STANDARDI I STANDARDIZACIJA

1. UVOD: Kompatibilnost novih uređaja, opreme, i sl. na međunarodnom tržištu traži usaglašavanje i standardizaciju. 1. Primjer video sistem VHS u SAD i Evropi nije istog standarda. 2. Sistem mobilne mreže CDMA u SAD i GSM u Evropi nisu isti

standardi. 3. Uređaji za napajanje u SAD 110V, 60Hz i Evropi 240V, 50Hz 4. Kvadratni ili okrugli pin konektor itd. To su samo neko od primjera zašto je potrebna standardizacija. Za bolje razumijevanje ove problematike telekomunikacija dati su osnovni modeli koji se odnose na nekoliko značajnijih standarda: - Standardi raznih tehnika za prijenos informacija u digitalnim

mrežama, - Osnovni standardi za konverziju govornog i video signala u

binarni kod, - OSI model – referentni model za telekomunikacije, posebno

koristan za prijenos podataka 2. OSNOVNI TERMINI I DEFINICIJE 2.1. Standardi, i preporuke Standardi su usvojeni skup pravila i tehničkih rješenja određene opreme, uređaja ili sistema. Preporuke su savjeti, koje ako se slijede od većine korisnika, mogu se usvojiti kao standardi.

U pravilu, preporuke, sa aspekta primjene su manje snage u odnosu na standarde. U praksi međutim se često primjenjuju kao standardi. Na međunarodnom nivou standardi i preporuke su proizvod dobrovoljne volje i usaglašavanja pod okriljem pojedinih skupina učesnika (proizvođači, operatori, regulatori tijela itd.), to nema međunarodnog zakona za njihovu striktnu primjenu. Međutim, kako bi izgledao sistem koji je baziran na novom i nekompatibilnom rješenju u odnosu na postojeći telekomunikacijski sistem? Primjena standarda/preporuka se može, na određeni način i nametnuti od strane korisnika, vlasti, međunarodnih organizacija. Standardi i preporuke su alati za racionalizaciju obima proizvoda na tržištu i za ostvarenje ispravnog održavanja nivoa kvaliteta. Posebna pravila i regulatorni dokumenti se proizvode kako bi se stvorila konkurencija i jednaki uslovi za sve učesnike. Organizacije za standardizaciju mogu biti na nacionalnom kao i na međunarodnom nivou. 2.2 De facto standardi Standardi koji nastaju kada proizvid ima brzu i veliku penetraciju na tržištu naziva se De facto standard. Primjer ovakvih standarda su MS DOS, VHS i slični produkti. Kompanija može kreirati ovakve standarde u slijedećim slučajevima: - kada se proizvod javlja prvi na tržištu, - kada nema standarda za tu vrstu proizvoda, - kada je to glavni proizvod i - kada je proizvod značajno raširen na tržištu.

Slika 2.1. Digitalizacija telekomunikacijske mreže Primjer standardizacije u telefoniji u funkciji tehnološkog razvoja i vremena usvajanja odnosno primjene, prikazan je na slici (slika 2.1). 2.3 Interesne strane U procesu donošenja standarda postoje tri glavne zainteresirane strane i to su: predstavnici vlasti, korisnici i proizvođači i davaoci usluga. - Interes vlasti je u smislu sigurnosti građana, suzbijanja monopola

i stimulacije razvoja tehnologija i tržišta. - Interes korisnika u procesu standardizacije je da se osigura veća

ponuda, univerzalno korištenje, konkurencija, niže cijene, i kvaliteta proizvoda i usluga.

- Interes proizvođača i davalaca usluga, je u jednakim uslovima za tržišno natjecanje, veći proizvodni program, nova tržišta, efikasno istraživanje i razvoj itd.

PSTN

PSTN

PSTN

ISDN

PLM N

1890

1970

1990

1990

1890

1980

2.4 Organizacije Povećanje broja standarda je praćeno je dinamičkim razvojem telekomunikacija i informatike, posebno u zadnjih petnaest godina. Tako se za samo u periodu od tri godine (1989-1992) izdalo u ovoj oblasti više standarda nego za prethodni period od dvadeset godina (1968-1988). Najstarija međunarodna organizacija za standardizaciju u telekomunikacijama je organizaciaja UN-a The International Telecommunication Union (ITU) osnovana 1865 godine sa sjedištem u Ženevi. Svaka od zemalja članica UN-a je članica ITU-a. Glavni zadaci organizacije ITU je da osigura podršku tehnološkog razvoja, Industrijskog razvoja, međunarodnu saradnju, mrežno planiranje koje se odnosi na oblast prijenosa, signalizacije, rutiranja, plana numeracije, sinhronizacije, obračuna troškova, kvaliteta servisa QoS i sl. Od 1993 godine ITU ima tri sektora i to: - Telecommunications Standardization Sector (ITU-T) ima

zadatak za koordinaciju telekomunikacijskog saobrćaja. - Radiocommunications Sector (ITU-R) ima zadatak da koordinira

radio frekvencije. - Development Sector (ITU-D) ima zadatak da podrži ITU projekte

u oblasti telekomunikacija, posebno za zemlje u razvoju. Svaki od sektora ima studijske grupe (SG) za pojedina područja. Organizacije za međunarodnu standardizaciju su: - ITU- International Telecommunication Union - JTC1- ISO/IEC Joint Technical Committee 1 za IT - ISO- International Organisation for Standardization - IEC- International Electrotechnical Committee Regionalne organizacije za standardizaciju su: - ETSI-European Telecommunication Standard Institut in Europe.

(Nastala od ranije organizacije CEPT)

- T1 - Committee for telecommunications (SAD) - TIA- Telecommunication Industry Association (SAD) - IEEE- Institute of Electrical and Electronics Engineering (SAD) - TTC-Telecommunications Technology Council (Japan) RCR-

Research & Development Center for Radio Systems (Japan), te - CEN i CENELEC organizacije EU

Važnije preporuke za rad i kodiranje govor/video Naziv

standarda Opis Datum

usvajanja G.711 PCM-Pulse Code Modulation voice

frequencies (64kb/s) 1984

G.722, G.725, 7 kHz audio-coding within 64 kb/s 1988 G.726 16/24/32/64 kb/s Adaptive Diferential

Pulse Code Modulation (ADPCM) 1990

G.728 16 kb/s speech coding with excited linear prediction

1992

G.729 8 kb/s speech coding 1996 H.221 Frame structure for 64 to 1920 kb/s

channel in audiovisual teleservices 1990

H.230 Control and indication signmals for audiovisual systems

1990

H.231, H.243 Multipoint videoconferencing 1993 H.233 Encryption /Privacy systems 1993 H.261 Video codec for audiovisual teleservices at

p x 64 kb/s 1993

H.263 Video coding for low bit rate communication

1996

MPEG1 Stored motion video standard at 2 Mb/s 1993 MPEG2 Stored / live Motion video at 5-60 Mb/s 1994 MPEG4 Low bit rate (64 kb/s) coding of motion

video 2001

JPEG Still-frame graphics for mulimedia 1991

Slika 2.2 Preporuke za kodiranje govorne i video informacije

Nacionalne organizacije za standardizacije su na nivou pojedinih država (DIN, BS, BAS, GOST i sl.) koje uglavnom surađuju sa međunarodnim organizacijama. 2.5 Uloga regulatornih tijela Primjena standarda i preporuka na nacionalnom nivou osim državnih organizacija za standardizaciju, osigurava se i kroz regulatorna tijela. Kod nas regulatorna agencija za komunikacije CRA – (Communication Regulatory Agency) je nezavisna regulatorna agencija na državnom nivou. Zadužena je da provodi Zakon o komunikacijama i Politiku u sektoru telekomunikacija Bosne i Hercegovine. Ovlaštena je da izdaje dokumenta kao što su: Pravila, Preporuke i Dozvole, u kojima se poziva i obavezuju telekom operatori, na određene tehničke standarde. Na ovaj način osigurava se interes društva i države u procesu primjene Zakona i Politike u sektoru telekomunikacija. 3. KODIRANJE GOVORA 3.1 Metode kodiranja Glavni uslov za primjenu digitalnog sistema prijenosa informacija je da se informacija konvertira u sekvence kombinacije pulsa koja se praktično prenese bez značajnijeg izobličenja. U govornim komunikacijama glas ili govor kao i video analogna funkcija se konvertira u digitalni oblik, kako bi se lakše prenijeli, odnosno kodirali, šifrirali, komutirali, ili jednostavno obrađivali. A/D konverzija mora biti kvalitetna zbog zahtijevanog kvaliteta, a korisna je i zbog boljeg iskorištenja mrežnog kapaciteta.

Koderi su uglavnom podijeljeni u dvije glavne klase: - koderi valnog ili talasnog oblika (waveform coders) - govorni koderi (voice coders- vocoders) a postoje i tzv. - hibridni koderi kao kombinacija karakteristika ove dvije klase. Tabela 3.1

voice quality waveform coders excelent hybrids coders good farly good voice coders poor bit rate (kb/s) 1 2 4 8 16 32 64

Slika 3.1 Kvaliteta govora i bitska brzina za tri tipa kodera

Waveform coding ili kodiranje valnog oblika, znači da promjena amplituda analognog signala (the voice curve) je opisana mjerenim veličinama. Te veličine su nazivaju pulsno kodirane (pulse-coded) i takve se šalju na kraj do prijemnika. Analogni signal se javljuje na prijemniku kao niz vrijednosti mjerenih veličina Voice coder ili govorni koder je parametrički koder. Umjesto da se šalje direktan opis krive govornog signala, broj prenesenih parametara opisuje kako je kriva generirana. Parametričko kodiranje zahtijeva definiranje modela kako je kriva kreirana. Rezultat je srednja kvaliteta prijenosa koja nastaje iz sintetičkog signala govora dok sa druge strane je potrebna mala bitska brzina za prijenos.

Hybrid coder ili hibridni koder ima broj parametara brojnih veličina kao i izvjesnu količinu informacija valnig oblika. Ovakav način kodiranja se danas koristi u digitalnim sistemima mobilne telefonije. 3.2 PCM – Pulse Code Modulation Pulsno kodna modulacija PCM, je primjer A/D konverzije. Ovo je tip valnog (Waveform) kodiranja i standardna je u kodiranja govora u telefonskim mrežama. Brzina bita generirana po pozivu – 64 kb/s je glavni faktor u komutacijama i projektiranju prijenosa. Amplitude 3 2 1 t(ms) -1 -2 -3

slika 3.2 Analogna kriva govora vremenski podijeljena na vrijednosti

amplituda Uzorkovanje Čitanje amplituda u redovnim intervalima se naziva uzorkovanje (sampling). Teorija uzorkovanja je ranije opisana. Važno je uočiti da uzimanje uzoraka govorne krive u odgovarajućim intervalima, predstavlja kvalitetu za prepoznavanje svakog govora. Dva su uslova da se informacija originalnog signala predstavi na ovaj način. - originalni signal ima ograničenu pojasnu širinu što znači da nema

ni jednu komponentu izvan zadane pojasne širine B, - frekvencija uzorkovanja mora biti veća od dvostruke veličine

frekvencije originalnog signala to jest > 2B.

Kako telefonska mreža radi u frekventnom području od 300-3,400 Hz, frekvencija uzorkovanja se uzima 8 kHz tako da je duplo veća od maksimalne frekvencije, koja je značajno manja od opsega uzorkovanja. U primjeru za uzorkovanje govornog signala sa 8,000 uzoraka u sekundi odgovarajuća frekvencija. Vrijeme uzimanja uzoraka je T=1/2fM, (fM je maksimalna frekvencija signala koji se nosi) što za prijenos govora iznosi T=1/(2x4,000) =0,125 ms. Quantisation Kvantizacija znači da se mjeri amplituda pulsa, PAM (pulsno amplitudna modulacija) krive i pridružuje joj se numerička vrijednost za svaki puls (Slika 3.3). Amplitute qd qd 3 qd 2 1 qd

t(ms) -1 -2 qd qd -3 qd qd qd Slika 3.3 Kvantizaciona distorzija qd – (quantising distortion) Kako bi se izbjeglo operiranje sa neograničenim skupom vrijednosti, izdijele se amplitudni nivoi krive u intervale, kojima se dodijeljuju iste vrijednosti za sve uzorke unutar intervala. Na ovaj način dobiva se ograničen broj vrijednosti, pa je oprema za prijenos jeftinija. Posljedica ovoga je naravno da dobivene vrijednosti ne predstavljaju govornu krivu u idealnom obliku. - Distorzija se javlja zbog razlika uzoraka amplituda. - Distorzija u slučaju kada je interval kvantizacije velik.

Nizak odnos distorzije prema volumenu izlazne snage, je važan za glasnost govora. Kod velikog intervala će glas biti značajno tih. Rješenje je dakle da se uzme mali interval kvantizacije. Odnos amplituda /distorzija treba da je stalan i važna je još prava relacija između broja kvantizacijskih intervala i željenog kvaliteta prijenosa.

Slika 3.4 Model A-law podijeljen na 13 segmenata

Postoje dva modela kvantizacije A-law (slika 3.4) sa trinaest segmenata i µ-law sa petnaest segmenata umjesto trinaest. Coding Uzmimo binarni puls sa dva nivoa (0 i 1). Podsjetimo se da ukupno ima (2²)² =256 nivoa mogućih vrijednosti odgovarajućih za prijenos informacije. Niz od četiri binarne veličine je tzv . “Gray code” (Schwartz 1980). Nažalost se u ovom načinu kodiranja javlja više mogučnosti greške tipa “single code eror”.

S e g .1

1

- 1

23

4

5

6

7

8

9

1 0

1 1

S e g .1 2

O u t p u t s ig n a l

in p u t s ig n a l

1 /2

5 /8

1 /4

1 /8

3 /4

1 /23 /81 /41 /8 3 /4

U praksi se uzima osnovni skup od 8 bita ili pulsova, koji predstavlja jedinstven interval za svaki znak (Slika 3.5). Skup od osam pulseva ili bita je dovoljan da oblikuje jedinstven kod za svaku vrijednost intervala.

Slika 3.5 Proces kodiranja Oprema treba da razlikuje samo dva nivoa pulsa koje broji do osam karaktera. Kompjuterske tehnike je idealna za primjenu u telefoniji. Proces se odvija u tri koraka i to: 1- Uzorkovanje (Samplong) amplitude od 8,000 puta u sekundi, 2- Kvantizacija (Quantisation) gdje se pridružuje jedna od 256

vrijednosti za svaki uzorak, i 3- Kodiranje (Coding) gdje svaka kvantizirana vrijednost izražava

binarni kod od osam bita.. Rezultat procesa ovakve pulsne modulacije od osmo-bitnog binarnog koda naziva se “PCM word”, gdje jedan “PCM word” odgovara

t

10 0 0 0 01 1

1 0101 0011 0000 0000 0010 0100 011

t (m s)

B in ary pu lses

Q u an tised valu es & corresp on d in g b in ary cod e

jednom uzorku. Skup od 8,000 PCM word-a se generira u jednoj sekundi i za svaki poziv imamo niz bita (bit stream) od 8x8,000 = 64,000 bita/s ili 64 kb/s u digitalnom linku. ITU-T ovakav tip govornog kodiranja, naziva “64 kb/s PCM”. Kako se proces prenošenja govorne informacije, od analognog do digitalnog signala, odvija prema funkcijama koje oprema izvodi, vidi se iz slijedećeg opisa (Slika 3.6): TRANSMITTER RECEIVER Sampling Reconstruction Quantisation Transmission Decoding Coding Regeneration

Slika 3.6 A/D konverzija, prijenos i D/A konverzija

PCM tehnika se koristi za snimanje muzike na CD (Compact disk), tada je u toj aplikaciji frekvencija uzorkovanja mnogo veća: 44,1 kHz za razliku od 8 kHz za telefoniju. Alternativna metoda konverzije analognog u digitalni signal je Delta modulacija (Schwartz 1980). 3.3 Nove metode kodiranja PCM je korišten četvrt vijeka. U zadnjih desetak godina javljaju se nove tehnike zahvaljujući VLSI-(Very Large Scale Integration). Tako se PCM sa 64 kb/s, zamijenila sa kodiranjem koji zauzuma 32, i 16 kb/s u namjeri da se smanji potrebni kapacitet prijenosa. Isto tako metod tzv “vocoder” koji zahtijeva samo 4,8 kb/s i manje je u primjeni. Kod ovako niskih bitskih brzina govor se ne raspoznaje prema licu koje govori. Kako se nastoji da se poveća kapacitet prijenosa uduplo ili četverostruko razvijene su metode DPCM i ADPCM.

Differential PCM Kako se kod uzorkovanja javlja velika sličnost između susjednih uzoraka, potrebno je bilo da se uspostavi razlika između vrijednosti i tako smanji broj uzoraka. Znači da se kodira razlika između susjednih uzoraka umjesto apsolutnih veličina uzoraka pojasne širine. Kako se vidi na primjeru, razlika između uzoraka je manja od apsolutnih vrijednosti, zato se koriste četiri bita umjesto osam bita. To je bila ideja koja je realizirana kroz DPCM tehniku, patentiranu 1952 godine. Negativna pojava DPCM-a je kada ulazni analogni signal jako varira između uzoraka, tada se takva promjena ne može predstaviti sa četiri bita.

Slika 3.6 DPCM i ADPCM Adaptive DPCM ADPCM predstavlja kombinaciju Diferencijalne PCM i Adaptivne PCM. Adaptivno znači sposobnost, da se prilagođavanjem smanjuje broj koraka kvantizacije. ADPCM znači da je kvantizirani nivo prilagođen obliku ulaznog signala. Tako, kada sekvenca signala

t

t1

1

∆ 1∆ 2

∆ 3

∆ 4

∆ 5 ∆ 6

∆ 7

2 3 4 5 6 7

2 3 4 5 6 7

∆ 8

8

8B ro ju zo rk a

D ife re n c . u zo rk a

A p s . v rije d n o s tu zo rk a

D ife re n c . I zm eđ u u zo rk a

B ro j u zo rk a t1 2 3 4 5 6 7

a ) D iff e r e n tia l P C M ( D P C M )

b ) A d a p t iv e D P C M ( A D P C M )

dovoljno dugo traje, povećava se stepen sekvence, dok se istovremeno smanjuje broj sekvenci kvantizacije. Primjer pokazuje da umjesto da se primjeni deset manjih koraka uzima se pet većih. Kada se izvrši PCM kodiranje ulaznog signala sa 8-bitnim nizom uzoraka onda se prosljeđuje signal na ADPCM koder. U ovom koderu sa petnaest kvantizacijskih nivoa, snižava se dužina PCM word-a sa osam na četiri bita. Telefonija visokog kvaliteta Danas ITU-T preporučuje za međunarodni standard (G.772/G.725) za kodiranje govora i muzike u frekventnom opsegu od 50-7,000 Hz na 64 kb/s. Ovaj frekventni pojas je proširen na više i na niže sve do 50 Hz, pomjerio je kvalitetu govora na nivo FM radija. Primjena na ISDN i videokonferenciju su tipične. 4. SINHRONIZACIJA U praktičnoj primjeni u telekomunikacijama sinhronizacija podrazumijeva da se za organizaciju mreže koristi jedan kontrolni glavni takt (clock). To znači da se otprema, prijenos i prijem odvija tačno po utvrđenim vremenskim intervalima. Ovo omogućava da se ne može desiti da se neka informacija izgubi ili da se poremeti redoslijed informacija. Postoje tri vrste sinhronizacija: - bitska sinhronizacija (kada uređaj prima podatke, tačno se mora

znati gdje svaki bit počinje i gdje završava), - sinhronizacija okteta (za pravilan rad uređaja neophodno je

utvrditi tačan redoslijed bita u oktetu, da bi se tačno pročitala informacija),

- logička ili framing sinhronozacija (nakon utvrđivanja okteta potrebno je znati koji okteti formiraju adresna polja, a koji polja sa podacima).

4.1 Sinhrone komunikacije Kod sinhronih komunikacija između dva uzastopna bita, karaktera ili događaja utvrđen je konstantni vremenski interval. Dakle u specificiranom vremenskom intervalu prenosi se jedan blok podataka konstantne dužine. Na početku se nalaze posebni sinhronizacijksi karakteri koji osiguravaju sinhronizaciju. Promjene naponskog nivoa bita koriste se za održavanje sinhronizacijskog takta. Postoje četiri tipa takta zavisno od tačnosti. Najtačniji takt 1 nivoa koji je baziran na atomskom satu. Kod nacionalnih mreža preporućuje se da ima najmanje jedan takt baziran na Cezijevom satu tačnosti 1/10¹². Ako se pojavi previše bita sa istim naponskim nivoima (više od 5) znak je gubitka takta. Sinhroni terminali rade na brzinama od 19,2kb/s do 1 Mb/s. Ovaj način prijenosa je vrlo efikasan i brži je od asinhrong jer su karakteri razdvojeni vremenskim intervalima. Potreba za održanjem preciznog takta, čini da je primjena skupa.

Slika 4.1 asinhrone i sinhrone komunikacije

t

2 83 4 5 71 6

t

d a t a bit s

B ) A sin h ron e k om u n i k a ci je

1 2 3 Ns s

A ) S in h r on e k om u n ik a cije

b l o ck

d a t a ch a r a c te r s

S ta r t bi t S to p b it

4.2 Asinhrone komunikacije Asinhrona komunikacija je način kada se karakteri šalju u različitim vremenskim intervalima, zavisno od toga da li na terminalnom uređaju postoji podatak spreman za predaju. U suprotnom linija je slobodna. Asinhroni način, dakle dozvoljava proizvoljno slanje karaktera u trenutku kada se informacija pojavi. Kod ovog načina svaka informacija počinje početnim start bitom i završava zadnjim stop bitom. Asinhroni terminali rade pri brzinama prijenosa od 300kb/s do 19,2 kb/s. Ovdje se ne koristi takt signal. Dakle brzine su niže nego kod sinhronih komunikacija. Zaglavlje ili mjesto gdje se ne sadrži informacija za korisnika, je za 20% veće nego kod sinhronih komunikacija. Kod sinhronog prijenosa informacija se prenosi u blokovima, a ne u karakterima kao kod asinhronog prijenosa. Kod digitalnih prijenosa gdje se koriste sve veće brzine prijenosa, teško je odražavati sinhronizaciju. 5. VIDEO KODIRANJE I VIDEO PRIJENOS U principu prijenos pokretne slike je isohroni servis (isohronous service) i prema tome osjetljiv na varijacije kašnjenja. Ako su varijacije tolike da nisu prihvatljive za gledanje onda ih prijemnik mora popraviti. Sadašnji TV prijenos ima kašnjenje koje je prihvatljivo samo do nekoliko ms. Visokog kvaliteta video (High Quality of video) ima za cilj unapređenje ovih parametara. U interaktivnoj video komunikaciji ukupno kašnjenje je veoma važno i ne smije preći 150 ms.

Video kodiranje ima za cilj prijenos i pohranjivanje video signala u digitalnom obliku. Kada se video signal prenosi u analognom obliku onda se video koder ne primjenjuje. Pojasna širina je određena potrebnim nivoom kvaliteta. Ranije, mreža koja ima manje od 64 kb/s širinu pojasa, nije bila podobna za video tehniku. Kako PSTN i PLMN ima 8-16 kb/s, smatra se odgovarajućom samo za jednostavan video servis. Primjer HDTV (high-quality digital TV) zahtijeva od 16-100 Mb/s što podrazumijeva širokopojasnu mrežu. Za video konferenciju standardan opseg koji se koristi je 384 kb/s. 5.1 Video standardizacija H.261 video standard. ITU-T preporuka za video-telefoniju i video-konferenciju predlaže algoritam kompresije H.261. Ovaj algoritam služi za sve klase opreme od 64 kb/s do 1,92 Mb/s (30x64k/s). Rezolucija slike, za najopštiji format je 352x288 pixla. MPEG1 je ISO standard koji daju sliku boljeg kvaliteta nego H.261. Pri istoj brzini prijenosa. Kako traži dugo vrijeme obrade nije podesan za prijenos u realnom vremenu. Ovaj standard se razvio za potrebe video snimanje na CD. Kako mu je brzina nešto ispod 2 Mb/s može se koristiti na kućnim instalacijama bakarne parice. MPEG2 je sa druge strane generirani standard kodiranja koji omogućuje i snimanje i prijenos video signala u realnom vremenu. Definiran je za prijenos brzinom 5-60 Mb/s. Može nositi kvalitetu HDTV i pet odvojenih govornih kanala. Koristi se za satelitski i kablovski TV prijenos. H.262 je novi ITU-T standard koji je odgovarajući MPEG2. U današnje vrijeme koristi se prilagođeni H.261 preko ATM mreže i LAN mreža. Također novi H.263 standard za prijenos na niskim bitskim brzinama je također razvijen.

5.2 Video kompresija i tehnika kodiranja Potreba za kompresijom je nastala zbog smanjenja kapaciteta prijenosa. Primjer ne komprimirana slika HDTV ima 2,2 miliona piksla i osnovno kodiranje sa 24 bita po pikslu (8 na kolor komponentu) zahtijeva 1,5-3 Gb/s zavisno od frekvencije slike. Ova veličina se smanjuje na 20 Mb/s različitim metodama kompresije. Prvi način da se smanji zahtijevana širina pojasa je da se šalje informacija razlika između dva susjedna okvira slika (slično kao ADPCM). Koristi se princip da se dva susjedna okvira (frame-a) ustvari malo razlikuju. Ovo se omogućuje primjenom specijalnog kodera varijabilne bitske brzine (VBR) za kodiranje razlika među slikama. Drugi način je analogno i digitalno video kodiranje. Analogno kodiranje je orijentirano na piksle. Cilj je da se prenesu pravi piksli bez nepotrebnih detalja. Ako neki piksli nedostaju nadomjestiće se od prijemnika. Opšti metodi koji se koriste kod digitalnog video kodiranja su “motion-compensated hybrid coding” i fractal coding. Treći način za smanjenje obima prenošenja informacija je VLC-variable lenght coding. Kratke kodiranje riječi (word coding) sa nekoliko bita za obične standardne slike i duge kodirane rijeći sa više bita, za rijetke ne standardne slike. Kako je naše ćulo vida ograničeno i ne prati prebrze pokrete, tako se informacija reducira na nivo ovog osjetila. Rezime: kako se vidi više je načina da se snizi iznos informacije pokretne slike na prihvatljiv nivo kvaliteta: - specijalno digitalno kodiranje, - slanje slike kao razlika između slijeda slika, - slanje slike na niskoj frekvenciji u vezi sa brzinom pokreta, - slanje vektora pokreta u odnosu na jednoliko kretanje ili - slanje kodirane riječi za razne tipove slika ili događaja na slici.

5.3 Prijenos sa VBR-variable bit rate Prijenos sa konstantnom bitskom brzinom, CBR- (constant bit rate), koristi se kod interaktivnog javnog video prijenosa kao što je na primjer, videokonferencija preko ISDN-a. Iznos informacije (bitska brzina) video koder određuje karakteristikama video sekvence. U namjeri da koder proizvede CBR, kvaliteta slike bi se mijenjala u zavisnosti od funkcije vremena. S druge strane opet promjena kvaliteta slike se može smanjiti na račun promjene bitske brzine (VBR). To znači da jednostavni periodi u video sekvenciji, proizvode periode sa niskim brzinama, dok kompleksne slike proizvode veće brzine prenošenja slike. Za primjenu VBR kodera potrebna je posebna mreža, na primjer ATM mreža, koja je sposobna za ovu vrstu prijenosa. 5.4 Linkovi koji zahtijevaju ripitere Na dugim kablovskim linkovima, prigušenje signala može biti tako veliko da su potrebni pojačivači i obnavljači signala tzv. ripiteri na određenim pravilnim intervalima kako bi pojačali signal. Primjena linearnih pojačala se može porediti sa primjenom digitalno pulsnog regeneratora. Predpostavimo da imamo n dionica i da je za duljinu kabla svake dionice potreban linearni pojačivač. Ulazni signal ima snagu S koja se prigušuje kablom na λS gdje je λ prigušenje, pozitivni broj mnogo manji od jedinice. Pojačalo ima snagu pojačanja od 1/λ koja restaurira signal na originalni nivo snage. Tako ukupno pojačanje sekcije je jedinica. Nažalost pojačalo proizvodi šum koji se registrira kao injektiranje sigal šuma snage N, koji se pojačava sa (1/λ)*N na izlazu sekcije. Međutim svaka sekcija proizvodi svoj šum, tako da ukupna snaga šuma na izlazu je n*(1/λ)*N.

Ako zamislimo da je ulaz polarni oblik “puls train” i da na kraju cijelog kabla imamo krug odluke koji pokušava da otkrije da li svaki puls sadrži šum “+” ili “-“. Predpostavimo također da taj krug pravi grešku sa vjerovatnočom exp (-S/No), gdje S je izlazna snaga signala i No izlazna snaga šuma kabla. Tada se vjerojatnost greške za cijeli link sa linearnim pojačalima izražava kao: PL= exp{ - λS/(nN) } = ¹/ⁿ .............................. (5.4.1.) gdje je =exp (-λS/N). ............................. (5.4.2.) Još pretpostavimo da je svaki linearni pojačivač opremljen regeneratorom pulsa. Tada je vjerojatno da će svaki puls proći regenerator bez greške. Pojedina vjerojatnost greške je . Tada ukupna vjerovatnoća greške će biti PR je manje od n *, ako je n * mali broj.

Slika 5.1 Digitalni binarni link sa regenerativnim ripiterima 5.5 Signalizacija bazirana na nosiocu (carrier-based signalling) Poznato je da istovremeno slanje više signala na mediju se naziva multipleksiranjem. Također, multipleksiranje je pri slanju više signala

p p g

p p g = p o la r p u lse g en er a torh d = h ar d -d e c is io n c ir cu it

C a b le se c t ion

n o is e

a m p h d p p g h d

x n

xλλS

X * 1 /λ

S + 1 /λ* N

n - rep ea tersS - s ig n a l stren g h tN - n o ise p o w erλ - a tten a u tio n o f ea ch ca b le sec tio n

sa nosiocem ili nosećim (carrier) signalom. Tada se osnovni signal a(t) modulira na nosioc proporcinalan sa cos (2πfCt) gdje fC - frekvencija nosioca je veća od frekvencije Furijeove komponente napravljene od (t). Može se zaključiti da je ogranićenje frekvencije nosioca u obimu od –fM do +fM, maksimalnom frekvencijom modulacije fM manje od fC. Drugimriječima Furijeova transformacija A(f) od a(t) je nevažeća za │f│> fM i za a(t) se kaže da je ograničene pojasne širine za frekvencije manje od fM. Tehnika koja koristi više frekvencija nosioaca za svaki od signala naziva se FDM – Frequency Division Multiplexing. TDM – Time Division Multiplexing, je tehnika gdje umjesto frekvencije, kanali dijele raspoloživo vrijeme. Postoje dva razloga za moduliranje nosioca. Prvi je zato što je mnogo lakše slati signale više frekvencije preko radio komunikacija i drugi razlog što isti medij može prenijeti više istovremenih signala koji se razlikuju po frekvenciji nosioca. 5.6 Kvadraturna modulacija (Qaudrature modulation) Funkcija koja se mijenja na jedan spor i lagan način naziva se fazor. Tako fazor Ф(t) se može koristiti da predstavi dva realna signala osnovne pojasne širine a(t) i b (t):

Ф(t) = a(t) + b (t) ...................................... (5.6.1.) Na ovaj način se mogu unijeti dva signala na isti nosilac. Na primjer, signal s(t) se modulira sa nosiocem frekvencije fC koji se na prijemu filtrira preko dva nisko-propusna filtera pojasne širine od –fM do + fM. 5.7 Pulsna signalizacija na bazi nosioca (carrier-based pulse

signalling)

Kod predstavljanja fazora može poslužiti izraz:

Ф(t) = ∑K C K u(t-kTb). ..................... (5.7.1) Gdje CK i u(t) mogu biti kompleksne veličine. Na razne načine vrijednosti C K su distribuirane oko kopleksne ravni. Takve uzorke nazivamo konstelacija signala (Schwartz 1980) prikazana na slici (Slika 5.2.).

Slika 5.2. Konstelacija pulsne signalizacije na bazi nosioca

A) OOK, B) BPSK ili PRK, C) QPSK, D) 4-ASK, E) 16-PSK, F) QAM, G) hexagonal

OOK- On-Off Keying ima samo dvije vrijednosti jedan i nula (slika 5.2. A). BPSK (binary phase-shift keying) još poznata i kao PRK (phase-reversial keying) ima dvije vrijednosti suprotnih faza (slika 5.2. B).

A) B) C) D)

E) F) G)

Ovaj sistem je analogan polarnom sistemu za signalizaciju osnovnog pojasa, ali s obzirom da nema teškoće u razlikovanju pozitivne i negativne polarnosti gubitak sinhronizacije u r.f. sistemu može izazvati među-zamjenu 0 i 1. U QPSK (Quadrature phase-shift keying) imaju četiri vrijednosti (slika 5.2. C). Dok su četiri nivoa 4-amplitude shift keying (4-ASK) primjer na slici (Slika 5.2. D). Očito generalizacija ovih sistema je višestruka MPSK (multiple phase-shift keying), gdje postojin neki broj m tačaka uređenih čak u krug kao na slici (slika 5.2. E). Isto tako postoji broj tačaka “m” uređenih duž linije koje imaju dvo-dimenzionalni red QASK ili QAM (Quadrature Amplitude Modulation) prikazan kao na slici (slika 5.2. G). Heksagonalan konstalacija od 19 tačaka prikazana je na slici (Slika 5.2. F). Ovaj sistem ima nedostatak da mu nije paran broj tačaka ali je svakako bolji od sistema. 5.8 Frequency - shift keying Elektronski elementi (cijevi) putujućeg vala, koje se koriste za izlaznu snagu mikrovalnog transmitera, najbolje rade pri konstantnoj snazi, gdje nije laka i jednostavna amplitudna modulacija.

Sistemi signalizacija se preferiraju da fazor ima konstantnu veličinu. Signal se može predstaviti standardno sa pokretnim fazorom u krug koji ima stalnu veličinu. To je poznato kao ugaona modulacija (angle modulation). Jednostavan sistem ovog tipa je BFSK (binary frequency-shift keying) gdje fazor rotira stalnom ugaonom brzinom za svaki interval, Tb signalizacije. Ova brzina je (+ f0) obrta /s za 0, i (- f0) za 1. Evidentno je da ugao fazora se mijenja sa ±2πf0Tb radiana u svakom intervalu Tb. Kako je Ф(t) kontinualna funkcija od (t) mada u prvoj derivaciji je diskontinualna, signal također ima ovu osobinu. Tako je spektar u području f¯² za veliko │f│i njegov spektar snage je (f¯²)². Sistem je poznat kao frequency shift keying zbog efekta prijenosa frekvencije fC ±f0 za vrijeme svakog intervala Tb i zato što koristimo frekvenciju fC +f0 da označimo veličinu “0”, a drugu fC -f0 da označimo “1”. Kad se koristi mala brzina f0 onda se ta metoda zove MSK (minimum shift keying) Pasupathy 1979. 5.9 Višestruki pristup Tehnika višestrukog pristupa omogućava da nekoliko korisnika ili stanica istovremeno koristi vlastiti signal za otpremu signala na primopredajni uređaj, kao što je na primjer, u satelitskim komunikacijama transpoder. Vrijedi i obrnuto da se na jednoj stanici prima istovremeno više signala sa više izvora, satelita ili zemaljskih stanica. Tehnike koje se primjenjuju su: • TDMA – Time Division Multiple Access i • FDMA- Frequency Division Multiple Access.

FDMA je uglavnom vezana za FDM - (frequency division multiplex) multipleks sa frekventnom podjelom i FM frekventnu modulaciju. Mogu se koristiti i drugi multipleksi kao što je TDM – (time division multiplex) multipleks sa vremenskom podjelom, i digotalnom PSK modulacijom. Za linkove sa malim saobraćajem može se koristiti TDMA bez multipleksiranja. Ova metoda poznata je pod nazivom SCPC – (single channel carrier) Kod TDMA se svakoj stanici na jednom istom nosiocu, unutar datog okvira (frame), periodično pridružuje kratki vremenski period (burst) za vrijeme kojeg ova stanica emitira digitalni signal formirajući tako multipleksni signal na transpoderu. Uz TDMA uglavnom je vezan TDM multipleks i PCM modulacija.

Slika 5.3 Višestruki pristup uz pomoć FDMA i TDMA

Proces višestrukog pristupa može biti podijeljen u dvije kategorije: - PAMA (pre-assigned multiple access) kod kojeg su kanali stalno

pridruženi korisnicima. Primjer zakup prijenosa TV programa preko satelita.

A

B

C

FDM A

A B C

TDM Af f

tt

- DAMA (demand assigned multiple access) kod kojreg je prijenosni kanal pridružen samo za vrijeme trajanja poziva (stvarnog prijenosa informacije). Primjer prijenos nekog sportskog ili drugog događaja.

Na jednom satelitu ima može biti i do 50 transpodera čija je snaga od 5 do 10 W. Ovi transpoderi dijele ukupnu efektivnu širinu od 500 MHz gdje svakom ripiteru pripada širina od 40-80 MHZ. Da bi se povečao ukupni frekventni spektar, dans se koristi nekoliko metoda višestrukog korištenja raspoloživog spektra i to: - ponovno korištenje separacijom signala. Isto frekventno područje

je upotrebljeno za prijenos signala tako što su signali podijeljeni na transpodere i prostorno razdvojeni.

- Ponovno iskorištenje frekvencije uz pomoć diskriminiacije putem

polarizacije. Polarizacija je slanjem signala putem LHCP (lijevo cirkularno polariziran signal) i prijemom signala putemRHCP (desno cirkularno polariziran signal).

- Korištenje proširenog opsega uz nova tehnološka rješenja, kao i - Korištenjem viših frekvencija.