πολυπλοκότητα του και ο χρόνος
καθυστέρησης που μετατροπής από την όλη τη
διαδικασία.
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 18

19. 2.3.2 Διαμορφωτής –
Αποδιαμορφωτής
n Η κύρια λειτουργία τους είναι να
αντιμετωπίσουν τις επιπτώσεις υποβάθμισης
του σήματος από το κανάλι και να
μεγιστοποιήσουν το ρυθμό και την ακρίβεια
της πληροφορίας που μεταδίδεται.
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 19

20. 2.3.2 Διαμορφωτής –
Αποδιαμορφωτής
n Ο διαμορφωτής δέχεται στην είσοδο του ακολουθία
δυαδικών ψηφίων και την μετατρέπει σε
κυματομορφή (αναλογική ή ψηφιακή), κατάλληλη
για μετάδοση μέσω του επικοινωνιακού καναλιού.
n Η διαμόρφωση χρησιμοποιείται για την :
n Μείωση των επιπτώσεων του θορύβου του καναλιού.
n Την προσαρμογή του σήματος με τα χαρακτηριστικά του
καναλιού.
n Για την πολυπλεξία πολλών σημάτων.
n Και για υπερνικηθούν μερικοί περιορισμοί των συσκευών.
n Η αποδιαμόρφωση είναι ή αντίστροφη διαδικασία.
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 20

21. 2.3.2 Επικοινωνιακό κανάλι
n Το επικοινωνιακό κανάλι πραγματοποιεί την
ηλεκτρική σύνδεση μεταξύ πηγής και προορισμού.
n Μπορεί να είναι ενσύρματο ή ασύρματο.
n Εξαιτίας φυσικών περιορισμών, το κανάλι δεν έχει
την ίδια συμπεριφορά σε όλες τις συχνότητες και
έτσι το σήμα που φέρει την πληροφορία, υφίσταται
συχνά κατά την διέλευσή του μέσα από το κανάλι
παραμόρφωση.
n Εκτός από την παραμόρφωση υφίσταται και
εξασθένιση.
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 21

22. 2.3.2 Επικοινωνιακό κανάλι
n Επιπλέον το σήμα «λερώνεται» από ανεπιθύμητα
απρόβλεπτα ηλεκτρικά και ηλεκτρομαγνητικά
σήματα τόσο τεχνητά όσο και φυσικά που
αναφέρονται ως θόρυβος.
n ένδειξη της ποιότητας του καναλιού αποτελεί ο
λόγος σήματος προς θόρυβο (signal to noise ratio
SNR).
n Όλα αυτά εισάγουν σφάλματα στην πληροφορία,
που θέλουμε να μεταδώσουμε και έτσι περιορίζουν
το ρυθμό με τον οποίο η πληροφορία θα μπορούσε
να περάσει από την πηγή στον προορισμό.
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 22

23. 2.3.2 Επικοινωνιακό κανάλι
Attenuation
Distortion
Noise
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 23

24. 2.4 επίδραση του μέσου
μετάδοσης
n Σε οποιοδήποτε σύστημα επικοινωνίας, γενικά, το
σήμα στην λήψη διαφέρει από αυτό που
εκπέμπεται, εξαιτίας παραγόντων που εμφανίζονται
κατά τη μετάδοση του σήματος μέσα από το
επικοινωνιακό κανάλι.
n Ειδικά στα ψηφιακά σήματα μπορεί να συμβούν
σφάλματα bit (bit errors) δηλαδή το 0 να γίνεται 1
και το αντίστροφο.
n Όσο περισσότερα είναι τα σφάλματα αυτά τόσο
χειρότερο είναι το σύστημα επικοινωνίας.
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 24

25. 2.4 επίδραση του μέσου
μετάδοσης
n Οι κυριότεροι παράγοντες είναι : η
εξασθένιση, η καθυστέρηση μετάδοσης και ο
θόρυβος.
n Η ικανότητα μετάδοσης της πληροφορίας
μέσα από το κανάλι εξαρτάτε από τους
παραπάνω παράγοντες και
χαρακτηρίζεται από την χωρητικότητα
καναλιού.
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 25

26. 2.4.1 Χωρητικότητα καναλιού
n Στα ψηφιακά συστήματα επικοινωνίας, τα
προβλήματα μετάδοσης περιορίζουν το ρυθμό, με
τον οποίο μεταδίδονται τα δεδομένα.
n Ο μέγιστος ρυθμός με τον οποίο είναι δυνατόν
να μεταδοθούν τα δεδομένα μέσα από ένα
επικοινωνιακό κανάλι, ονομάζεται
χωρητικότητα καναλιού (channel capacity).
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 26

27. 2.4.1 Χωρητικότητα καναλιού
n Τύπος του Nyquist (για κανάλι χωρίς θόρυβο).
n Στην περίπτωση του καναλιού χωρίς θόρυβο με εύρος
ζώνης Β, είναι δυνατό να μεταδοθούν δεδομένα με
ρυθμό 2*Β.
n Αν το μεταδιδόμενο σήμα είναι δυαδικό ο μέγιστος ρυθμός
μετάδοσης είναι 2*Β bps (bits per second).
n Αν το μεταδιδόμενο σήμα έχει περισσότερες από 2
καταστάσεις (σύμβολα) και το κάθε ένα αναπαριστά
αριθμό bits τότε έχουμε :
n C=2*B*log2M
n Όπου Μ= ποσότητα διαφορετικών συμβόλων.
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 27

28. 2.4.1 Χωρητικότητα καναλιού
n Όπως βλέπουμε, με δεδομένο το εύρος ζώνης του καναλιού,
είναι δυνατό να αυξηθεί ο ρυθμός δεδομένων,
χρησιμοποιώντας μεγαλύτερο αριθμό διαφορετικών
συμβόλων για την αναπαράσταση του σήματος.
n Κάτι τέτοιο βέβαια, συνεπάγεται μια αύξηση στην
πολυπλοκότητα του δέκτη ο οποίος θα πρέπει να μπορεί
να αναγνωρίσει ποιο από τα Μ διαφορετικά σύμβολα έλαβε.
n Ο θόρυβος και άλλα προβλήματα περιορίζουν στην
πράξη το δυνατό αριθμό των διαφορετικών συμβόλων
που μπορούν να χρησιμοποιηθούν.
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 28

29. 2.4.1 Χωρητικότητα καναλιού
n Ο τύπος του Shannon (κανάλι με θόρυβο).
n Τα κανάλια χωρίς θόρυβο είναι ιδανική περίπτωση.
Στην πραγματικότητα έχουμε θόρυβο.
n Το πόσο καταστροφική είναι η επίδραση του
θορύβου εξαρτάται και από την στάθμη του
ωφέλιμου σήματος.
n Αυτοί οι δύο παράγοντες, μετρώνται με την βοήθεια
του λόγου σήματος προς θόρυβο (Signal to
Noise Ratio SNR), ο οποίος είναι το πηλίκο της
ισχύος του σήματος προς την ισχύ του
θορύβου.
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 29

30. 2.4.1 Χωρητικότητα καναλιού
n Συνήθως ο SNR μετράται στην είσοδο του
δέκτη, για να γίνει η κατάλληλη επεξεργασία
και να αφαιρεθεί ο θόρυβος. Ο λόγος SNR
δίνεται σε db (decibel) σύμφωνα με την
σχέση :
n (SNR)db=10*log10 ισχύς σήματος / ισχύς
θορύβου.
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 30

31. 2.4.1 Χωρητικότητα καναλιού
n Κανόνας Shannon – Hartley.
n Αν γνωρίζουμε τις παραμέτρους του καναλιού
επικοινωνίας, όπως το εύρος ζώνης Β, και το λόγο
SNR, τότε μπορούμε να υπολογίσουμε την
χωρητικότητα C του καναλιού που
αντιπροσωπεύει το θεωρητικά μέγιστο δυνατό
ρυθμό μετάδοσης χωρίς σχεδόν κανένα λάθος.
n C=B*log2(1+SNR) bits/sec.
n Στην πράξη ο ρυθμός είναι πολύ μικρότερος
από C.
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 31

32. 2.5 – 2.5.1 Ρυθμός μετάδοσης bit
n Ο ρυθμός μετάδοσης bit (bit rate), είναι ο
αριθμός των bits, που περνά από σημείο του
τηλεπικοινωνιακού δικτύου δεδομένων σε
συγκεκριμένο χρονικό διάστημα.
n (bits per second bps, kbps, Mbps…)
n Στην περίπτωση της δυαδικής μετάδοσης το bit rate
R εξαρτάτε από το χρόνο Τα που διαρκεί το bit :
n R=1/T.
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 32

33. 2.5.2 Ρυθμός μετάδοσης συμβόλων
n Ο ρυθμός μετάδοσης συμβόλων (baud rate), είναι ο
αριθμός των συμβόλων (bauds), που μεταδίδονται κάθε
δευτερόλεπτο και χρησιμοποιείται, κυρίως, στις
περιπτώσεις μετάδοσης μέσω modem.
n Αν η τεχνική διαμόρφωσης, που χρησιμοποιείται, αντιστοιχεί
ένα bit σε κάθε μεταβολή του διαμορφωμένου σήματος, τότε
το baud rate ταυτίζεται με το bit rate.
n Συχνά όμως το bit rate είναι μεγαλύτερο από το baud
rate, όταν σε κάθε μεταβολή του διαμορφωμένου
σήματος αντιστοιχούν περσότερα από ένα Bits.
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 33

34. 2.5.2 Ρυθμός μετάδοσης συμβόλων

35. 2.5.3 Ρυθμός μετάδοσης πληροφορίας
n Εκτός από τα bits που αφορούν την πληροφορία,
συνήθως μεταδίδονται και επιπλέον χαρακτήρες
ελέγχου. (start bit, stop bit…).
n Σε κάθε μετάδοση το ζητούμενο είναι με πιο
ρυθμό μεταδίδεται η καθαρή πληροφορία, έτσι
χρησιμοποιούμε τον όρο ρυθμός μετάδοσης
πληροφορίας (information rate).
n Ο οποίος μετριέται σε bps και είναι προφανώς
μικρότερος από το ρυθμό μετάδοσης bit.
ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ
11/22/2012 ΠΕ1708 35