Nut van bepalen van Fourier-getransformeerde v/e signaal f(t) ?



Dovnload 54.31 Kb.
Datum19.08.2016
Grootte54.31 Kb.

Nut van bepalen van Fourier-getransformeerde v/e signaal f(t) ?


Signalen worden gekenmerkt door amplitude, frequentie en fase. Periodieke signalen kan men ontbinden in ‘Fourier-componenten’

Het spectrum van een periodiek signaal bestaat uit discrete frequentie-componenten



Niet-periodieke signalen werken met de Fourier-transformatie: een niet-periodiek signaal x(t) in het tijdsdomein heeft een continu spectrum X(f)



en

Verklaar redundantie


Redundantie betekent “overtolligheid”. Dit houdt in dat er meer symbolen gebruikt worden dan strikt noodzakelijk om een bepaalde hoeveelheid informatie over te brengen (wegens afhankelijkheid van de symbolen).

Als een bericht geen redundantie zou bevatten, dan zou iedere storing fataal zijn voor de betekenis van het bericht. Redundantie maakt het mogelijk om fouten, veroorzaakt door storingen bij overdracht, te detecteren en eventueel te corrigeren (b.v. pariteitsbit, CRC).

Het is dus zinvol om de redundantie wiskundig te definiëren om zodoende een maat te hebben voor de “corrigeerbaarheid” van een bericht:

Verschil bitrate en baudrate


De bitrate is de snelheid waarmee informatie wordt overgebracht.

De baudrate is de snelheid waarmee elektrische signaalelementen (symbolen) worden overgebracht.


Bitrate en baudrate zijn dus verschillende begrippen !!!

Voor en nadelen biphase


Voordelen biphase:

  • Voldoende smalle bandbreedte (zie transparant 4)

  • Eenvoudige synchronisatie (zelfklokkende codes)

  • Geen DC-component

  • Lage foutgevoeligheid

Nadeel:

  • alleen korte afstanden

Verschillen asynchr. en synchr. Transmissie


3.1.1. Asynchrone transmissie

  • Synchronisatie gebeurt karakter per karakter (karakter = 5 à 8 bit lang) d.m.v. start- en stopbits (normaliter: neutrale toestand = Hoog / startbit = Laag).

  • Zender en ontvanger hebben elk hun eigen ongekoppelde klok die weliswaar op dezelfde waarde staat ingesteld.

  • Asynchroon slaat op de onvoorspelbare tijd tussen de karakters onderling.

  • Enkel gelijkloop van zender- en ontvangerklok vereist binnen de karakterbits.

  • Stopbit = de minimale rustperiode tussen 2 opeenvolgende karakters (1, 1 ½ , 2)

  • Foutdetectie: toevoegen van redundantie (meestal pariteitbit: even of oneven).

  • + Klokken mogen wat uit elkaar liggen (tot 5%)

  • + Eenvoudig en goedkoop

  • - Overhead van 2 à 3 bit per karakter

  • - Storingsgevoeliger (een negatieve spike mag niet aanvaard worden als startbit)

  • Korte afstanden

    • Lage snelheden (bitperiode moet groot genoeg zijn om klokafwijkingen te kunnen tolereren)

    • Niet voor lange bitstromen (wegens overhead)


3.1.2. Synchrone transmissie

  • Zender en ontvanger lopen met elkaar in de pas omdat hun beider klokken aan elkaar gekoppeld zijn.

  • Optie 1: kloksignaal mee overzenden (onafhankelijk van datasignaal)

    • Verouderd

    • Overspraak mogelijk tussen datalijnen en kloklijn

    • Niet-lineaire groepslooptijdvervorming kan tot problemen leiden

  • Optie 2: ontvanger leidt klok af uit het inkomende datasignaal (klokextractie)

    • Eenvoudigst bij biphase, scrambling nodig bij andere coderingen (b.v. HDB3)

    • Insteltijd nodig

    • Speciale synchronisatiekarakters vereist

  • Ingewikkelder en duurder, geschikt voor lange afstanden en grote datastromen, minder overhead

  • Synchrone transmissie is vnl. frame-geöriënteerd

  • Frames onderling zijn asynchroon ! (+ veiligheid inbouwen tegen verkeerde interpretatie van vlaggen en speciale controlekarakters)

Verklaar: DM, DPCM, ADPCM


Differentiële PCM (DPCM): Niet de samplewaarde zelf wordt gequantiseerd en gecodeerd, maar wel het verschil tussen de huidige en de voorgaande samplewaarde.

Resultaat: reductie van 64 kbps tot 48 kbps mogelijk


Deltamodulatie (DM): Eenvoudigste vorm van DPCM waarbij het verschil gecodeerd wordt in slechts 1 bit (“1” = +d en “0” = -d).
Adaptieve differentiële PCM (ADPCM) (ITU G.721 en ITU G.726): Men bepaalt door middel van een voorspellend digitaal filter de volgende samplewaarde en men codeert het verschil tussen de voorspelde en de werkelijke waarde. Indien de voorspelling accuraat is, kan het verschil in heel weinig bit gecodeerd worden (b.v. reductie van 64 kbps tot 32 kbps).

(DPCM = ADPCM met als voorspelling ‘het blijft hetzelfde’)


Waartoe dient modem ? Wat verstaat men onder echo-cancellation ?


MODEM (moduleer-demoduleer) zet digitale data om naar analoge signalen voor transmissie via telefoonlijnen.
Echo-cancellation: als zender en ontvanger allebei werken in hetzelfde f-gebied zal de modem ook zichzelf horen (inclusief de verschillende reflecties). Dit vermijden door echo-cancellation.

Principe: inkomend – (uitgaand + echo’s van uitgaand) = werkelijk te ontvangen




Delay lines worden door de correlator zo ingesteld dat de correlatie tussen gezonden en ontvangen bitstroom 0 is. Delay lines zorgen ervoor dat de echo’s op het juiste moment worden afgetrokken van de inkomende stroom.


Bespreek kort synchrone TDM


5.2.1. Synchrone TDM

Datarate van het medium overtreft de datarate van de digitale signalen die men wenst te verzenden Meerder digitale signalen “interleaved” in de tijd (zowel bit-interleaving als byte-interleaving komt voor) Tijdslots vooraf en vast toegekend aan de bronnen (impliciete adressering) Tijdslot blijft toegewezen aan bron, ook al zijn er geen data (verspilling van bandbreedte) Tijdslots hoeven niet evenredig verdeeld te zijn over de bronnen (afhankelijk van de datarates

Geen headers en trailers


  • Data link controle protocols zijn niet nodig

  • Datastroomcontrole. Datarate van de gemultiplexte lijn is vast. Indien een ontvanger niet bij machte is om te ontvangen moeten de anderen toch doorgaan en de bijhorende zender moet verwittigd worden, met lege slots tot gevolg.

  • Foutcontrole wordt gedaan door de individuele kanalen

  • TDM-frames worden niet tussen een “SYNC” en “FLAG” geplaatst hetgeen betekent dat de synchronisatie op een andere manier moet gerealiseerd worden (b.v. framing bit: per frame 1 controlebit toevoegen dat alternerend 0/1/0/1/0/… is ter synchronisatie – gebruikt bij T1-carrier (PDH in Verenigde Staten)).

Bit-stuffing (pulse-stuffing / justification)

Probleem om de verschillende bronnen te synchroniseren + verschillen in datarates tussen bronnen (geen rationale verhouding, drift van klokken, …): wordt opgelost door het toevoegen van dummy bits (op vast afgesproken plaatsen opdat aan demultiplexer zijde deze bits opnieuw verwijderd kunnen worden)


Wat verstaat men onder datastroomcontrole en lijnefficiëntie


4.2. Datastroomcontrole (data flow control)

Datastroomcontrole = ervoor zorgen dat de ontvanger niet overstelpt wordt met data.

Zender deelt datablokken in kleinere frames:


  • Hoe langer de transmissie, hoe groter de foutkans en dan moet een lang blok heruitgezonden worden

  • Een station mag niet te lang de lijn bezetten in een multipointverbinding

  • Het ontvangstbuffer kan klein zijn

Opm: stel hier nog dat alle frames foutloos en in de goede volgorde aankomen
Lijnefficiëntie: de verhouding van de tijd die nodig is om een fame te versturen en de som van deze tijd en de tijd die erbij komt om zeker te zijn dat het signaal aangekomen is

Welke toegangsmethoden ken je tot een netwerk ? Maak onderscheid tss WAN en LAN


De toegang van een station tot een WAN gebeurt meestal op basis van een multiplex schema.

  • Frequentie multiplexing (FDM / FDMA) – b.v. radio, TV, GSM, …

  • Tijd multiplexing (TDM / TDMA) – b.v. digitale telefonie, GSM, …

  • Golflengte multiplexing (WDM / WDMA) – b.v. optische communicaties

  • Code multiplexing (CDM / CDMA) – b.v. UMTS

Toegang tot een Lan op basis van Multiplex schema:



  • gedistribueerde polling (b.v. token)

  • concurrentie (b.v. CSMA/CD)

(S/N)=80 dB hoeveel keer is signaal sterker dan ruis?


80db = 1010log108 ->108 keer sterker

Bespreek modulatietechniek van ADSL


Gebruikt in moderne inbelmodems en ADSL-modems (V.92 = 128-QAM) en FSM

Verschil tussen PSK en QAM


2.2.4. PSK (Phase Shift Keying)

Binaire PSK kan gezien worden als de som van een ASK-signaal met dubbele amplitude en een draaggolf in tegenfase. De bandbreedte is dus even groot als bij ASK.



  • Hoog vermogens- en spectraalrendement

  • Ruisniveau mag 2x hoger zijn dan bij ASK bij eenzelfde foutkans


2.2.5. QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

Gebruikt in moderne inbelmodems en ADSL-modems (V.92 = 128-QAM)

Combinatie van ASK en PSK

2 draaggolven in quadratuur (een cosinus en een sinus) die elk ASK-gemoduleerd worden en samen gezonden worden

Voorbeeld hiernaast = 16-QAM

Hoog spectraal- en vermogens-rendement

Eenvoudiger elektronisch te bouwen dan PSK

Minder storingsgevoelig dan PSK


Verschil tussen lineaire en niet-lineaire vervorming


1.2.2. Lineaire Vervorming

Een kanaal met overdrachtsfunctie beïnvloedt de vorm van de pulsen die uit het kanaal komen. Een lineair kanaal (systeem) beïnvloedt enkel amplitude en fase. De frequentie verandert niet.


1.2.3. Niet-lineaire vervorming

Kanalen bevatten in het algemeen versterkers, die slechts in een beperkt amplitudegebied lineair zijn. Als de amplitude buiten dit lineair gebied komt, treedt niet-lineaire vervorming op.

Het uitgangssignaal uo kan b.v. geschreven worden als Bestaat uit een som van sinussen met verschillende frequentie, dan ontstaan naast harmonischen ook nog “intermodulatieproducten”(b.v. w1+ w2, w1- w2, 2 w1+ w2, …)

Bespreek asynchrone transmissie


Synchronisatie gebeurt karakter per karakter (karakter = 5 à 8 bit lang) d.m.v. start- en stopbits (normaliter: neutrale toestand = Hoog / startbit = Laag). Zender en ontvanger hebben elk hun eigen ongekoppelde klok die weliswaar op dezelfde waarde staat ingesteld.

Asynchroon slaat op de onvoorspelbare tijd tussen de karakters onderling.

Enkel gelijkloop van zender- en ontvangerklok vereist binnen de karakterbits.

Stopbit = de minimale rustperiode tussen 2 opeenvolgende karakters (1, 1 ½ , 2)

Foutdetectie: toevoegen van redundantie (meestal pariteitbit: even of oneven).


+ Klokken mogen wat uit elkaar liggen (tot 5%)

+ Eenvoudig en goedkoop

- Overhead van 2 à 3 bit per karakter

- Storingsgevoeliger (een negatieve spike mag niet aanvaard worden als startbit)
Korte afstanden


  • Lage snelheden (bitperiode moet groot genoeg zijn om klokafwijkingen te kunnen tolereren)

  • Niet voor lange bitstromen (wegens overhead)

Leg kort WDMA uit


WDMA (wavelength divisionmultiple access): Schakelen d.m.v. een passieve ster. Vanuit elk station 2 vezels (een voor elke richting)
Elk station krijgt 2 kanalen:

  • Besturing en signalering (smal)

  • Data (breed)

Elk station heeft 2 zenders en 2 ontvangers:

  • vaste l (luisteren naar eigen besturing)

  • variabele l (datazender selecteren)

  • Z vaste l (zelf data zenden)

  • Z variabele l (zenden naar andere besturingskanalen)

Go back N-ARQ: leg uit


Framefouten:

  • A zendt Fi / B ziet fout maar vorige ok / B zendt NAKi / A herzendt Fi en alle volgende

  • Fi is verloren / B ontvangt Fi+1 ® foute volgorde ® B zendt NAKi

  • Fi is verloren en A zendt niks meer ® A zal in time-out gaan en Fi herzenden

ACK-fouten:

  • B ontvangt Fi en zendt ACKi+1 die verloren gaat Þ

  • Na ontvangst van Fi+1 zal B een ACKi+2 sturen die de taak van ACKi+1 overneemt bij A

  • Ofwel zal A een time-out krijgen

NAK-fouten:

  • A krijgt een time-out en zal herzenden

wat verstaat men onder "Sample theorema van Nyquist/Shannon"


Signaal reconstrueerbaar als

fs > 2fb

(zoniet: Aliasing-effect)

opbouw van ADSL-infrastructuur)


(CO = central office / CPE = customer premise)



  • ATU-C (adsl transciever unit – central) = adsl-modem in de centrale

  • DSLAM (dsl access multiplexer) = rack met allemaal atu-c waar de adsl-datastromen gemultiplext worden naar een ATM-stroom richting WAN

  • ATU-R (adsl transciever unit – remote) = adsl-modem bij de klant; bevat een hoogdoorlaatfilter om telefoon- en dataverkeer te scheiden.

  • POTS (plain old telephone system)

  • NID (network interface device; bevat de splitter = een laagdoorlaatfilter om telefoonverkeer en dataverkeer te scheiden)

Waarom scrambling + illustreer


  • Basis = AMI-codering

  • Lange reeks “0” ® synchronisatieverlies tegengaan door # opeenvolgende nullen te beperken tot N (HDB-N = High Density Bipolar).

  • Europa en Japan: N = 3 (d.w.z. HDB3): 4 nullen na elkaar: substitutie doorvoeren (toepassing: digitaal telefoonverkeer)

  • USA: B8ZS (Bipolar with 8 Zero’s Substitution)

De substitutie moet voldoen aan:

  • Voldoende transities om synchronisatiehouvast te bieden

  • Herkenbaar aan ontvangstzijde (een echte 0 vervangen door een 1 met verkeerde polariteit = “violation pulse”)

  • Even lang als het origineel

  • Geen DC-component (violation pulses afwisselend + en - ) ® toevoegen van “bipolar-pulsen”

  • 4de nul als één gezonden maar met overtreding van de bipolaire regel (V-puls)

  • Opeenvolgende V-pulsen alternerend + en – om geen DC-niveau te krijgen


Polariteit

vorige


# enen

vorige


Sedert

substitutie



puls

ONEVEN

EVEN

-

000-

+00+

+

000+

-00-
Dit levert volgende substitutietabel:


wat verstaat men onder synchrone transmissie


Zender en ontvanger lopen met elkaar in de pas omdat hun beider klokken aan elkaar gekoppeld zijn.

Optie 1: kloksignaal mee overzenden (onafhankelijk van datasignaal)



  • Verouderd

  • Overspraak mogelijk tussen datalijnen en kloklijn

  • Niet-lineaire groepslooptijdvervorming kan tot problemen leiden

Optie 2: ontvanger leidt klok af uit het inkomende datasignaal (klokextractie)

  • Eenvoudigst bij biphase, scrambling nodig bij andere coderingen (b.v. HDB3)

  • Insteltijd nodig

  • Speciale synchronisatiekarakters vereist

Ingewikkelder en duurder, geschikt voor lange afstanden en grote datastromen, minder overhead

Synchrone transmissie is vnl. frame-geöriënteerd

Frames onderling zijn asynchroon ! (+ veiligheid inbouwen tegen verkeerde interpretatie van vlaggen en speciale controlekarakters)

verschil tussen PDH en SDH


a)PDH

Oudste en onderste multiplexhiërarchie bij digitale telefonie




Niveau

# spraak en

datakanalen



Datarate

(Mbps)


Afgekort

(Mbps)


E1

30

2,048

2

E2

120

8,448

8

E3

480

34,368

34

E4

1920

139,264

140

E5

7680

565,148

565
Datarate is telkens ongeveer maal 4: omdat de multiplexers elk hun eigen klok hebben en daarop kan wat onderling verschil zitten.
Nadelen PDH

  • verschillende framestructuren per niveau (b.v. E1 = byte-interleaving en de rest is bit-interleaving)

  • Schakelen van een datastroom: steeds demultiplexing nodig tot op laagste niveau

  • Mux/Demux en schakelen vooral een hardware-gebeuren

  • Weinig of geen ruimte voorzien voor netwerkmanagement en services

  • Niet aangepast aan optische communicatie

b) SDH / SONET



  • SDH = Europa / SONET = USA (vrijwel compatibel)

  • Perfect synchrone multiplexing omdat alles van 1 klok afkomstig is (geen stuffing meer nodig)

  • Zelfde framestructuur voor elk multiplexstadium

  • Steeds byte-interleaving

  • Toegang tot individuele kanalen in een hogere datastroom (via pointers)

  • Alle stadia gestandaardiseerd

  • Software-gebaseerd

  • Grotere flexibiliteit

  • Dynamische configuratiemogelijkheden

  • Decentralisatie van de intelligentie naar de diverse netwerkcomponenten

bespreek kort de verschillende soorten schakelmethoden


6.1.1. Lijnschakelen = Circuit Switching

Þ er wordt een permanent elektro-magnetisch pad opgezet tussen de eindgebruikers.



  • Ideaal voor CBR (spraak en video) waar slechts kleine en constante vertragingen toegelaten zijn.

  • Multiplexing: zeer geschikt in een synchrone hiërarchie (PDH/SDH).

  • Capaciteit zo voorzien dat ze de piekbelasting aankan (laag lijn-rendement)

  • Facturatie op basis van tijdsduur.


6.1.2. Linkschakelen = Store & Forward switching

Het pad tussen de eindgebruikers wordt opgedeeld in elementaire stukken (links). Een elektromagnetisch pad is slechts tijdelijk aanwezig tussen twee opeenvolgende links Þ



Data komen toe in een node en worden er opgeslagen. De EM-verbinding met vorige node wordt afgebroken. Er wordt een nieuwe EM-verbinding met de volgende node opgezet. De data worden naar de volgende node verzonden (= store & forward).

Berichten worden opgedeeld in “korte” pakketten: packet switching



  • Het pad is op voorhand vastgelegd (connection oriented, virtual circuit)

    • Bij een nieuwe sessie wordt een nieuw pad bepaald (virtual call)

    • De relatie is vast ingebracht in de schakelende nodes (permanent virtual)

  • Elke node bepaalt onafhankelijk welke de volgende node zal zijn (connec-tionless, datagram). Pakketten kunnen elk andere weg volgen (b.v. op basis van belasting) waardoor ze ook in andere volgorde kunnen aankomen.

    • Ideaal voor VBR verkeer (variabele vertragingen toegelaten).

    • Hogere overhead wegens noodzaak om adresinformatie mee te sturen.

    • Facuratie op basis van datahoeveelheden.

Broncodering en kanaalcodering


Om de informatie (symbolen) hanteerbaar te maken, dienen deze gecodeerd te worden. Dit noemt men broncodering. De efficiëntie waarmee deze broncodering gebeurt, wordt uitgedrukt door de redundantie (hoe minder redundantie, des te effectiever is de broncodering).
Kanaalcodering: codes die informatie met zo min mogelijk fouten over het kanaal transporteren.

Verklaar het begrip bandbreedte


De absolute bandbreedte van een in de tijd gelimiteerd signaal is oneindig !Praktisch: grootste deel van het vermogen zal geconcentreerd zijn in een “eindige band”. Veelal definieert men de “Half-power bandwidth”: -3dB-bandbreedte

Waarvoor PCM compressie?


Niet-lineaire techniek voor het omzetten van een analoog signaal naar een binaire code.

Vooral gebruikt voor digitale spraak en andere audiotoepassingen

Let op: de naam is erg verwarrend. PCM heeft niks met “modulatie” te maken. Is enkel een manier om ADC te realiseren. Toepassingsvoorbeeld (digitale telefonie):

Signaal-Quantiseringsruis-verhouding is afhankelijk van de signaalamplitude (slechter bij kleine amplitudes, beter bij grote amplitudes). Wil men de Signaal-Quantiseringsruis-verhouding onafhankelijk maken van de amplitude (relatief gezien constant maken), dan moet men kleinere stapjes nemen bij lage amplitude en grotere stappen nemen bij grote amplitudes. Deze techniek noemt men compansie ( = compressie aan zendzijde, expansie aan ontvangstzijde) en is infeite niks anders dan een niet-lineaire quantiseringstechniek

Ideale compressie: y ~ ln(x), maar niet realiseerbaar (y wordt oneindig voor x=0)

Dus: benaderen (gestandaardiseerd in de ITU G.711)



  • 1)Europa = A-wet (vervangt de ln rond de oorsprong door een rechte)

  • 2)Amerika = m-wet (A-wet heeft een beter dynamisch bereik, m-wet een betere (S/N)q bij lage amplitudes)

  • 3) Digitale implementatie (15-segment curve)

Vergelijk PSK en QAM


Binaire PSK kan gezien worden als de som van een ASK-signaal met dubbele amplitude en een draaggolf in tegenfase. De bandbreedte is dus even groot als bij ASK.

  • Hoog vermogens- en spectraalrendement

  • Ruisniveau mag 2x hoger zijn dan bij ASK bij eenzelfde foutkans




Binaire PSK 4-PSK

Constellatie-diagramma



8-PSK 16-PSK
2.2.5. QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

Gebruikt in moderne inbelmodems en ADSL-modems (V.92 = 128-QAM)

Combinatie van ASK en PSK

2 draaggolven in quadratuur (een cosinus en een sinus) die elk ASK-gemoduleerd worden en samen gezonden worden

Voorbeeld hiernaast = 16-QAM

Hoog spectraal- en vermogens-rendement

Eenvoudiger elektronisch te bouwen dan PSK

Minder storingsgevoelig dan PSK



Bespreek kort asynchrone (statistische) TDM


Dynamische allocatie van tijdslots op verzoek om verspilling van bandbreedte tegen te gaan.

Geen lege slots meer (# slots < # bronnen)

Kan aan lagere datarate zenden dan synchrone TDM voor hetzelfde aantal bronnen (of meer bronnen voor eenzelfde datarate)

Adresseringsmechanisme nodig (geen vast slot per bron) = overhead



Toepassing bij ATM (Asynchrone Transfer Mode = basis van breedband ISDN)

Wat is peer-to-peer, PPP en piggybacking


In duplexcommunicatie: piggybacking gebruiken (indien geen data te zenden, wordt een gewone ACK gebruikt, indien er wel data is maar geen ACK te zenden: zend dan vorige ACK nogmaals of clear een ack-valid-vlag)
PPP: Point to Point Protocol, een TCP/IP protocol gebruikt om een verbinding tussen 2 computers tot stand te brengen
Peer-to-peer: een netwerkmodel waarin elke aansluiting een opdracht kan starten of eindigen, alle aansluitingen zijn evenwaardig

Bespreek kort het OSI model







De database wordt beschermd door het auteursrecht ©opleid.info 2019
stuur bericht

    Hoofdpagina