blok 7: netwerken
DESCRIPTION
Blok 7: netwerken. Les 2 Christian Bokhove. Signalen - Bandbreedte. Een belangrijke eigenschap van een signaal is de bandbreedte De bandbreedte van een signaal: Zijn de voorkomende frequenties waarvoor A(f) niet dicht bij 0 zit. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Signalen - Bandbreedte
Een belangrijke eigenschap van een signaal is de bandbreedte
De bandbreedte van een signaal:– Zijn de voorkomende frequenties waarvoor A(f) niet dicht bij 0
zit.– Is dus het interval van frequenties die nodig zijn om een goede
bandering van het signaal te maken. – We schrijven Bs,, gegeven in Hz (Herz)
Een signaal met bandbreedte 3100 Hz betekent:– Een frequentie-bereik van 3100 Hz is nodig om het signaal te
maken.
Signalen – Bandbreedte vb.
Harmonisch signaal: bandbreedte is 1 (er is maar één frequentie)
Periodiek signaal:
Niet-periodiek signaal:
0
1
2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
f
A(f)
0
1
2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10f
A(f)
Bs=1
Bs=7
-0.50
0.5
11.5
2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
f
A(f)
Bs~5.9
ontvangerzender
Golf propagatie
medium
x(t)
-2
-1
0
1
2
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4t
x(t)
-2
-1
0
1
2
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4t
x(t)
-2
-1
0
1
2
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4t
Golf propagatie (2)
Wiskunde van golf propagatie is:– Gegeven een signaal dat verstuurd moet worden over een
medium van lengte d. – Zij:
s0(t) het signaal dat bekeken wordt bij de zender sd(t) het signaal dat bekeken wordt bij de ontvanger
– De tijd die het signaal nodig heeft om door het medium te komen, nomen we td, dan:
sd(t) = s0(t - td)– td wordt ook wel propagatie vertraging genoemd
(voortplantings-vertraging)
Golf propagatie (3)
De propagation delay hangt af van:– De afstand tot de zender, dus d, en– De propagatie snelheid v [m/s].
De relatie ertussen is:td = d / v
Propagatie snelheid:– is een eigenschap van het medium.– Vaak wordt aangenomen dat dit onafhankelijk is van het
bronsignaal. In de praktijk is dit niet het geval (het hangt af van de frequentie van het bronsignaal)!
Golf propagatie (4)
Een aantal waarden:– Propagatie snelheid van electromagnetische golven
in vacuum is gelijk aan de lichtsnelheid: dus
v = 3*108 m/s– Propagatie snelheid van electromagnetische golven
in koperdraad of glas is
v = 2/3 * c = 2 * 108 m/sDus: signalen gaan niet sneller door glas dan door koper.
Golf propagatie (5)
Er is nog meer over golf propagatie:– Gegeven een harmonisch signaa met frequentie f.– De periode van dit signaal T is gelijk aan 1/f.– De positie die 1 periode verwijderd is van de bron
heet de golflengte, , van het harmonische signaal.– De relatie tussen v, f en is:
* f = v
Distortie
Als een signaal door een medium gaat, kan het gestoord worden. Vormen van storing (distortion) zijn:– Dissipatie– Dispersie– Ruis
Distortie - dissipatie
Dissipatie: Een deel van het signaal kan gedempt wording door het
medium (waardoor het medium ook in temperatuur stijgt), Het resultaat hiervan is dat de amplitude van het signaal
kleiner wordt (daarom wordt de parameter A van een harmonisch signaal kleiner langs een lijn).
ontvangerzender mediumx(t)
-2
-1
0
1
2
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4t
x(t)
-2
-1
0
1
2
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4t
Distortie - dissipatie
Dissipatie hangt af van de frequentie van het harmonische signaal.– Bij sommige frequenties is er weinig dissipatie.– Voor andere is er veel– Voorbeeld: Bandbreedte van een medium Bc
-0.50
0.5
11.5
2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
f
A(f)
Distortie - dispersie
Dispersie: propagatie snelheid hangt af van de frequentie van harmonische signalen.
Dus, gegeven een periodiek signaal of niet-periodiek signaal, passeren de verschillende harmonische signalen waaruit het bestaat, met verschillende snelheden.
Dit resulteert in een veranderende vorm bij de ontvanger:
– Zie het practicum ´Transmissie´
Distortie - ruis
Signalen die door een medium gaan, zijn electromagnetische golven. Andere bronnen produceren ook electromagnetische die het signaal kunnen storen.
Deze storing heet ruis. Voorbeelden van ruis:
– Natuur: Thermische ruis (door de ontvanger, natuurkundig principe) Atmosferische ruis (bijv. door onweer)
– Kunstmatig (door-de-mens) Starten van een auto, tram, lichtknopjes Overspraak (storing tussen draden).
Signalen en Medium Eigenschappen
We moeten nu een goede combinatie van signaal en medium eigenschappen vinden, zodat:– Signalen kunnen worden doorgegeven zonder te
veel dissipatie– Signalen worden niet te veel gestoord door
dispersie– Signalen worden niet te veel gestoord door ruis
Signalen & Medium Eigenschappen – Demo
Demonstreert – Dissipatie / Bandbreedte van een medium– Ruis
Zie het practicum ´Transmission´
Andere media eigenschappen
Robuustheid (bestendig tegen de omgeving: temperatuur, corrosie, …)
Veiligheid (hoe makkelijk signalen kunnen worden afgeluisterd)
Kosten (aankoop, installatie, onderhoud, …)
Voorbeeld van een medium
Glasvezel:– Propagatie vertraging: 2*108 m/s– Dissipatie: ~ 0.2 - 0.7 db/km (erg laag).– Bandbreedte: ~ 25 THz / 30 THz (THz = 1012 Hz)– Ruis: erg ongevoelig voor ruis– Kosten: hoog omdat het moeilijk te installeren en repareren is.
De kosten van het vezel zelf zijn gemiddeld.– Moeilijk af te tappen (maar het kan wel).– Kabels van honderden kilometers kunnen worden gebruikt.
In het boek meer informatie…
Medium service provider
We kunnen een medium modelleren met OSI concepten:
– De service provider is het medium
– De service users zijn: physical protocol entities
– Service access points: Lucht: antennes Vezel: licht of LED, photo-
receptor
– Gedrag
Medium service provider
PhysicalProtocolEntity
PhysicalProtocol
Entity
PhysicalProtocol
Entity
#1 #2 #3
#1 #2 #3
Send_signal(..)Receive_signal(..)
Receive_signal(..)
De functies van de fysieke protocol laag
Modulatie: omzetten bitreeks naar signalen Demodulatie: omzetten signalen naar bitreeks Andere functies:
– Multiplexing / de-multiplexing; – clock extraction & synchronization
Physical Layer Relaying
Modulatie - het principe
De methode voor modulatie is om signaal elementen te introduceren.
Een signaal element is een signaal met een eindige lengte (zeg T seconden)
Voor modulatie definiëren we een verzameling signaal elementen
Voorbeeld: twee signaal elementen s0 en s1.
-1.5-1
-0.50
0.51
1.5
T
s0(t)
-1.5-1
-0.50
0.51
1.5
T
s1(t)
-1.5-1
-0.50
0.51
1.5
Modulatie – het principe (2)
De modulator zet bits om in signaal elementen.
Bijvoorbeeld:– Bit waarde 0 wordt signaal
element s0– Bit waarde 1 wordt signaal
element s1
Dus, een bitreeks 1001001 wordt:
T1 0
T0T
1T
0T
0T
1T
Multiplexing
Een andere functie die in de fysieke laag kan zitten, is multiplexing
Met behulp van multiplexing kan één medium gebruikt worden om kanalen te maken tussen twee fysieke SAPs
'Users' wisselen via dit kanaal informatie uit.
Multiplexing zorgt voor:– Flexibel gebruik van een
medium– Efficiënt gebruik van een
medium
PhysicalProtocolEntity
PhysicalProtocol
Entity
'User'#1
'User'#2
'User'#3
'User'#4
Medium service provider
#5 #6
Physical Service Provider
'User'#1
'User'#2
'User'#3
'User'#4
Multiplexing (2)
Een mogelijke techniek voor multiplexing is:– Om het medium-gebruik in time-slots te verdelen en
elk kanaal de volledige capaciteit te laten benutten, gedurende een specifieke slot
– Dit heet: Time Division Multiplexing (TDM))
t
f
channel 1
channel 3
channel 2
channel 4
channel 1
channel 3
channel 2
channel 4
…
Maximum Bandwidth
Multiplexing (3)
Een tweede techniek:– Wijst een deel van de bandbreedte toe aan elk
kanaal. Dit deel kan alleen door een specifiek kanaal worden gebruikt.
– Dit heet Frequency Division Multiplexing (FDM).
t
f
…
Maximum Bandwidth
channel 1
channel 3channel 2
channel 3………
Channel capacity (Kanaal Capaciteit)
Bekijk systemen A en B:– Systeem A: kan 3 signaal elementen gebruiken en 100 signaal elementen
per minuut.– Systeem A: kan 4 signaal elementen gebruiken en 80 signaal elementen
per minuut.
Welk systeem zou je kopen? Welke criteria gebruik je hierbij?
Medium service provider
PhysicalProtocolEntity
PhysicalProtocol
Entity#1 #2
Channel capacity
Vaak wordt bandbreedte gezegd als bit-rate bedoeld wordt.
Algemeen:
Capaciteit van kanaal [bits/s]
Bandbreedte van kanaal [Hz]
Vragen
Wat is bandbreedte? Welke factoren bepalen de vorm van een
signaal? Wat is distortie? Wat is dispersie? Wat is dissipatie? Wat is ruis?