Helsinki University of Technology

Samankaltaiset tiedostot
Helsinki University of Technology Laboratory of Telecommunications Technology

Helsinki University of Technology

ELEC-C7230 Tietoliikenteen siirtomenetelmät

ELEC-C7230 Tietoliikenteen siirtomenetelmät. Yleistä

Helsinki University of Technology

TIETOLIIKENNETEKNIIKKA I A

Helsinki University of Technology

JATKUVAN AWGN-KANAVAN KAPASITEETTI SHANNON-HARTLEY -LAKI

521357A TIETOLIIKENNETEKNIIKKA I

521361A TIETOLIIKENNETEKNIIKKA II

T DSP: GSM codec

Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu Korvaavuusluettelo

T Multimediatekniikka

Pv Pvm Aika Kurssin koodi ja nimi Sali Tentti/Vk Viikko

Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu Korvaavuusluettelo

T DATASTA TIETOON

Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu Korvaavuusluettelo

Muuntavat analogisen signaalin digitaaliseksi Vertaa sisääntulevaa signaalia referenssijännitteeseen Sarja- tai rinnakkaismuotoinen Tyypilliset

Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu Korvaavuusluettelo

Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu Korvaavuusluettelo

Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu Korvaavuusluettelo

HAHMONTUNNISTUKSEN PERUSTEET

SIGNAALITEORIAN JATKOKURSSI 2003

JATKO-OPINTOSUUNNITELMA

ELEC-C5070 Elektroniikkapaja (5 op)

ELEC-C5210 Satunnaisprosessit tietoliikenteessä

Elektroniikan, tietoliikenteen ja automaation tiedekunta Korvaavuusluettelo S-38 Tietoverkkotekniikka

Digitaalinen audio

S Liikenneteorian perusteet (2 ov) K-98

Tietoliikenne I (muuntokoulutettaville) 2 ov syksy 2003 Luennot Liisa Marttinen

Tietoliikenne I (muuntokoulutettaville) 2 ov syksy 2003 Luennot Liisa Marttinen

SIGNAALITEORIAN KERTAUSTA OSA 2

Teknisiä käsitteitä, lyhenteitä ja määritelmiä

LUKU 7 TÄRKEIMPIEN ASIOIDEN KERTAUS A Tietoliikennetekniikka I Osa 30 Kari Kärkkäinen Kevät 2015

521330A TIETOLIIKENNETEKNIIKKA

Digitaalisen TV-verkon liikennepalvelujen kokeilut

Tietoliikenne I 2 ov syksy 2001

Tietoliikenne I 2 ov kevät 2002

521330A TIETOLIIKENNETEKNIIKKA KURSSI ANALOGISEN JA DIGITAALISEN TIEDONSIIRRON TEORIASTA JA TOTEUTUSMENETELMISTÄ

Tiedonsiirron perusteet ja fyysinen kerros. Tietoliikenne kohtaa todellisuuden OSI-mallin alimmainen kerros Kirja sivut 43-93

Henkilökunta - harjoitukset. Teletekniikan perusteet S-2000 S Kurssin tavoite. Aloitusluennon sisältö. Henkilökunta- luennot

Tietoliikenne I 2 ov kevät 2003

INFORMAATIOTEORIA & KOODAUS TÄRKEIMPIEN ASIOIDEN KERTAUS A Tietoliikennetekniikka II Osa 28 Kari Kärkkäinen Syksy 2015

Tietoliikenne I (muuntokoulutettaville) 2 ov Syksy 2002 Luennot Liisa Marttinen 11/6/2002 1

S Tietoliikennetekniikan perusteet. Luento Informaatioteorian alkeita Tiedonsiirron perusteet

1 VUOKRATTAVAT TUOTTEET TOIMITUSAIKA PALVELUKUVAUKSET Analoginen 2- johdinyhteys, tavanomainen laatu (O)...

Pv Pvm Aika Kurssin koodi ja nimi Sali Tentti/Vk Viikko

T Verkkomedian perusteet. Tietoliikennekäsitteitä Tiedonsiirron perusteet

Tiedon esitys tietokoneessa. Jyry Suvilehto T Johdatus tietoliikenteeseen ja multimediatekniikkaan kevät 2014

Digitaalitekniikan matematiikka Luku 1 Sivu 1 (19) Johdatus digitaalitekniikkaan

ELEC-C7230 Tietoliikenteen siirtomenetelmät

30 Opetussuunnitelma OSAAMISEN ARVIOINTI ARVIOINNIN KOHTEET JA AMMATTITAITOVAATIMUKSET OSAAMISEN HANKKIMINEN. järjestelmätyöt: työskentely

Suodatus ja näytteistys, kertaus

KAISTANLEVEYDEN JA TEHON KÄYTÖN KANNALTA OPTIMAALINEN MODULAATIO TRELLISKOODATTU MODULAATIO (TCM)

LUKU 6 TÄRKEIMPIEN ASIOIDEN KERTAUS

Mittaustekniikka (3 op)

MULTIPLEKSOINTIMENETELMÄT FDM, TDM, CDM JA QM. Tietoliikennetekniikka I A Kari Kärkkäinen Osa 22 1 (16)

HARJOITUSTEN UUDISTAMINEN SEKÄ TIETOLIIKENNETEKNIIKKAA VIIKKO-, VÄLI-, JA LOPPUKOKEILLA SUORITETTUNA: SUORITUSTAPOJEN VERTAILU

TIETOLIIKENNEVERKKOJEN OPISKELU TTY:llä

HAHMONTUNNISTUKSEN PERUSTEET

Kon HYDRAULIIKKA JA PNEUMATIIKKA

T Johdatus tietoliikenteeseen 5 op. Kevät 2013

Radiokurssi. Modulaatiot, arkkitehtuurit, modulaattorit, ilmaisimet ja muut

Tietoliikenteen fyysinen kerros. Tietoliikenne kohtaa todellisuuden Kirja sivut 43-93

Laajakaistatekniikoiden kehitys. Lvm Laajakaistan kehittämistyöryhmä

AV-muotojen migraatiotyöpaja - ääni. KDK-pitkäaikaissäilytys seminaari / Juha Lehtonen

Internet ja tietoverkot

Data ja informaatio. Tiedonsiirron perusteet ja fyysinen kerros. Ohjattu media. Tiedonsiirto. Ohjaamaton media

Digitaalinen signaalinkäsittely Johdanto, näytteistys

Tietoliikenne I 2 ov kevät 2004

Tietoliikenne I 2 ov kevät 2004

MONITILAISET TIEDONSIIRTOMENETELMÄT TÄRKEIMPIEN ASIOIDEN KERTAUS A Tietoliikennetekniikka II Osa 18 Kari Kärkkäinen Syksy 2015

SISÄLMYSLUETTELO QUO VADIS?... 9

Puhetie, PCM järjestelmä, johtokoodi

Ohjelmistoarkkitehtuurit. Kevät

Johdatus ohjelmointiin C-kielellä P Ohjelmoinnin perusteet C-kielellä A Ohjelmointityö

DVB- ja internet-palvelut saman vastaanottimen kautta

Luennon sisältö. Protokolla eli yhteyskäytäntö (1) Verkon topologia

S Tietoliikennetekniikan perusteet. Jukka Manner Teknillinen korkeakoulu

BINÄÄRISET TIEDONSIIRTOMENETELMÄT TÄRKEIMPIEN ASIOIDEN KERTAUS A Tietoliikennetekniikka II Osa 11 Kari Kärkkäinen Syksy 2015

S Tietoliikennetekniikan perusteet. Piirikytkentäinen evoluutio

AS Automaation käyttöliittymät L Opetussuunnitelma

Additions, deletions and changes to courses for the academic year Mitä vanhoja kursseja uusi korvaa / kommentit

Helsinki University of Technology

SGN-4200 Digitaalinen audio

Tilanne sekä MS-A0003/4* Matriisilaskenta 5 op

Tervetuloa jatkamaan DIGITAALI- TEKNIIKAN opiskelua! Digitaalitekniikka (piirit) Luku 0 Sivu 1 (8)

Kojemeteorologia. Sami Haapanala syksy Fysiikan laitos, Ilmakehätieteiden osasto

Kurssijärjestelyt. ME-C2300 Verkkojulkaisemisen perusteet (5 op) Mari Hirvi Informaatioverkostot / Mediatekniikan laitos

Moniantennitekniikat langattoman tietoliikenteen kapasiteetin räjäyttäjinä

TAAJUUDEN SIIRTO JA SEKOITUS VÄLITAAJUUSVASTAANOTIN & SUPERHETERODYNEVASTAANOTTO

2. Peruskerros. tiedonsiirron perusteet siirtotie (media) siirtoverkkoja. puhelinverkko: modeemi, isdn, langaton verkko: soluradio satelliittiverkko

Access-verkot. Johdanto. Kaapelitelevisio. Arkkitehtuuri. Kodin kaapelimodeemi-liityntä. Hybridiverkko

Tiedonvälitystekniikka 1-3 ov. Kurssin sisältö ja tavoite

Ohjelmistoradio. Mikä se on:

Päivätty S-alkuisten kurssien tentit Pv Pvm Aika Kurssin koodi ja nimi Sali Tentti/Vk Viikko

T Johdatus tietoliikenteeseen 5 op

DownLink Shared Channel in the 3 rd Generation Base Station

Tiedonsiirron perusteet ja fyysinen kerros. Tietoliikenne kohtaa todellisuuden OSI-mallin alimmainen kerros "Miten siirretään yksi bitti"

S Tietoliikennetekniikan perusteet. Piirikytkentäinen evoluutio. Annukka Kiiski

Transkriptio:

Helsinki University of Technology Laboratory of Telecommunications Technology S-38.211 Signaalinkäsittely tietoliikenteessä I Signal Processing in Communications (2 ov) Syksy 1997 1. Luento: Johdanto prof. Timo Laakso Vastaanotto torstaisin klo 10-11 Huone G210, puh. 451 2473 Sähköposti: timo.laakso@hut.fi Opintojakson asema Teletekniikan (S-38) ja Tietoliikennetekniikan (S-72) yhteinen opetuspaketti: 5 polkua, joista yksi on Siirtojärjestelmät ja signaalinkäsittely S-72.244 Digital Modulation and Coding (Digitaalinen modulaatio ja koodaus) antaa perustiedot modulaatiomenetelmistä ja koodauksesta S-72.227 Digital Communication Systems (Digitaaliset siirtojärjestelmät) painottuu johtosiirtojärjestelmiin S-72.232 Radioliikennejärjestelmät paneutuu langattomiin järjestelmiin S-38.211 johdattaa signaalinkäsittelyn menetelmiin joita käytetään johtosiirto- ja langattomissa järjestelmissä October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 2

Tietoliikennetekniikan polut October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 3 Opintojakson tavoite Keskeiset signaalinkäsittelyfunktiot käytännön tietoliikennejärjestelmissä: Pulssinmuokkaus: sovitettu suodatin, Nyquistin kriteeri Adaptiivisten korjaimien toimintaperiaatteiden ja suorituskyvyn ymmärtäminen Vastaanottimen synkronoinnin hallinta (vaihe-, kantoaaltoja symbolisynkronointi) Kaiunpoisto (jos ehditään!) Signaalinkäsittelyjärjestelmien suunnittelu ja toteuttaminen (vierailuluentoja) October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 4

Esitiedot Perustiedot digitaalisesta signaalinkäsittelystä ja digitaalisesta siirtotekniikasta Suositellaan opintojaksoja Tik-61.145 Signaalien digitaalisen käsittelyn per. S-72.116 Signaalit ja järjestelmät S-72.322 Televiestintäjärjestelmät S-72.244 Digital modulation and coding (voi suorittaa samana syksynä!) tai vastaavat tiedot October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 5 Opetus Luennot ke klo 9-11 sali E110 (Timo Laakso) Laskuharjoitukset: ke 11-13 (Stefan Werner) 4 laskuharjoitusta lisäksi vapaaehtoisia kotilaskuja, korottavat arvosanaa Harjoitustyö: (Petri Karttunen) toteutetaan tiedonsiirtoyhteyteen adaptiivinen korjain Työympäristö: MATLAB (Communications Toolbox?) Työ tehdään pareittain, dokumentoidaan ja arvostellaan (vaikuttaa arvosanaan!) Harjoitustyön ohjaus: DI Petri Karttunen October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 6

Kurssin suorittaminen Kurssille ilmoittauduttava www-topilla!!!!!!! (Tiedotukset mahd. aikataulumuutoksista yms. sähköpostilla!) Opintojakso suoritetaan tentillä ja harjoitustyöllä (+ vapaaehtoiset kotilaskut) Tenttivaatimuksena on luennoilla ja harjoitustyön yhteydessä esitetty aineisto October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 7 Loppuarvosana Kurssin suoritukseen vaaditaan hyväksytty tentti ja harjoitustyö Lopullinen arvosana muodostuu tentistä ja harjoitustyöstä: A = 08. A + 02. A tot tentti harj Kotilaskuista max 4 pistettä tenttiin (5 tehtävää á 6 pistettä = 30 pistettä, 14=1, 18=2, 22=3, 26=4, 30=5) October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 8

Luentomoniste (kalvot) Kirjallisuus E. A. Lee ja D. G. Messerschmitt, Digital Communication. Kluwer, 2. painos 1994, soveltuvin osin (oheislukemisto!) Muuta suositeltavaa oheislukemista: S. Haykin: Adaptive Filter Theory, Prentice-Hall 1996 (3p). S. U. H. Qureshi: Adaptive Equalization, luku 12 kirjassa K. Feher (ed.): Advanced Digital Communications Systems and Signal Processing Techniques, Prentice-Hall 1987. J. Proakis, Digital Communication Systems, McGraw-Hill, 1995. October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 9 Alustava aikataulu ja sisältösuunnitelma (Päivitetty 16.10.1997 - muutokset vielä mahdollisia!) Luennot: ke 9-11 E110 (Timo Laakso) L1 24.9.97 Johdanto Digitaalisen tietoliikennejärjestelmän perusfunktiot L2 1.10. Pulssinmuokkaussuodatus. Sovitettu suodatin. Nyquistin kriteeri L3 8.10. Optimaalinen ML-vastaanotin. Viterbi-algoritmi L4 15.10. Lineaariset korjaimet October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 10

Alustava aikataulu ja sisältösuunnitelma L5 21.10. Adaptiiviset korjaimet I (ti klo 16-18 D301) L6 29.10. Adaptiiviset korjaimet II L7 5.11. Kanavanestimointi L8 12.11. Kaiunpoisto L9 19.11. Murtoviivesuotimet. Synkronointi. Näytetaajuuden muunnokset L10 26.11. Guest lecture: DSP for digital subscriber lines L11 3.12. Guest lecture: DSP for mobile communications L12 10.12. Kertausta Tentti ke 17. 12. 1997 9-12 sali S4 October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 11 Harjoitusaikataulu Exercises: Wed 11-12 E110 (Stefan Werner) Will be held in English (or Swedish)! Homework will be given after the session (also in the web) Return time: two weeks H1 8.10. Matched filters. H2 15.10. Viterbi algorithm. H3 22.10. Equalizers. H4 29.10. Fractional delay filters. H5 3.11. Project work demonstration (MATLAB) by Petri Karttunen. October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 12

Johdanto Digitaalinen informaation siirto korvaamassa analogista kaikilla tietoliikennetekniikan osa-alueilla Digitaalinen signaalinkäsittely mahdollistaa tehokkaiden järjestelmien ja laitteiden kehittämisen jotka hyödyntävät käytännön kanavan siirtokapasiteetin tehokkaasti Analoginen suunnittelu perustuu usein tiettyjen komponenttien tehokkaaseen toteuttamiseen -> suorituskyky kaukana optimaalisesta Digitaalinen suunnittelu: perustuu tiedonsiirtoyhteyden matemaattiseen malliin ja lähetin-vastaanotinratkaisun optimointiin -> toteutus lähellä optimia October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 13 Johdanto Esimerkkejä digitaalisista siirtojärjestelmistä PCM-tekniikka puheensiirtoon puhelinverkoissa ISDN-palvelu (Integrated Services Digital Network): datan ja/tai puheensiirtoon Ääniradio: DAB-järjestelmä (Digital Audio Broadcasting) tulossa 2000-luvun alussa Video ja TV: digitaalisia järjestelmiä tulossa eri siirtoteille maanpäällinen radiojakelu kaapeli-tv-verkot satelliittilähetykset October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 14

Johdanto Matkaviestimet digitaaliset matkapuhelinjärjestelmät voimakkaassa kasvussa (GSM yms.) seuraavan sukupolven järjestelmät (UMTS, Universal Mobile Telecommunication System) kehitteillä puhe + data, monen järjestelmän puhelimet jne. Digitaaliset tilaajayhteydet (DSL, Digital Subscriber Line) HDSL, ADSL, VDSL = xdsl olemassaolevian kupariparien siirtokapasiteetin parempi hyödyntäminen (2-50 Mbit/s asti) October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 15 Johdanto Kaapelimodeemit: datasiirtoa kaapeli-tv-verkoissa 2-10 Mbit/s datasiirtoyhteys kilpaileva vaihtoehto xdsl-tekniikoille taajamissa October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 16

Johdanto Lähitulevaisuuden tärkeimmät kehityskohteet: Matkaviestimet kännykkä jokaiselle kommunikaattori datasiirtoyhteyksineen ammattikäyttöön korvaa lankapuhelimen? (Kehitysmaat) Digitaalinen tilaajayhteys joka kotiin sähköposti, pankki, tiedonhaku, viihde, pelit www-palvelut, internet Haastavia töitä tiedossa tietoliikenneinsinööreille! October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 17 Digitaalinen siirtojärjestelmä Claude Shannon 1948: A Mathematical Theory of Communication October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 18

Digitaalinen siirtojärjestelmä Shannonin perusideat: 1) Lähteen koodaus Mikä tahansa signaali (puhe, kuva, mittausdata jne.) voidaan näytteistää, kvantisoida ja esittää halutulla tarkkuudella bittivirtana. Tämä bittivirta voidaan tiivistää sopivalla koodauksella (lähteen koodaus) bittivirraksi jonka nopeus on mielivaltaisen lähellä lähteen entropiaa eli informaationopeutta. 2) Kanavakoodaus Sopivalla kanavakoodauksella siirtovirhetodennäköisyys voidaan saada mielivaltaisen pieneksi koodauksen kompleksisuutta ja koodausviivettä kasvattamalla. October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 19 Digitaalinen siirtojärjestelmä Yleistetty digitaalinen siirtojärjestelmä: SOURCE SOURCE CODER CHANNEL CODER CHANNEL SINK SOURCE DECODER CHANNEL DECODER October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 20

Digitaalinen siirtojärjestelmä Digitaalisen siirtojärjestelmän komponentit: Lähteen koodaus (Source coding) signaalin bittinopeuden pienentäminen redundanssia poistamalla Kanavakoodaus (Channel coding) kanavassa syntyvien virheiden vaikutusten pienentäminen (virheenkorjaus) redundanssia lisäämällä Modulaatio (Modulation) bittivirran muuntaminen analogiseksi aaltomuodoksi joka soveltuu kanavaan October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 21 Digitaalinen siirtojärjestelmä Kanava (Channel) vääristää signaalia ja lisää häiriöitä Kanavadekoodaus (Channel decoder) korjaa kanavassa syntyneet virheet niin hyvin kuin mahdollista Lähteen dekoodaus (Source decoding) palauttaa lähteen redundanssin ja rekonstruoi alkuperäisen bittivirran October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 22

Digitaalisen siirtojärjestelmän suunnittelu Käytettävissä olevien resurssien tehokas hyödyntäminen niin että saavutetaan haluttu siirtonopeus riittävän pieni bittivirhesuhde Tähän tarvitaan: kanavan ominaisuuksien tunteminen tietoliikenneteorian ymmärrys, menetelmien ja algoritmien tuntemus, analyysi, simulointi toteutusteknologia standardointi October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 23 Kanavan kapasiteetti Oletetaan: jatkuva-aik. kaistarajoitettu signaali X(t) (kaista 0..W Hz) valkoista kaistaraj. Gaussin kohinaa N(t) (AWGN) October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 24

Kanavan kapasiteetti Näytteenotto: kaistanleveyteen W rajoitetut jatkuvat signaalit voidaan esittää diskreetillä näytesekvenssillä joka on näytteytetty aikavälein T= 1/(2W) Informaatioteoreettisin tarkasteluin (Shannon) voidaan johtaa AWGN-kanavan kapasiteetti (Hartley-Shannonin laki): x C= Wlog 2 1+ σ 2 σ 2 Kanavan kapasiteetti riippuu kaistanleveydestä (-> max. symbolinopeus) signaali-kohinasuhteesta (-> symboliaakkoston koko) n October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 25 Kanavan kapasiteetti Esimerkki: puhelinkanavan kapasiteetti Kaistanleveys W = 3400 Hz Signaali-kohinasuhde SNR = 30 db Mikä on kanavan kapasiteetti? Ratkaisu: 30/ 10 SNR = 10 = 1000 ( ) C = 3400 log 1001 bit/s= 33. 9kbit/s 2 Tämä on tyypillistä normaalilla kupariparilla toteutetulla puhelinyhteydellä. Miten on mahdollista, että xdsltekniikoilla voidaan saavuttaa jopa 50 Mbit/s siirtonopeuksia? October 24, 1997 Laboratory of Telecommunications Technology Page 26