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

Samankaltaiset tiedostot
MULTIPLEKSOINTIMENETELMÄT FDM, TDM, CDM JA QM

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

LUKU 3 ANALOGISET KANTOAALTO- JA PULSSIMODULAATIOMENETELMÄT

LUKU 3 ANALOGISET KANTOAALTO- JA PULSSIMODULAATIOMENETELMÄT A Tietoliikennetekniikka I Osa 8 Kari Kärkkäinen Kevät 2015

LUKU 3 TÄRKEIMPIEN ASIOIDEN KERTAUS A Tietoliikennetekniikka I Osa 23 Kari Kärkkäinen Kevät 2015

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

LUKU 6 TÄRKEIMPIEN ASIOIDEN KERTAUS

Kapeakaistainen signaali

521357A TIETOLIIKENNETEKNIIKKA I

SIGNAALITEORIAN KERTAUSTA OSA 2

TIETOLIIKENNETEKNIIKKA I A

TAAJUUDEN SIIRTO JA SEKOITUS VÄLITAAJUUSVASTAANOTIN & SUPERHETERODYNEVASTAANOTTO

521330A TIETOLIIKENNETEKNIIKKA

521330A TIETOLIIKENNETEKNIIKKA KURSSI ANALOGISEN JA DIGITAALISEN TIEDONSIIRRON TEORIASTA JA TOTEUTUSMENETELMISTÄ

TAAJUUDEN SIIRTO JA SEKOITUS VÄLITAAJUUSVASTAANOTIN ELI SUPERHETERODYNEVASTAANOTTO

JATKUVAN AWGN-KANAVAN KAPASITEETTI SHANNON-HARTLEY -LAKI

Radioamatöörikurssi 2017

VAIHEKOHERENTIT BINÄÄRISET KANTOAALTOMODULAATIOT JA NIIDEN VIRHETODENNÄKÖISYYDET

nykyään käytetään esim. kaapelitelevisioverkoissa radio- ja TVohjelmien

JOHDANTO TIETOLIIKENNEJÄRJESTELMIIN

LUKU 3 TÄRKEIMPIEN ASIOIDEN KERTAUS

S Tietoliikennetekniikan perusteet. Piirikytkentäinen evoluutio. Annukka Kiiski

» multiaccess channel» random access channel LAN (Ethernet) langaton. ongelma: käyttövuoron jakelu Yhteiskäyttöisen kanavan käyttö

4. MAC-alikerros. yleislähetys (broadcast) ongelma: käyttövuoron jakelu. » multiaccess channel» random access channel LAN (Ethernet) langaton

A! Modulaatioiden luokittelu. Luento 4: Digitaaliset modulaatiokonstellaatiot, symbolijonolähetteet. ELEC-C7230 Tietoliikenteen siirtomenetelmät

Lähettimet ja vastaanottimet

Radioamatöörikurssi 2016

ANALOGISET PULSSIMODULAATIOT PAM, PWM JA PPM

SYMBOLIVIRHETODENNÄKÖISYYDESTÄ BITTIVIRHETODENNÄKÖISYYTEEN

S Tietoliikennetekniikan perusteet. Luento Informaatioteorian alkeita Tiedonsiirron perusteet

S Tietoliikennetekniikan perusteet. Jukka Manner Teknillinen korkeakoulu

Radiokurssi. Modulaatiot, arkkitehtuurit, modulaattorit, ilmaisimet ja muut

SIGNAALITEORIAN KERTAUSTA 1

DIGITAALISET PULSSIMODULAATIOT M JA PCM A Tietoliikennetekniikka I Osa 21 Kari Kärkkäinen Kevät 2015

Nämä ovat siis minimivaatimukset, enemmänkin saa ja suositellaan

521361A TIETOLIIKENNETEKNIIKKA II

Reititys. Reititystaulukko. Virtuaalipiirin muunnostaulukko. Datasähkeverkko. virtuaalipiiriverkko. Eri verkkotekniikoita

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

2. Perusteoriaa signaaleista

Suodatus ja näytteistys, kertaus

Luennon sisältö. Protokolla eli yhteyskäytäntö (1) Verkon topologia

S Tietoliikennetekniikan perusteet. Piirikytkentäinen evoluutio

Signaaliavaruuden kantoja äärellisessä ajassa a

YKSISIVUKAISTAMODULAATIO (SSB)

SIGNAALITEORIAN JATKOKURSSI 2003

YKSISIVUKAISTAMODULAATIO (SSB)

2. Perusteoriaa signaaleista

Ohjelmistoradio tehtävät 4. P1: Ekvalisointi ja demodulaatio. OFDM-symbolien generoiminen

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

Modulaatio. f C. amplitudimodulaatio (AM) taajuusmodulaatio (FM)

Satelliittipaikannus

Kanavointi ja PCM järjestelmä

DIGITAALISET PULSSIMODULAATIOT M JA PCM

Värähdysliikkeet. q + f (q, q, t) = 0. q + f (q, q) = F (t) missä nopeusriippuvuus kuvaa vaimenemista ja F (t) on ulkoinen pakkovoima.

spektri taajuus f c f c W f c f c + W

Kanavat eivät ole enää pelkästään broadcasting käytössä Uudet palvelut kuten teräväpiirtolähetykset vaativat enemmän kapasiteettia

ANALOGISET PULSSIMODULAATIOT PAM, PWM JA PPM

WIMAX-järjestelmien suorituskyvyn tutkiminen

LYHYEN KANTAMAN LANGATTOMAT SIIRTOTAVAT

ELEC-C7230 Tietoliikenteen siirtomenetelmät

T DSP: GSM codec

83950 Tietoliikennetekniikan työkurssi Monitorointivastaanottimen perusmittaukset

Sanoman siirto paketteina: ei etenemisviivettä, ei jonotuksia

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

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

Kanavointi ja PCM järjestelmä. Kanavointi pakkaa yhteyksiä johdolle

Alla olevassa kuvassa on millisekunnin verran äänitaajuisen signaalin aaltomuotoa. Pystyakselilla on jännite voltteina.

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

Amplitudimodulaatio (AM) Esitys aikatasossa

Käytännön radiotekniikkaa: Epälineaarinen komponentti ja signaalien siirtely taajuusalueessa (+ laboratoriotyön 2 esittely)

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

Radioamatöörikurssi 2012

Virheen kasautumislaki

Helsinki University of Technology

TLT-5200 Tietoliikenneteoria Tehtäväkokoelma 1 (6)

TAAJUUSMAKSULASKENNAN ESIMERKIT

Itseoppivan radiojärjestelmän simulointijärjestelmän kehitys, CWC:n osahanke. DI Juho Markkula

CSMA/CA: Satunnaisperääntyminen (Random backoff)

samankaltainen kuin Ethernetissä

12. Luento. Luento 12 Modulaatio. Oppenheim luku 8 soveltuvin osin. Koherentti ja epäkoherentti analoginen modulaatio Digitaalinen modulaatio

ANALOGISEN VÄRITELEVISION RAKENNE JA TOIMINTA

Tiedon koodaus signaaliin. Sinifunktio. Fourier-sarja. Esimerkki: b -kirjain. T = 8; f =1/T = 1/8 10/14/ Fysikaalinen tulkinta

Tiedon koodaus signaaliin

ELEC-C5070 Elektroniikkapaja (5 op)

Tietoliikennesignaalit & spektri

Helsinki University of Technology

Kanavan kuuntelu. Yleislähetysprotokollia ALOHA. CSMA (Carrier Sense Multiple Access) Viipaloitu ALOHA. Lähetyskanavan kuuntelu (carrier sense)

Peruskerros: OFDM. Fyysinen kerros: hajaspektri. Hajaspektri: toinen tapa. FHSS taajuushyppely (frequency hopping)

RADIOTAAJUUSPÄIVÄ Tuulivoimapuistojen vaikutus radiojärjestelmiin

Laskuharjoitus 4 ( ): Tehtävien vastauksia

Ominaisvektoreiden lineaarinen riippumattomuus

Signaalien datamuunnokset. Näytteenotto ja pito -piirit

Pekka Pussinen OH8HBG - oulu.fi

Uuden sukupolven HF-kommunikaatiotekniikka

Digitaalinen Televisio

Lähettimet ja vastaanottimet

Lähettimet ja vastaanottimet. OH3NE:n radioamatöörikurssi

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

Flash AD-muunnin. Ominaisuudet. +nopea -> voidaan käyttää korkeataajuuksisen signaalin muuntamiseen (GHz) +yksinkertainen

Tiedon koodaus signaaliin

Transkriptio:

MULTIPLEKSOINTIMENETELMÄT FDM, TDM, CDM JA QM Tietoliikennetekniikka I 521357A Kari Kärkkäinen Osa 22 1 (16)

Multipleksointimenetelmät Usein on tarve yhdistää eri lähteistä tulevia toisistaan riippumattomia signaaleja multipleksoinnin keinoin, jotta ne voidaan lähettää tehokkaammiin yhtä tiedonsiirtoyhteyttä käyttäen (esim. jokaiselle puhelinyhteydelle ei tarvita omaa siirtokaapelia). Multipleksoinnissa on perusideana ryhmitellä eri lähteistä tulevat signaalit yhdeksi nätiksi kantataajuusspektripaketiksi. Multipleksointi on hyvin läheistä sukua radiotaajuusspektrin hallintaan liittyvän käsitteen monikäyttömenetelmä kanssa (käytännössä sama asia). Multipleksointi- vs. monikäyttömenetelmät (multiple-access): taajuusjakomultipleksointi (FDM) vs. taajuusjakomonikäyttö (FDMA) aikajakomultipleksointi (TDM) vs. aikajakomonikäyttö (TDMA) koodijakomultipleksointi (CDM) vs. koodijakomonikäyttö (CDMA) kvadratuurimultipleksointi (QM) QDSB-modulaatiota käyttäen Tässä tarkastellaan lähemmin vain FDM, TDM ja QM. Tietoliikennetekniikka I 521357A Kari Kärkkäinen Osa 22 2 (16)

Taajuusjakomultipleksointi (FDM) Kantataajuus on nollataajuuden ympäristössä Alikantoaalloilla (subcarrier) suoritetaan kantataajuisen spektrin ryhmittely taajuusorigon ympärille. Modulaatioiden ei tarvitse olla samoja (kuvassa DSB, U-SSB ja FM). Kokonaiskaistanleveys osien summa ja lisäksi suojakaistojen (quardbands) vaatima osuus. Suojakaistat radiotaajuisten häiriöiden vuoksi (keskeismodulaatiot). Ryhmitelty kantataajuinen spektripaketti lähetetään varsinaisella kantoaaltomodulaattorilla kaistanpäästösignaalina joko kaapeliin tai radiotielle (suuri kantoaaltotaajuus verrattuna alikantoaaltoihin). Tietoliikennetekniikka I 521357A Kari Kärkkäinen Osa 22 3 (16)

Taajuusjakomultipleksointi (FDM) Tietoliikennetekniikka I 521357A Kari Kärkkäinen Osa 22 4 (16)

Analogisen puhelinkeskuksen FDM Vanhat lankapuhelinkeskusjärjestelmät peustuivat SSB-FDMtekniikkaan. Tietoliikennetekniikka I 521357A Kari Kärkkäinen Osa 22 5 (16)

Analogisen puhelinkeskuksen FDM Tietoliikennetekniikka I 521357A Kari Kärkkäinen Osa 22 6 (16)

Analogisen puhelinkeskuksen FDM Tietoliikennetekniikka I 521357A Kari Kärkkäinen Osa 22 7 (16)

Mono- ja sterolähetyksen FDM Oikeasta ja vasemmasta kanavasta muodostetaan ero- ja summasignaalit. Monovastaanotossa tarvitaan vain summasignaali. Tietoliikennetekniikka I 521357A Kari Kärkkäinen Osa 22 8 (16)

Mono- ja sterolähetyksen FDM Monolähetyksen sanoman kaista 15 khz ja stereolla 53 khz. FMradion huippudeviaatiolla on tietty maksimiarvo kanavavälille. Siksi D pienenee stereolla kertoimella 53/15=3.52 suhteessa monolähetykseen. Se ilmenee huonompana siirron laatuna verrattuna tilanteeseen jossa sama kaista olisi alloloitu kokonaan monolähetykselle, sillä: SNR FM =3D 2 m n2 (P T /N 0 W). Erotuskaistan ilmaisu voidaan tehdä myös PLL-tekniikalla ja myös kohinasietoisemmin silmukan kapean LPF:n vuoksi. Hyvä PLL-kirja: U. Manassewitsch, Frequency Synthesizers, Wiley, 1987. Tietoliikennetekniikka I 521357A Kari Kärkkäinen Osa 22 9 (16)

Kvadratuurimultipleksointi (QM) D = I = direct Q = quadrature x c [ m ( t)cosω t m ( t) sinω t] ( t) = Ac 1 c + 2 Käytetään kvadratuurisia kantoaaltoja samalla kantoaaltotaajuudella ja kaistalla. Ne muodostavat kaksiulottisen signaaliavaruuden kantafunktiot (vrt. i, j ja k kantavektorit karteesisessa koordinaatistossa). Niihin DSB-moduloidut informaatiot m 1 (t) ja m 2 (t) eivät häiritse toisiaan, koska ne vaikuttavat ortogonaalisina eri dimensioissa. Multipleksoinnin purkamiseen avaimena on vastaanoton koherentit ilmaisukantoaallot kosini ja sini I/Q-tasossa. Tietoliikennetekniikka I 521357A Kari Kärkkäinen Osa 22 10 (16) c

Kvadratuurimultipleksointi (QM) QM-periaatetta sovelletaan paljon tietoliikenteessä. Esimerkiksi analogiset SSB ja VSB sekä monet digitaaliset QPSK, OQPSK, MSK ja QAM kantoaaltomodulaatiot soveltavat sitä. Kummankin kanavan kaistanleveys on 2W DSB-modulaatiolle tyypilliseen tapaan, eli kokonaiskaistanleveys on 2W, jossa voidaan siirtää kaksi W- levyistä eri sanomasignaalia. Kaistankäytöntehokkuus paranee siis kertoimella 2. Niin kävi mm. SSB-modulaation tapauksessa, kun lähetettiin DSB-moduloidusti sanoma ja sen Hilbert-m. versio samalla taajuudella. Haittana on kanavien ylikuuluminen ja sanoman vaimennus, jos ilmaisukantoaallossa on vaihevirhettä. I-kanavalle saadaan: x y y r ( t) 2cos( ω t L+ m DD DQ 1 ( t) = ( t) = ( t)cos(2ω t A A c c c + θ ) m ( t)cosθ m ( t)sin(2ω t [ m1 ( t)cosθ m2( t)sinθ ] [ m ( t)sinθ m ( t)cosθ ] 1 + θ ) = c A [ m c ( t)sinθ + L + θ )] Kvadratuurinen Q-kanava demoduloidaan kertomalla 2sin(ω c t+θ):lla. Tietoliikennetekniikka I 521357A Kari Kärkkäinen Osa 22 11 (16) 2 1 2 c 2

Aikajakomultipleksointi (TDM) Tarvitaan näytteenotto Nyquistin teoreeman mukaisesti, sekä joku analoginen tai digitaalinen pulssimodulaatiomenetelmä. Jos kaikilla sanomilla on sama kaistanleveys, näytteitä otetaan kustakin sanomasta vakionopeudella (T=näyteväli); muuten eri nopeudella. Jos esimerkiksi signaalien s 1 (t), s 2 (t), s 3 (t) ja s 4 (t) kaistanleveydet ovat W, W, 2W ja 4W, kanavassa siirtyy aikajaetusti s 1 s 4 s 3 s 4 s 2 s 4 s 3 s 4... n n s s B = = TDM N i= 1 = 2W T i 2BT = B FDM N i= 1 = 2W T N i= 1 i W i Tietoliikennetekniikka I 521357A Kari Kärkkäinen Osa 22 12 (16)

Aikajakomultipleksointi (TDM) TDM/TDMA-periaatteen käyttökohteita: lankapuhelinverkkojen PCM-tekniikan toteuttaminen digitaaliset 2. generaation matkapuhelinjärjestelmät (esim. GSM) radiolinkit, satelliittitietoliikenne viranomaisverkot Tietoliikennetekniikka I 521357A Kari Kärkkäinen Osa 22 13 (16)

Digitaalisen puhelinverkon PCM TDM Euroopassa ja USA:ssa käytössä erilaiset PCM-standardit (vrt. tilanne matkapuhelinjärjestelmissä). Alla esimerkki USA:n järjestelmästä. Signalointibitit tarvitaan synkronointia varten. Kehys 24 8+1=193 bittiä. 1,544 M bit/s 96 kanavaa 672 kanavaa 4032 kanavaa 274,176 M bit/s Tietoliikennetekniikka I 521357A Kari Kärkkäinen Osa 22 14 (16)

Digitaalisen puhelinverkon PCM TDM Tietoliikennetekniikka I 521357A Kari Kärkkäinen Osa 22 15 (16)

Multipleksointimenetelmien vertailu FDM on yksinkertainen toteuttaa. Jos kanava on lineaarinen (ts. keskeismodulaatiota ei esiinny), haittoja on vaikea havaita. Käytännössä esiintyy epälineaarisuuksia, jotka aiheuttavat keskeismodulaatiosäröä FDM:lle. Keskeismodulaatio ilmenee kanavien ylikuulumisena kantataajuudella. TDM-menetelmällä keskeismodulaatiota ei esiinny, koska kukin lähettäjä käyttää kanavaa vuorollaan eikä samanaikaisesti. TDM haittana on näytteenoton järjestäminen. Suurin haitta kuitenkin on sykronismin vaatimus lähetys- ja vastaanottopään välillä. Koska kehyksiä ryhmitellään yhä pitemmiksi ylikehyksiksi, synkronismin totaalinen menetys aiheuttaa sen, että jopa tuhansia puheluita saattaa katketa kerralla. QM:n etuna on kaistankäytön tehokkuus, koska kaksi toisistaan riippumatonta lähetettä voidaan lähettää päällekkäin samalla kaistalla. QM vaatii koherentit ilmaisukantoaallot (ylikuulumisongelma). Jos QM ja FDM käytetään yhdessä, on keskeismodulaatiosta haittaa. Tietoliikennetekniikka I 521357A Kari Kärkkäinen Osa 22 16 (16)