ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИetsntesla.edu.rs/sajt ec3/pristup/pmiu - 1...

13
ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИ Page 1 Скрипта за предавања из предмета ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИ за IV разред смера Електротехничар телекомуникација

Upload: others

Post on 15-Jul-2020

22 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИetsntesla.edu.rs/SAJT EC3/pristup/PMIU - 1 deo.pdf · Веза између телефонских претплатника и "њихових

ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИ Page 1

Скрипта за предавања из предмета

ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИза IV разред смера Електротехничар телекомуникација

Page 2: ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИetsntesla.edu.rs/SAJT EC3/pristup/PMIU - 1 deo.pdf · Веза између телефонских претплатника и "њихових

ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИ Page 2

1. ПОЈАМ И ВРСТЕ ПРИСТУПНИХ МРЕЖА

Под термином приступна мрежа подразумева се део медијума за пренос информација од(нпр.у фиксној телефонији) централе, где се врши даља обрада сигнала за комутацију ипренос на веће даљине, до претплатника. Та мрежа може да се остварује:- путем бакарних парица;

- путем коаксијалних каблова;- путем оптичких каблова или- преко бежичних система преноса

1.1. Мрежа путем бакарних парица

Изградња приступне мреже путем бакарних парица користи се у фиксној телефонији.Од телефонске централе "креће" претплатнички кабл са великом бројем (више стотина)парица или четворки. Кабл се удаљавајући се од централе грана као неко дрво. Код при-кључивања кабл се засеца и одређен број парица се уводи у сваку зграду на путу. При томе,се увек уводи приближан или већи број парица него што има станова у згради. У већим на-сељеним местима претплатнички кабл се полаже кроз кабловску канализацију која на одре-ђеним растојањима има отворе (кабловска окна) шахтове или кабловске галерије. Мон-териза извођење прикључака улазе у та окна, отварају каблове, врше одређена повезивања и по-ново затварају каблове тако да спој и каблови буду водонепропусни. Тамо где нема каблов-ске канализације кабл се полаже директно у земљу. Раније је била далеко више коришћенатехника полагања, боље рећи вешања каблова на бандере. Ти каблови су у себи имали угра-ђену челичну сајлу која је служила као носач кабла (јер би се кабл урађен само од бакра одтежине истегао или прекинуо). Зато се такви каблови и зову самоносиви каблови. Поредтога што су изложени много више атмосферским утицајима, ови каблови често страдају иод вандалских напада, па се њихова употреба избегава.

Приликом уласка у индивидуалну кућу или зграду са више станара, кабл се уводи у теле-фонски ормарић у коме се налазе реглете где се врши ранжирање кабла. Ормарић се оби-чно налази у подруму, приземљу или на тавану зграде, у зависности од врсте мреже и путакојим кабл долази до куће (надземна или подземна мрежа).

Део мреже од централе до ормарића се назива примарна мрежа и њу гради и одржава(тренутна ситуација) Телеком Србија. Део мреже од ормарића до телефонског апаратапретплатника назива се секундарна мрежа и обично је гради (финансира и одржава)претплатник.

Развој телекомуникација у XX веку одвијао се тако што је за сваки сервис грађена посе-бна инфраструктура. Тако је настала (јавна) мрежа за телефонски сервис, телеграфски сер-вис и сервис за пренос података. Веза између телефонских претплатника и "њихових цен-трала" највећим делом је ишла преко бакарних парица. Тако је до краја 2001. године у све-ту било инсталирано око милијарду телефонских линија (бакарних водова-парица). Узима-јући у обзир огромна улагања у такву локалну инфраструктуру и нарасле потребе корис-

Page 3: ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИetsntesla.edu.rs/SAJT EC3/pristup/PMIU - 1 deo.pdf · Веза између телефонских претплатника и "њихових

ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИ Page 3

ника за новим сервисима (видео на захтев, видео конференције, рад од куће, телемедицина,учење на даљину, интерактивне мрежне игре, радио и ТВ, мрежна куповина) било је логи-чно очекивати развој телекомуникационих услуга у правцу коришћења постојеће инфра-структуре. Први корак је била ISDN технологија, али се средином последње декаде XXвека, са експанзијом Интернета, јавила потреба за нечим што би омогућило велике протокеподатака од и ка крајњем кориснику услуге. Томе захтеву је одговорила нова xDSL техно-логија. Она омогућава да се по постојећој инфраструктури (бакарним парицама) пружикрајњем кориснику како приступ фиксној телефонској мрежи и услугама које она пружа,тако и приступ Интернету са великим брзинама протока (теоретски 8.192 Mbit/s). Упоредос новим системима развијао се телекомуникациони саобраћај путем коаксијалних и посеб-но оптичких каблова, као и бежичним путем.

1.2. Мрежа путем коаксијалних и оптичких каблова

Ова мрежа, познатија под називом кабловски дистрибутивни систем (КДС), представ-ља мрежу која, поред дистрибуције ТВ и радио сигнала, омогућује пружање великог бројаразноврсних телекомуникационих сервиса корисницима као што су брзи интернет, видеонадзор, телеметрија, видео на захтев, ИП телефонија ...

Основне компоненте КДС-а су- Главна КДС станица;

- Подстаница (опционо само у већим градовима);- Оптички чвор и- Коаксијални појачивач.

Захваљујући двосмерном преносу сигнала од главне станице ка претплатнику и од прет-платника ка главној станици поред преноса ТВ и радио сигнала ка кориснику могућ је ипренос сигнала од корисника ка главној станици што омогућава и примену других услуга,пре свега интернета.

У главној станици, која је обично смештена на врху посебно високе зграде а по потребисе користи и додатни антенски стуб, врши се пријем земаљских и сателитских ТВ и радиосигнала. Потом следи обрада тих сигнала: демултиплексирање, преарасподела сигнала нанове позиције у фреквентном спектру, поновно мулиплексирање и, уколико се користиоптички кабл као медијум, претварање електричног сигнала у светлост. Овај комплексансигнал се путем оптичких каблова доставља, преко подстаница (ако постоје) до оптичкихчворова. У оптичким чворовима се поново врши конверзија сигнала у електрични и по-средством коаксијалних каблова и појачавача сигнала, дистрибуира до корисника.

Примена оптичких каблова омогућује веома квалитетан пренос сигнала без деградацијешто обезбеђује високи квалитет ТВ слике и радио сигнала. Обзиром на веома мало слабље-ње сигнала у оптичким кабловима, могућ је пренос сигнала на велика растојања. Ова осо-бина оптичких каблова омогућиће да се уместо по једне главне станице у сваком граду,формира једна главна станица за целу државу. Примена оптичких каблова такође омогућује

Page 4: ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИetsntesla.edu.rs/SAJT EC3/pristup/PMIU - 1 deo.pdf · Веза између телефонских претплатника и "њихових

ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИ Page 4

да се ТВ и радио сигнали достављају из ТВ студија у главну станицу са студијским квали-тетом сигнала.

Дистрибуција ТВ и радио сигнала корисницима се може вршити и путем система старијеконцепције тзв. ЦАТВ.

Као врста додатне услуге коју нуди оператер кабловске телевизије јавља се кабловскиинтернет. Оператер нуди услугу повезивања корисника са Интернетом преко мреже каб-ловске телевизије, а сам кабловски оператер обезбеђује везу са понуђачем интернет услуга.Да би ова услуга била могућа потребно је да:

корисник има, инсталисан и конфигурисан, кабловски модем;

да је изграђена мрежа кабловске телевизије двосмерна, тј. да омогућава преноссигнала између главне станице и корисника у оба смера;

да се у мрежи користе оптички каблови ида у главној станици постоји опрема потребна за раздвајање радио и ТВ сигнала одсигнала интернета.

Да би се кориснику омогућило да користи услуге интернета посредством КДС-а, исти устану мора имати и кабловски модем. Функција кабловског модема је да раздвоји деловеспектра који се односе на пренос радио и ТВ сигнала од података који се односе на Интер-нет. Кабловски модем има најмање три прикључка. Први прикључак је стандардни F-portконектор, односно контектор за коаксијални кабл који је сличан конектору на полеђини ТВапарата или видео рекордера. Кабловска телевизија се прикључује на тај порт. Други и тре-ћи интерфејс су Ethernet (мрежни) и USB конектори, којим се кабловски модем повезује сарачунаром.

Предности кабловског интернета су поред већих брзина и стално слободне телефонскелиније, ослобађање од недостатака телефонске претплатничке линије као што су заузеталинија, прекид везе и сл. Предност кабловског интернета у односу на АДСЛ је боља иско-ришћеност везе између главне станице и корисника, тј. мањи су губици у преносу, могућ-ност већег протока од корисника према главној станици (аплоад) итд.

Мана коришћења интернета преко кабловске везе је дељење једног физичког кабла и јед-ног пропусног опсега од стране свих корисника који се налазе на једној грани, односно непостоји непосредна веза из главне станице до сваког корисника. Резултат је да се траженабрзина саобраћаја лако остварује у ситуацији када је мали број корисника интернета, алиповећањем броја корисника преко неке границе се не може обезбедити пропусни опсег којигарантује понуђач. Уз добру искоришћеност мрежних ресурса и примену савремене техно-логије (DOCSIS 2.0 и/или DOCSIS 3.0) овај проблем може бити у великој мери или у пот-пуности превазиђен.

За пријем услуга типа „гледај сад, плати касније" (Pay per wiev) или „видео на захтев"(Video on demand) корисник мора да има сет топ бокс (Set top box). Постоји могућност дасет топ бокс и кабловски интернет модем буду интегрисани у једно кућиште

Page 5: ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИetsntesla.edu.rs/SAJT EC3/pristup/PMIU - 1 deo.pdf · Веза између телефонских претплатника и "њихових

ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИ Page 5

1.3. Мрежа бежичним путем

Почетак бежичног пријеноса информација је обиљежио Ђуљемо Маркони који је почеода ради са радио таласима. Маркони је 1896. патентирао изуме и основао бежичну теле-графску и сигналну компанију, која ће бити прва "радио фабрика" у свету. Никола Тесла навест о Марконијевом успеху изјавио је како "Маркони користи седамнаест његових патена-та". Теслина тужба за примат решена је тек након смрти обају изумитеља. Врховни судСједињених Америчких Држава 1943. године је у питању заслуга за изум радија (тј. при-падности одговарајућих патената) ипак пресудио у корист Николе Тесле. Већ до 1901. првирадио сигнали су послати преко Атлантика. Овај изум је преузела и војска, која је још дода-тно осигуравала податке енкрипцијом, а пуни замах ће радио техника доживети у Другомсветском рату.

Прва комерцијална радио телефонска мрежа ће бити доступна раних 1950-тих година одстране Бел компаније, иако је мрежа могла да поднесе мањи број корисника и била је веомаограничена. Ипак, 1971. године је Хавајски Универзитет развио први WLАN, односно бе-жичну локалну мрежу названу ALOHAnet. У САД-у је од 1982. AMPS спецификација биластандард за мобилне мреже, док су и друге државе развијале своје сопствене бежичне мре-же где је на крају преовладао GSM стандард који се и данас користи у већини држава. NCRCorporation/АТ&Т су 1991. развили тадашњи WaveLAN, који ће касније постати Wi-Fi(Wireless-Fidelity). Од тада, Wi-Fi постаје главни начин умрежавања данашњих модернихличних рачунара. С друге стране развијају се и други системи бежичних комуникација каошто су:

Бежични МАN - градске мрежеБежични LAN - локалне мрежеБежични PAN - личне мрежеGSM - Светски стандард за мобилну комуникацијуGPRS - General Packet Radio Service, унапређени сервис унутар GSM-аUMTS - Universal Mobile Telephone Service, треćа генерација мобилних телефонскихмрежа, темељних на W-CDMAWi-Fi - Wireless Fidelity, коришћен за бежични LAN, темељен на IЕЕЕ 802.11.WiМАX - Решење за широкопојасни бежични приступ, задовољава IЕЕЕ 802.16стандарде.

Осим ових система, за бежични пренос података кратког домета користи се Bluetooth, аза велики домет сателити.

ЗАКЉУЧАК:

У локалним мрежама се користе четири основна преносна медија: коаксијални кабл,упредена парица, оптички кабл и бежични пренос. Сваки од ових медија има своје предно-сти, као и мане у смислу цене, брзине и могућности ширења мреже. У већини првих локал-них мрежа користили су се коаксијални каблови. Коаксијални кабл се састоји од једне илидве проводне жице енкапсулиране у неколико слојева за изолацију и заштиту. Коаксијални

Page 6: ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИetsntesla.edu.rs/SAJT EC3/pristup/PMIU - 1 deo.pdf · Веза између телефонских претплатника и "њихових

ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИ Page 6

каблови омогућавају велику брзину преноса са ниским стопама грешки. Упредене парице(телефонска парица) је јефтинија од коаксијалног кабла, може одржати брзине преносауобичајене за већину личних рачунара и лако се инсталира. Оптички кабл је преноснимедиј који се бира за мреже у којима је потребно одржати велике брзине преноса, почев од100 мегабита у секунди. За представљање података оптички кабл користи светлосне импул-се. Пошто светлосни сигнали нису искривљени електричним и магнетним пољима, нудевелику толеранцију на грешке. Недостаци оптичких каблова су њихова висока цена и те-шкоће приликом додавања и уклањања радних станица из мреже. У бежичним локалниммрежама поруке се преносе кроз ваздух као радио таласи. Локалне бежичне мреже је врлолако проширивати.

2. ИМПУЛСНО КОДНА МОДУЛАЦИЈА (РСМ)

Импулсна кодна модулација (енгл. Pulse-code modulation - PCM) или скраћено РСМ, јепоступак претварања континуалног облика сигнала у дигитални облик ради даље обраде,преноса или чувања. Врши се у дигиталним уређајима са импулсно кодном модулацијом ион представља један од начина да се аналогни (континуални) сигнал изрази преко низа им-пулса, односно бројева (дигита). Поступком одмеравања и квантификовања континуалногоблика сигнала добија се коначан низ одмерених и заокружених вредности.

2.1. Поступак ПЦМ-а

Да би се континуални сигнал могао изразити низом бројева (дигита), односно претвориоу низ импулса који представљају јединице и нуле, потребно је извршити три основне опе-рације:- Одмеравање (узимање узорака) – sampling;- Квантовање (квантизација, заокруживање) – quanting и- Кодирање (превођење) – coding.

Слика 1.-Одмераваое и квантификпваое синуснпг пблика сигнала

Page 7: ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИetsntesla.edu.rs/SAJT EC3/pristup/PMIU - 1 deo.pdf · Веза између телефонских претплатника и "њихових

ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИ Page 7

ОдмеравањеУзимање узорака представља процес дискретизације континуалног сигнала по временукоји се врши у дефинисаним тренуцима при чему се добија поворка импулса чија анвелопачини оригиналан сигнал. Временски интервал између узетих узорака мора бити коначан, ипри томе не сме долазити до губитака информација. Да би се то обезбедило потребно је даспектар континуалног сигнала будеограничен. Ако је горња гранична вредност континуал-ног сигнала једнака f, тада, на основу теореме о узимању узорака, фреквенција узимањаузорака мора бити већа или једнака од 2f, те је интервал између два узастопна узорка мањиили једнак од 1/2f. Иако се спектар телефонског говорног сигнала налази у опсегу од 0.3 до3.4 kHz, фреквенција узимања његових узорака је једнака 8 kHz. То је из разлога што фил-три који се користе за ограничавање спектра говорног сигнала немају довоњно стрму ка-рактеристику. Временски интервал између два узастопна узорка говорног сигнала је 125 μs.

КвантизацијаРадни опсег амплитуда континуалног говорног сигнала је подељен на коначан број интер-вала који се називају интервали квантизације. Сваком од њих одговара једна вредност ам-плитуде која се назива ниво квантизације. Под радним опсегом се подразумева довољниопсег вредности амплитуда континуалног сигнала у коме уређаји предвиђени за његовуобраду могу да раде. Све поменуте вредности изван радног опсега биће одсецане и смеште-не у интервале квантизације који се налазе на границама радног опсега. Квантизација јепроцес при коме се величина узорка класификује у један од поменутих интервала кван-тизације, а потом се заокружује на вредност нивоа квантизације која одговара том интер-валу.

КодирањеУ пракси се поступак компресије обавља у кодерима. ИТУ-Те је препоручио два сегментазакона компресије: "А" закон и "ми" закон. Кодирање је поступак генерисања кодних речикоје изражавају вредности заокружених узорака након квантизације. Они се састоје од ди-гита, који се, уколико узимају вредности из бинарног скупа (вредности 0 и 1), називају би-тима. Процесом кодирања се комплетира поступак импулсно кодне модулације, а разлогзашто је он важан лежи у чињеници да је далеко једноставније преносити бите од импулсакоји могу имати 2n различитих вредности. Како је 28 = 256, то свака кодна реч говорногсигнала садржи по 8 бита.

Пример система преноса са импулсно кодном модулацијом дат је на следећој слици:

Page 8: ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИetsntesla.edu.rs/SAJT EC3/pristup/PMIU - 1 deo.pdf · Веза између телефонских претплатника и "њихових

ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИ Page 8

Слика 2.- Пренос помоћу РСМ модулације

2.2. Варијанте РСМ-а

Током развоја, а ради побољшања карактеристика импулсно кодне модулације, настало јевише њених варијанти, као што су: PCM-Δ (РСМ-delta), SDM (sigma-delta modulation),DPCM (differential pulse-code modulation), ADPCM (Adaptive Differential PCM) итд.

2.2.1. РСМ-delta модулација

Делта модулација (DM или Δ модулација) је аналогно-дигиталнa и дигитално-аналогнaтехника за конверзију сигналa која се користи за пренос гласовних информација, где ква-литет сигнала није од примарног значаја. Делта модулација је најједноставнији обликдиференцијалне импулсно кодне модулације (DPCM) где је разлика између узастопнихкодираних узорака n-битова стрима података. У делта модулацији пренос података сводисе на 1-битни стрим (ток) података.

Главне карактеристике делта модулације су:- аналогни сигнал се апроксимира са низом сегмената;- сваки сегмент апроксимираног сигнала пореди се са оригиналним аналогним тала-

сом како би се утврдило повећање или смањење амплитуде;- утврђивање стања узастопних битова се врши поређењем;- само промена информације се емитује, то јест, само повећавање или смањивање ам-

плитуде сигнала из претходног узорка се емитује док непромењено стање изазивамодулисани сигнал да остане у истом стању (0 или 1) претходног узорка.

Да би се постигао висок ниво односа сигнал-шум, делта модулација мора користити тех-нику преузорковања (oversampling), то јест, аналогни сигнал се семплује на ниво неколикопута виши од нивоа Никвиста.

Page 9: ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИetsntesla.edu.rs/SAJT EC3/pristup/PMIU - 1 deo.pdf · Веза између телефонских претплатника и "њихових

ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИ Page 9

Принцип рада: Уместо да квантизира апсолутну вредност аналогног сигнала на улазу,код делта модулације се врши куантизација разлике између тренутног и претходног корака,као што је приказано на блок шеми на слици 3.:

Слика 3.- РСМ-Δ модулација

Модулатор је сачињен од квантизатора који конвертује разлику између улазног сигнала ипросека у претходним корацима. У свом најједноставнијем облику, квантизатор се можереализовати са компаратором величина у односу на 0 (квантизатор са два нивоа), чији из-лаз је 1 или 0 ако је улазни сигнал позитиван или негативан. То је такође једнобитни кван-тизатор јер се врши квантизација само једног бита у исто време. Демодулатор је једностав-но интегратор (као онај у повратној петљи), чији излаз расте или опада са сваком примље-ном 1 или 0. Сам интегратор представља нископропусни филтер.

Преносна карактеристика делта модулисаног систем је Сигнум функција, јер квантиза-ција има само два нивоа и један бит у исто време, што је приказано на слици 4.

Слика 4.-Преносна карактеристика делта РСМ модулисаног сигнала

Page 10: ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИetsntesla.edu.rs/SAJT EC3/pristup/PMIU - 1 deo.pdf · Веза између телефонских претплатника и "њихових

ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИ Page 10

У делта модулацији не постоји ограничење по питању амплитуде сигнала таласног облик,јер број нивоа није фиксан. С друге стране, постоји ограничење на стрминама сигнала та-ласног облика које се мора поштовати, посебно ако постоји поновно учитавање сигналакоје треба избегавати. Међутим, ако сигнал споро мења таласни облик, номинално постојиограничење по питању снаге сигнала који се треба пренети.

Ако комуникациони канал има ограничен пропусни опсег, постоји могућност интерфе-ренције таласа (мешања) са другим системом дигиталне модулације или РСМ-ом, јер радена истом једнобитском нивоу.

Изведени облици делта модулације се непрекидно мењају и усавршавају, па се користе иСигма-делта модулација, диференцијална модулација итд.

2.2.2. Сигма-делта модулација (SDM)

Заменом делта модулатора у Сигма-Делта модулатор могу се елиминисати горњи про-блеми. Развој Сигма-делта модулације (SDM) почео је 1960, у циљу превазилажења огра-ничења Делта симулације. Сигма-Делта систем квантизира разлику (делта) између тре-нутног збира (сигма) и збира претходне разлике (то је систем са затвореном петљом по-вратних информација). Интегратор се налази на улазу квантизатора, амплитуда сигнала јеконстантна за различите учестаности (слично фреквентној модулацији, FМ). SDM је такођепознат и као модулатор густине импулса (PDM, који је еквивалентан са PWD). На истиначин као и PCМ SDM квантизира сигнал директно, а не његову разлику као у случајуделта модулације. Тако квантизациони опсег зависи од максималне амплитуде сигнала, ане од спектра сигнала. Да би се постигле високе резолуције као што је код PCМ, потребанје висок ниво узорковања (семпловања). SDМ има предност при обликовању шума, јерелиминише његове високе фреквенције.

Слика 5. приказује у првом реду (Интегратор) SDM енкодер. На улазу у квантизатор до-води се разлика између улаза и излаза квантизације. Разлика између улазног и излазног сиг-нала тежи нули, а средња вредност излаза прати улаз. Интегратор у облику нископропу-сног филтера разлику сигнала ниске фреквенције преко повратне петље враћа поново наквантизатор. Ово враћање информација за резултат има смањење шума на ниским (in-band)учестаностима. За разлику од PCM и DM, шум није у потпуности очишћен, али је зато пресвега добијена добра високопропусна карактеристика. У пракси, шум на ниским учестано-стима није од превасходне важности код SDМ-a.

Слика 5.-Принципска шема SDМ модулације

Page 11: ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИetsntesla.edu.rs/SAJT EC3/pristup/PMIU - 1 deo.pdf · Веза између телефонских претплатника и "њихових

ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИ Page 11

За приказ карактеристике SDМ –а (слика 6.) узећемо исти пример као код делта- модула-тора. То је сигнал на узорку од 1.5kHz семплован на 4kHz, амплитуде -1V до 1V и 16x овер-самплован.

Слика 6.-Преносна карактеристика SDМ модулације

2.2.3. DPCM (differential pulse-code modulation) модулација

DPCM или диференцијална импулсно кодна модулација је начин кодирања сигнала којакористи основни PCM, али има и неке додатне функције на основу предвиђања узоракасигнала. Улазни сигнал може бити аналогни или дигитални. Ако је на улазу непрекидананалогни сигнал, потребно га је прво семпловати, тако да се на улазу DPCM енкодера ипакузоркује дискретни сигнал. При DPCM модулацији користе се две варијанте:

- Варијанта 1: узимају се вредности од два узастопна узорка; ако су аналогни при-мерцима, врши се њихова квантизација и одређује се разлика између првог и следе-ћег. На излазу је количник разлике сигнала која се може даље кодирати.

- Варијанта 2: уместо узимања разлике као у првој варијанти, прави се разлика у од-носу на излаз локалног модела процеса декодирања. У овом случају разлика се можеквантизирати, што представља добар начин да се укључи и контролисани губитак укодирање.

Page 12: ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИetsntesla.edu.rs/SAJT EC3/pristup/PMIU - 1 deo.pdf · Веза између телефонских претплатника и "њихових

ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИ Page 12

обнавља број битова оригиналног почетног дискретног сигнала.

л анализира, а након тога се врши његова синтеза.

а 7.- DPCM модулација са стварањем разлике између два узастопна с

ријанта 2.- Овде се врши уградња декодера унутар енкодера (слика 8)

Варијанта 1.- У овој варијанти (слика 7.) енкодер има улогу диференцијатора (преквантизатора треба да се одреди разлика приказана бројчано), а декодер служи као аку-мулатор. Квантификатор (Q) смањује број битова док обрнута квантификатора (Q - 1)

Слик игнала

Ва . Прво сесигна

Слика 8.- DPCM модулација по принципу "Analysis-by-synthesis"

Применом једног од ова два процеса, краткорочне редундантности (позитивна корелаци-ја приближних вредности) сигнала се елиминишу, компресија реда величине од 2 до 4 мо-же се постићи ако се разлике ентропије накнадно кодирају, због ентропије разлика сигналаје много мања него код оригиналних дискретних сигнала јер се узорци третирају као неза-висни.

Иначе, DPCM је пронашао C. Chapin Cutler из Bell Labs још 1950. године, а његов патентобухвата обе варијанте.

Page 13: ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИetsntesla.edu.rs/SAJT EC3/pristup/PMIU - 1 deo.pdf · Веза између телефонских претплатника и "њихових

ПРИСТУПНЕ МРЕЖЕ И УРЕЂАЈИ Page 13

2.2.4. АDPCM (Аdaptive differential pulse-code modulation) модулација

Адаптивна диференцијална импулсно кодна модулација (ADPCM) је варијанта диферен-цијалног РСМ. Разликују се по величини корака квантизације, чиме се постиже даље сма-њење предвиђеног опсега шума сигнала. Типично, прилагођавање статистике сигнала по-моћу ADPCM састоји се само од адаптације Фактора пре квантизирања разлика у DPCMенкодеру.

ADPCM је развијен у раним 1970-им годинама у Бел Лабс за кодирање говора од странеП. Камискија, Н.С. Џајанта и Џејмса Л. Фланагана.

У телефонији, стандардни аудио сигнал за један телефонски позив се кодира као аналог-ни 8000 узорака (семплова) у секунди, сваки по 8 бита, дајући дигитални сигнал од 64 kbit/sпознат као DC0. Подразумевана компресија кодираног сигнала по DC0 је μ-стандард (МI-стандард) PCM (Северна Америка и Јапан), или А-стандард PCM (Европа и већина остаткасвета). То су логаритамске компресије системима у којима 13-, или 14-битни линеарниPCM бројчане узорке мапира у 8-битне вредности. Овај систем је прописан од стране међу-народног стандарда G.711. На местима где су трошкови опреме високи а губитак квалитеттона прихватљив, понекад има смисла да се компресија гласовног сигнала изврши још ви-ше. ADPCM алгоритам се користи за мапирање низа од 8 бита по семплу PCM -а у низ од 4бита по ADPCM семплу. На овај начин капацитет линије се удвостручава. Техника је де-таљно представљена у G.726 стандарду.

Неки принципи ADPCM технике се користе у VoIP комуникацијама, а ADPCM је такођекоришћен од стране Асоцијације Интерактивних Мултимедија за развој аудио кодека по-знатих као ADPCM DVI, IMА ADPCM или DVI4, почетком 1990-их година.

Раздељени или појасни ADPCMG.722 је ITU-Т стандард кодека за широкопојасни говор који ради на 48, 56 и 64 kbit/s, на

принципу појасног кодирања са два канала и ADPCM кодирања сваког. Пре него што се из-врши дигитализација, преузима се аналогни сигнал и дели се у фреквенцијским опсезимапомоћу КМF филтера (quadrature mirror filters) да би се добила два појаса (subbands) сиг-нала. Када ADPCM изврши битстримовање сваког појаса, резултати се мултиплексирају.Следећи корак је складиштење или пренос података. Декодер мора да изврши обрнути про-цес, то јест, демултиплексирање и декодирање сваког појаса битстрима и њихово рекомби-новање.

Коришћењем процеса кодирања, у неким апликацијама са кодирањем гласа, који укљу-чује појасно кодирање са више бита од других, врши се смањивање величине датотеке.

Слика 9.-Принципјелна блок-шема појасног ADPCM -а