Σε αυτή την παρουσίαση θα δούμε μερικά σημαντικά θέματα και λειτουργίες που υλοποιούνται στο φυσικό επίπεδο. Το φυσικό επίπεδο ειναι το χαμηλότερο επίπεδο είτε του μοντέλου OSI είτε του TCP/IP . . Σε αυτο το επίπεδο λοιπον οι λειτουργίες ειναι χαμηλού επιπέδου. Τι σημαινει αυτο? Αυτο σημαινει πως εδώ λαμβάνουν χώρα ολα εκείνα τα τεχνικά θέματα -τα πολυ τεχνικά θεματα- τα οποια έχουν να κάνουν με την διαμόρφωση της πληροφορίας , με την "διαχειριση" των σημάτων , με τεχνικές δειγματοληψίας καθως και με τεχνικές επεξεργασίας των σημάτων. Ας ξεκινήσουμε λοιπον μετα απο αυτη την μικρή εισαγωγή.
Παμε να δούμε τα περιεχόμενα με τα οποία θα πραγματευτούμε ->
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ
Spoiler: show
================================================================================================================
1
1.1 ΟΡΙΣΜΟΣ ΣΗΜΑΤΟΣ Θα ξεκινήσω απο τον ορισμό ενός σήματος μιας και ειναι η θεμελιώδης έννοια πανω στην οποία στηρίζονται οι τηλεπικοινωνίες! Είτε αυτες ειναι ενσύρματες , είτε ασύρματες. Σήμα λοιπον είναι οποιαδήποτε φυσική ποσότητα η οποία μεταβάλλεται με το χρόνο ή το χώρο ή και οποιαδήποτε άλλη τελοςπαντων ανεξάρτητη μεταβλητή ή μεταβλητές (στην περίπτωση των εικόνων που χρησιμοποιούμε μέσα σε μια συνάρτηση 2 μεταβλητές δηλαδη) . Ένα σήμα λοιπον ειναι μια οποιαδήποτε ορισμένη συνάρτηση μεταξυ των παραπάνω ποσοτήτων. Για παράδειγμα ένα σήμα της μορφής f ( t ) = at , a ανήκει R* (σύνολο πραγματικών θετικών αριθμών) κτλπ παριστάνει ένα σήμα το οποίο μεταβάλλεται γραμμικά με την μεταβλητη t. Είναι δηλαδη μια χρονικά μεταβαλλόμενη ποσότητα αυτο πρεπει να μας μείνει .Δεν θα επεκταθούμε ομως αλλο σε αυτο επειδη ήδη νιώθω πως θα ξεφύγουμε αρκετά απο τον στοχο μας και για αυτο τον λόγο σε αυτη την παρουσίαση δεν έχω βάλει καθολου μέσα για επεξεργασία σήματος. Επειδή ειναι ένας τομέας ο οποίος ειναι αυστηρά ορισμένος με μαθηματικά και δικιές του μεθοδoλογίες. Εκείνο που πρέπει να μας μείνει ειναι 2 πράγματα : 1. Τα σήματα διαδίδονται ως ΗΜ Κύματα. Τα ΗΜ έχουν 2 χαρακτηριστικά τα οποία τα καθιστούν κατάλληλα για την μετάδοση της πληροφορίας σε κάποιο δίκτυο . Καταρχην ο προφανής οτι δηλαδη διαδίδονται οποτε μπορουν να ταξιδέψουν απο εναν πομπό προς έναν δέκτη και και 2. Περιέχουν ενέργεια η οποια μπορει να χρησιμοποιηθεί για την μεταφορά μηνυμάτων.
1.2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΣΗΜΑΤΩΝ Στην παράγραφο αυτη θα προσπαθήσω να "συμμαζέψω" λίγο τις βασικές έννοιες γυρω απο τον κόσμο των σημάτων γενικότερα. Ας δούμε μερικές έννοιες βασικές οι οποίες θα μας βοηθήσουν να καταλάβουμε κάποια πράγματα για το φυσικό επίπεδο :
1.2.1 ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ - ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑ Με τον όρο συχνότητα εννοούμε την επανάληψη ενός γεγονότος στην μονάδα του χρόνου. Αυτος ειναι ο "αυστηρος" ορισμός της συχνότητας. Ουσιαστικά εκείνο που σημαίνει αυτο ειναι το πόσο συχνά παίρνω τιμές του σήματος μου. Αυτο το απαντάει θεώρημα της δειγματοληψίας το οποίο θα το οποίο καθορίζει μια συχνότητα δειγματοληψίας με βάση την οποία παίρνω μονο διακριτές τιμές του αρχικού συνεχούς ηλεκτρικού σήματος , το αρχικα συνεχές ηλεκτρικό σήμα ήταν συνεχές ως προς το χρόνο αλλα και ως προς το πεδίο τιμών του <=> άπειρες τιμές. Η διαδικασία λοιπον της δειγματοληψίας μας βοηθάει να μετατρέψουμε ενα αρχικο συνεχές σήμα σε διακριτό γιατι? γιατι δεν εχει νόημα να παίρνουμε άπειρες πληροφορίες τις οποίες το αυτί μας σε ενα τηλεφωνικό δίκτυο επικοινωνίας πχ δεν θα τις χρειαστεί
. Συμπληρωματικά για την συχνότητα μπορείτε να ανατρέξετε και στο λήμμα της Wikipedia => http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%A3%CF% ... F%84%CE%B1.1.2.2 ΠΕΡΙΟΔΟΣ Είναι βασικά η επανάληψη ενος φαινομένου σε ορισμένο χρόνο. Με τον όρο περίοδο εννοούμε έναν πλήρη κύκλο. Μια πλήρη ταλάντωση . Η έννοια αυτη ειναι πολυ σημαντική γενικότερα στην ΠΛηροφορική μιας και περίοδο συναντάμε και στο ρολόι της CPU το οποίο συγχρονίζει τις εργασίες μέσα στον υπολογιστή μας.... για 2 λεπτά ομως νομίζω οτι είμαι σε απρουασίαση δικτύων και όχι σε Assembly
Λοιπον ειμαι σχεδον σίγουρος πως άν κάποιος δει την εικόνα με τον πλήρη κύκλο κατα τον άξονα πανω στον οποιο μεταδίδεται το Η/Μ μας κύμα - σήμα σε αυτο εδω το λήμμα -> http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%91%CF% ... imeAxe.gif θα καταλάβει αμέσως για τι ακριβώς πράγμα μιλάμε. (Μην δώσετε σημασία στην μιγαδική αναπαράσταση του σήματος δεν χρειάζεται αν δεν είστε μαθηματικοι - διδακτορικοί πανω στο φυσικό επίπεδο) . Επειδή ομως ολα ειναι θέμα παρατηρητικότητας και επειδη επισης ο σκοπος αυτου του οδηγού ειναι να κάνει τα πράγματα οσο πιο απλα γίνονται στην παραπάνω εικόνα για να καταλάβει κάποιος την περίοδο θα πρέπει να παρατηρήσει τον μπλε δείκτη! Ποτε βλέπω την περιοδο εγώ λοιπον???? Οταν ο μπλέ δείκτης της παραπάνω εικόνας κάνει εναν πλήρη κύκλο. Τοτε και μονο τοτε έχω περίοδο σήματος οκ?
Πιστευω μετα απο αυτο πρεπει να είναι τελειως ξεκάθαρο αν δεν ειναι μπορουμε να το συζητήσουμε παλι. 1.2.3 ΠΛΑΤΟΣ-ΜΗΚΟΣ Πλάτος σήματος δεν ειναι τιποτε αλλο απο την τιμή του σήματος σε μια χρονική στιγμή! Γιατι???? γιατι οπως είπαμε πιο πάνω ενα σήμα δεν ειναι τιποτε αλλο απο μια χρονικά μεταβαλλόμενη συνάρτηση η οποία εκφράζει μια χρονικά μεταβαλλόμενη ποσότητα. Η τιμή δηλαδη του σήματος καθε χρονική στιγμή θα είναι διαφορετική . Στο σημείο αυτο θα παραθέσω μια εικόνα η οποία δείχνει και την περίοδο του σήματος μου αλλα και το πλάτος του. Ωστε να γινουν πιο κατανοητά τα όσα συζητήθηκαν πιο πάνω. Η εικόνα είναι η ακόλουθη :
Eλπιζω να σας βολεύει και να μην ειναι τοσο μικρή. Λοιπον σε αυτην εδω την εικόνα βλέπουμε την περίοδο ενος σήματος και επίσης το πλάτος του Α (AMplitude)
Η απόσταση τωρα σε χρόνο μιας περιόδου που θα διανύσει το σήμα μας μέσα απο ένα κανάλι - μέσο μετάδοσης λέγεται μήκος κύματος
Η σχέση μεταξύ ισχύος και πλάτους ενός σήματος ειναι ισοδύναμη. Όσο μεγαλύτερο είναι το πλάτος ενός σήματος τοσο μεγαλύτερη θα είναι και η ισχύς του.
1.2.4 ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ
Στο λήμμα για την διαμόρφωση του σήματος στην Wikipedia υπάρχει λάθος στην μετάφραση οποιος το διαβάσει ας το προσέξει!!! Καταρχήν. Γιατι διαμορφωση? Για ποιο λόγο να μπούμε στην διαδικασία να φτιάξουμε υλικό (διαμορφωτές/ αποδιαμορφωτές) ωστε να υλοποιήσουμε την διαδικασία της διαμόρφωσης?
Για να υλοποιησω κάτι θα πρέπει να έχω κάποια πλεονεκτήματα απο αυτο => Καταρχήν το σημαντικότερο απο όλα ειναι οτι οι χαμηλές συχνότητες ειναι ευαίσθητες σε πηγές θορύβου. ΕΠομένως μια λύση ειναι να διαμορφωσω - μετασχηματίσω ετσι το σήμα μου ωστε να το προφυλάξω απο αυτες τις πηγές θορύβου. (Πιο κατω θα επισημανθεί οτι ο θόρυβος επι της ουσίας καταστρέφει το QoS μιας επικοινωνίας , δηλαδή καταστρέφει την αξιοπιστία της επικοινωνίας και της υπηρεσίας). Ειναι επομενως υποχρεωτικό-επιτακτικό παντα να μεριμνούμε για αυτον. Συμφωνα λοιπον με την διαδικασία της διαμόρφωσης ένα Φέρον δηλαδη μια κυματομορφη θα υποστεί διαμόρφωση σύμφωνα με ένα σήμα εισόδου (σημα πληροφορίας) γιατι θα υποστεί διαμόρφωση? Διοτι το Φέρον είναι υψίσυχνο - υψηλής συχνότητας και πρέπει να διαμορφωθεί με βάση τα χαρακτηριστικά του σήματος χαμηλής συχνότητας που προκειται να μεταφέρει. Με άλλα λογια λοιπον η διαμόρφωση ενος σήματος είναι η προετοιμασία για μεταφορά χαμηλών συχνοτήτων απο σήματα υψηλών συχνοτήτων. Με τον όρο προετοιμασία εδω εννοούμε την μετατροπή (συμφωνα με κάποια χαρακτηριστικα που είπαμε και πιο πανω) ενος σήματος ετσι ωστε να μπορεί να ταξιδέψει μέσα απο ενα μέσο μετάδοσης. 1.2.5 ΕΥΡΟΣ ΖΩΝΗΣ
τι εννοούμε όταν λέμε εύρος ζώνης ? => Είναι η διαφορά της μεγαλύτερης απο την μικρότερη συχνότητα που περιέχονται σε ένα σήμα. Αν την υψηλότερη συχνότητα την ονομάσω fhigh και την χαμηλότερη flower τοτε η διαφορά των fh - fL = BW (Bandwidth) δηλαδή το εύρος ζώνης του σήματος.
Εύρος ζώνης δεν έχουν μονο τα σήματα ομως , εύρος ζώνης διαθέτουν και τα κανάλια μεσα απο τα οποία η πληροφορία μεταδίδεται προς κάποιον προορισμό. Το εύρος των συχνοτήτων που μπορεί να μεταδώσει ένα κανάλι αποτελεί και το δικό του εύρος ζώνης. Το εύρος ζώνης καθορίζει το μέγεθος του καναλιού.
Είπαμε λοιπον οτι τα σήματα έχουν κάποιο εύρος ζώνης... αυτο λοιπον το εύρος ζώνης χαρακτηρίζει και το εύρος ζώνης ενος καναλιού!!!! Το παράδειγμα που θα ακολουθήσει θα αποσαφηνίσει πλήρως την κατάσταση
Σε γενικές γραμμές για να έχουν νόημα μερικά απο τα παραπάνω αρκεί να φανταστούμε πως μέσω του Fourier κάθε σήμα είναι συνδυασμός πολλών απλών ημιτονικών σημάτων με διαφορετικές συχνότητες πλάτη και φάσεις. Έστω τωρα οτι διαθέτω ένα κανάλι το οποίο ξεκινά απο 300 Hz και εκτείνεται εως τα 3400 Hz . Τι σημαίνει ποιοτικά και πως σχετίζεται ο όρος του εύρους ζώνης? Σημαίνει πως η ελάχιστη επιτρεπτή συχνότητα που μπορώ να έχω είναι αυτη των 300Hz , σήμα συχνότητας των 200 πχ δεν θα μπορούσε να περάσει απο αυτο το κανάλι. Το ίδιο ακριβώς εκφράζει και η συχνότητα των 3400 Hz μονο που αυτη ειναι "ανω" φράγμα για το κανάλι μου. Αυτο σημαίνει πως σήματα που συχνότητες των 4000Hz δεν θα μπορούσαν να περάσουν. Πάνω κάτω πιστεύω (εγω τουλαχιστον - προσωπικη αποψη) πως η διαφοροποιήση μεταξύ ενος φάσματος και ενος εύρους ζώνης είναι οτι το μεν ενα πιο γενικά περιγράφει το σύνολο των συχνοτήτων απο τις οποίες αποτελείται ένα σήμα ή ενα κανάλι ενω το δεύτερο εισάγει και το τι είναι επιτρεπτό να περάσει και τι όχι. Μπορειτε να ψάξετε και να κρίνετε και οι ίδιοι αυτη την προσωπική εκτίμηση.
Παντως πάνω - κάτω περιγράφουν το ίδιο πράγμα. Το σύνολο των συχνοτήτων που συμμετέχουν λέγεται και εύρος ζώνης. 1.2.6 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΣΗΜΑΤΩΝ
Τα σήματα χωρίζονται σε 2 μεγάλες βασικές κατηγορίες. Όποιος θελήσει να συμβουλευθεί ένα βιβλίο με βασικές αρχές σημάτων θα πέσει πανω ακριβως σε αυτη την κατηγοριοποιήση η οποια ειναι => 1, Αναλογικά 2. Ψηφιακά Στο σημείο 4 πιο κάτω θα μπορέσει κάποιος να καταλάβει και για ποιο λόγο έχουμε 2 ειδών διαμορφώσεις. ΔΗλαδη αναλογικές και ψηφιακές! Στα αναλογικά λοιπον σήματα το πλάτος του σήματος δηλαδη τιμή του που έχουμε πει πως έχει σε μια χρονική στιγμη μιας και απο τον ορισμο παριστάνει μια χρονικά μεταβαλλόμενη ποσότητα μεταβάλλεται συνεχώς στον χρόνο. Ειναι δηλαδή μια συνεχής συνάρτηση. Στην αντίπερα όχθη τώρα και μετα απο διαδικασίες διεγματοληψίας έχουμε τα ψηφιακά σήματα. Το πλάτος δηλαδή του σήματος έχει διακριτές τιμές στην παροδο ενος συγκεκριμένου t . Κατάσταση 1 => ΟΝ (Τάση +5V) και η κατάσταση 0 => OFF ( Τάση +0V) Ένα διακριτό σήμα λοιπον απο εκει που ήταν συνεχές έγινε διακριτό και περιοδικό ( η μορφή του επαναλαμβάνεται κατα t χρονικά διαστήματα) ποια ειναι η μορφή του? => Παλμοί . ΌΤαν έχεις έναν παλμό βάζεις εναν άσσο πάνω του (κατάσταση ON) όταν δεν έχεις παλμό και μέχρι το σημείο του να ξαναέχεις βάζεις ενα μηδενικο απο πανω (κατάσταση OFF).
1.2.7 Βit Error Rate (BER)
Τι εννοούμε με τον όρο bit rate ??? ΟΠως ακριβώς υποδηλώνει το ονομά του λοιπον είναι η περιγραφή του ρυθμού με τον οποιο τα bits - δυαδικές ακολουθίες ενος σήματος μεταφέρονται απο το ένα σημείο στο άλλο. Ο αριθμός των bit δηλαδη στην μονάδα του χρόνου!
Μια ακόμη πολυ σημαντική έννοια που ταυτίζεται με τα σήματα και το επίπεδο αυτο ειναι η ποσότητα BER (Bit Error Rate) . Aυτη η ποσότητα ουσιαστικά είναι το πλήθος των bit που είναι λάθος διαιρούμενο με το συνολικό αριθμό της μεταδιδόμενης ακολουθίας. Ειναι πολύ εύκολη και έξυπνη έννοια και θα γίνει κατανοητή με το εξής παράδειγμα :
Έστω οτι θέλουμε να μεταδόσουμε το πακέτο (ακολουθία) ->
- Κώδικας: Επιλογή όλων
Πομπός : 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1
και τελικα το πακέτο που λαμβάνουμε είναι το :
- Κώδικας: Επιλογή όλων
Δέκτης : 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1
Σε αυτη την περίπτωση έχουμε BER και σύμφωνα με τον παραπάνω ορισμό θα είναι το πλήθος των bit που είναι λάθος διαιρούμενο με τον συνολικο αριθμο που ειναι 10 εδω ετσι δεν ειναι? Πόσα bit βλέπετε λάθος πιο πανω??? Καταρχην τι εννοούμε λάθος? Λαθος εννοούμε άλλα να περιμένουμε και άλλα να μας έρχονται. Εγω πιο πάνω δεν περίμενα ας πουμε στην θέση 1 το 1 να γίνει 0 στον δέκτη ούτε στην θέση 5. Επομένως τα λάθη μου ειναι 2
επομένως το BER είναι 2 / 10 = 20%
Γιατι BER?? => Γιατι το BER επηρεάζεται απο τις συνθήκες του καναλιού μετάδοσης!! Αρα ισως αυτο πρέπει να ρωτήσουμε για ποιο λόγο εισάγει θόρυβο
ή τα "άτακτα" ηλεκτρονικα οπως θα δούμε και πιο κάτω. Το BER επομένως μπορεί να βελτιωθεί αν αυξήσουμε την ισχύ του σήματος ως προς θόρυβο τεχνική που θα σκεφτόταν κάποιος να χρησιμοποιήσει και σε ένα ασύρματο δίκτυο για να μειώσει την παρεμβολή??? Δεν νομιζω! Διοτι εκει αυξάνοντας την ισχύ θα είχες και αύξηση της παρεμβολής! Πραγμα που δείχνει ποσο διαφορετικα μπορει να είναι τα 2 δίκτυα ως προς τις ανάγκες του 2. ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΟΛΥΠΛΕΞΙΑΣ
Πριν αναλύσω για τις πολυπλεξίες να τονίσω πως οι πολυπλεξίες δεν ειναι τιποτε άλλο απο τεχνικές για την μετάδοση σε ένα φυσικό μέσο. Με πολυ απλα λογια. Μπορείτε να φανταστείτε το εξης (το οποιο ουτως η άλλως υφίσταται) Η πολυπλεξία λοιπον παίζει κοντά στις εγκαταστάσεις του χρήστη και πιο συγκεκριμένα στο DSLAM => Digital Subscriber Line Access Multiplexer . O MUltiplexer καταρχην ειναι μια συσκευή η οποία συνδέει πολλές DSL σε μια υψηλής ταχύτητας γραμμή χρησιμοποιοώντας τεχνικές πολυπλεξίας.
2.1 FDMΑ => Frequency Division Multiplexing Access , η πρόσβαση δηλαδη στην ζεύξη θα γίνει με τεχνική πολυπλεξίας διαμέρισης συχνότητας. Ας σκεφτούμε το ακόλουθο απλό παράδειγμα. Έστω λοιπον 3 χρήστες οι οποίοι θέλουν να μπούν στην ζεύξη. Κάθε χρήστης λοιπον θα έχει μια δικιά του συχνότητα... θα εκπέμπουν και οι 3 αλλα σε διαφορετικές συχνότητες. Σε ένα ασύρματο κυψελωτό δίκτυο κινητών επικοινωνιών μπορεί κάποιος να φανταστεί οτι εκείνο που γίνεται στην ουσία είναι οτι έχουμε διαίρεση - διαμέριση του διαθέσιμου φάσματος συχνοτήτων με τέτοιο τρόπο ωστε να παρέχεται ένα μέρος του στον κάθε χρήστη για πρόσβαση στις υπηρεσίες του δικτύου (πχ για να πραγματοποίησει κλήσεις). Η συχνότητα αυτη δεν μπορει να χρησιμοποιηθεί απο άλλον χρήστη. Το πλεονέκτημα σε αυτη την τεχνική είναι ο ευκολότερος συγχρονισμός ενω το μειονέκτημα??? Εφοσον μιλάμε για συχνότητες θα έχει σχέση με το φάσμα ετσι δεν ειναι? Ακριβως έτσι. Το βασικο μειονέκτημα λοιπον εδω ειναι η αύξηση του εύρους ζώνης.
2.2 TDMA => Time Division Multiplexing Access , είναι και αυτη μια μέθοδος πρόσβασης σε μια ζεύξη - κανάλι. Ουσιαστικά επιτρέπει σε πολλούς χρήστες να μοιράζονται το ίδιο κανάλι συχνοτήτων ( οσο να ναι το φάσμα συχνοτήτων κοστίζει! ) διαιρώντας το σήμα σε διαφορετικές χρονικές περιόδους. Τα λεγόμενα time slots. Αυτο επιτρέπει σε πολλούς σταθμούς να μοιράζονται το ίδιο μέσο μετάδοσης. ΘΥμηθείτε πριν που ειπαμε πως στο DSLAM παίζει ο πολυπλέκτης που συνδέει πολλες DSL σε μια υψηλής ταχύτητας γραμμή. Και ολα αυτα μπορούμε να τα συνδέσουμε με την έννοια ενος Πρωτοκόλλου!!! Για να καταλάβουμε ακομη καλύτερα τι σημαίνει ένα πρωτόκολλο. Ακριβως λοιπον οι τεχνικές πολυπλεξίας αποτελούν κατηγορίες πρωτοκολλων ζεύξης... το γιατι το αφήνω να το απαντήσετε εσεις.. και αυτο αποτελει το 1ο ερώτημα. Επομένως εδω έχουμε τις ίδιες συχνότητες χωρις να αυξάνει το εύρος ζώνης αλλα στους χρήστες μας δεν τους επιτρέπεται να μιλάνε ταυτόχρονα οκ?!
3. AΝΑΣΤΑΛΤΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΣΤΟ ΦΥΣΙΚΟ ΜΕΣΟ
3.1 ΘΟΡΥΒΟΣ Πάμε λοιπον τωρα να δούμε μερικούς ανασταλτικούς παράγοντες που "επιβαρυνουν" την επικοινωνια με τον δικό τους τροπο. Η έννοια επιβαρύνω , σε αυτό το σημείο έχει να κάνει με την μείωση του QoS => Quality Of Service . Όταν αποσυνδέεσαι συχνά απο το ίντερνετ το ρουτεράκι σου μπορεί να αντιμετωπίζει προβλήματα θορύβου στην γραμμή! Επειδή κατα την μετάδοση προκύπτουν και κάποια προβλήματα και τιποτα δεν ειναι ρόδινο ας πουμε. Ο θόρυβος ειναι λοιπον ένα απο αυτα τα προβλήματα , θόρυβος είναι κάθε είδους παρεμβολή η οποια παει και "κολλαει" πανω στο σήμα που μεταδίδεται. Ο θόρυβος ειναι μια ανεπιθύμητη ηλεκτρομαγνητική ενέργεια που μεταδίδεται με αποτέλεσμα να δημιουργεί αλλοιωση στο σήμα και παραμόρφωση. Ο Θόρυβος μπορει να είναι είτε εσωτερικός είτε εξωτερικός ο εσωτερικός θόρυβος προέρχεται απο το ίδιο μέσο μετάδοσης και έχει να κάνει με τις συγκρούσεις των ηλεκτρονίων του καναλιού και για αυτο καλείται και θερμικός θόρυβος κατι τετοιο ειναι αναπόφευχθο για κάθε ηλεκτρικό κυκλωμα γενικότερα. Φυσικά υπάρχουν μέσα και μέσα μεταφοράς πχ στις οπτικές ίνες το error rate που εισάγει το κανάλι ειναι σε χαμηλά επίπεδα.O Εξωτερικός θόρυβος τωρα επηρεάζει κυριως τις ασύρματες επικοινωνίες , εξωτερικός θόρυβος μπορει να προκύψει λογω κεραυνών , λόγω άλλων κεραιών , παρεμβολές μπορούν να δημιουργηθούν και απο το γεγονος οτι μια κεραία σε μια ασύρματη επικοινωνία "χάνει" ΗΜ ακτινοβολία απο τους πλαινούς λοβούς (σχεδιαστικό θέμα σε μια κεραία δεν θα μας απασχολήσει εδω παρα μονο σε μια προταση που το αναφέρω). Γενικα με τον όρο κεραία εννοούμε εναν ηλεκτρικό αγωγό που μετατρέπει το ηλεκτρικό σήμα σε ΗΜ και αντίστροφα (ειπαμε εξαρχής πως ΗΜ θελουμε να μεταδώσουμε)
Κλείνοντας την παράγραφο με τον ΘΟΡΥΒΟ θα πρέπει να μας μείνουν 2 πράγματα :
1. O θόρυβος έχει να κάνει και σχετίζεται με τις συνθήκες του καναλιού μετάδοσης.
2. Ο θόρυβος δεν μπορεί να εξαλειφθεί ποτε και τελείως εκείνο που ευελπιστούμε ειναι να τον μιεώνουμε σε επιθυμητά επίπεδα
Τι σημαίνει έχω 30dB SNR???? Πάμε και σε κάτι πιο πρακτικό τώρα. Τοσο πρακτικό και τεχνικό που αν κάποιος τεχνικός του ΟΤΕ δεν το γνωρίζει φερειπείν την επόμενη μέρα ισως και να απολυθεί
(αστιεύομαι) αν και προφανως οι τεχνικοί τα γνωρίζουν -ειδικα αυτο που θα πούμε τωρα- οποτε καλο είναι να το γνωρίζετε και εσεις ωστε σε μια τηλεφωνική ή άλλη ομιλία να μην μιλάνε μονο αυτοι και να λένε τα δικά τους Καταρχήν το SNR ειναι ενα πηλίκο το οποίο μετρά την ισχύ του σήματος ως προς τον θόρυβο. Δηλαδη ισχυει
- Κώδικας: Επιλογή όλων
SNR = S / N
S είναι η ισχύς του σήματος και Ν ειναι η ισχύς του θορύβου (και σαν φασματική πυκνότητα ισχύος μπορει να το βρείτε σε κάποιο βιβλίο αλλα προς το παρον δεν χρειαζεται αυτο.)
ΣΥμφωνα με τα παραπανω λοιπον 30dB SNR σημαίνει (αν μετατρέψω απο dB σε πραγματικό αριθμό θα έχω)
Spoiler: show
εχω λοιπον 1000 φορες δυνατότερο σήμα απο οτι θόρυβο. Aυτο εκφραζει το SNR κατα ποσο μεγαλυτερη ειναι η ισχύς του σήματος ως προς τον θορυβο!
3.2 ΕΞΑΣΘΕΝΙΣΗ
Mε τον όρο εξασθένιση εννοούμε την μείωση της ισχύος του σήματος κατα την διάρκεια μεταδοσης του! Kαι επειδή οι έννοιες της ισχύος και του πλάτους ενος σήματος ειναι ισοδύναμες ουσιαστικα έχουμε μείωση του πλάτους του σήματος.Η εξασθένιση ειναι το αντίθετο της ενίσχυσης! Ειναι κατι το φυσιολογικό όταν το σήμα μεταδίδεται απο το ένα σημείο στο άλλο. Στα δίκτυα η εξασθένιση ενος σήματος μεσα απο κάποιο μέσο μετάδοσης είναι ανάλογη του 1/r^2 οπου r είναι η απόσταση. Αν το σήμα εξασθενίσει αρκετά μπορει να γίνει ακατάληπτο για τον δέκτη για τον λογο αυτο λοιπον αρκετα δίκτυα χρησιμοποιούν αναμεταδότες. Σε πολυ γενικές γραμμές η δουλειά ενος αναμεταδότη ειναι να λαμβάνει το σήμα να το ενισχύει και να το μεταδίδει πάλι προς τον τελικό του προορισμό.
4.1 ΟΡΙΣΜΟΣ
Για να μπορέσουμε να στείλουμε ένα σήμα σε έναν δέκτη απο κάποιο τηλεπικοινωνιακό κανάλι θα πρέπει να το υποβάλλουμε σε μια διαδικασία που καλείται διαμόρφωση. Ουσιαστικα μεταβάλλω ενα περιοδικό σήμα συνηθως σε ενα υψηλης συχνοτητας... (το έχω κάνει διακριτό απο πριν μεσω της δειγματοληψιας - ψηφιοποιησης) που μεταφέρει την πληροφορια. Το υψισυχνο τοτε καλείται φέρον . ΣΤο άλλο άκρο ο δέκτης θα κάνει την αντίστροφη διαδικασία ωστε να το ανακτήσει (modulator / demodulator=> modem)
Φέρον δηλαδη σήμα ειναι πλεον μια κυματομορφή η οποία έχει υποστεί διαμόρφωση συμφωνα με ένα σήμα εισόδου (σήμα πληροφορίας). ΟΠοτε το τελικά διαμορφωμένο σήμα χρησιμοποιείται για την μετάδοση πληροφοριών. Έστω οτι κάποιος υπολογιστής Α θέλει να μεταδώσει ενα σήμα (φυσικό επίπεδο -μην πάει το μυαλο σας ακομη σε πιο πάνω επίπεδα του OSI και μπερδευτείτε ) προς καποιον υπολογιστη Β. Ο Α στέλνει ενα ψηφιακό σήμα στο modem το οποίο μετατρέπει σε αναλογικό (διαμόρφωση) Γιατι??? Γιατι οπως ειπαμε και στην παράγραφο 1.2.4 πρέπει το σήμα να μετατραπεί κατα τέτοιο τρόπο ωστε να περάσει μεσα απο το τηλεφωνικό δίκτυο . Απο modem -> modem μεταδίδεται αναλογικά! Στο modem του δέκτη μετατρέπεται πάλι σε ψηφιακό μεσω της διαδικασίας της αποδιαμόρφωσης (που ειναι η αντίστροφη διαδικασία στον δέκτη ) Γιατι θέλεις ψηφιακό σήμα στους υπολογιστες πομπού και δέκτη? Γιατι εγω προσωπικα δεν ξέρω κανενα υπολογιστικό σύστημα με επεξεργαστή που αποθηκεύει με συνεχή τροπο! Και οχι "ψηφιοποιημένα" -> 1 0 0 1 1 0 0 1. 4.2 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΕΩΝ Πάμε τωρα να δούμε μερικές κατηγορίες διαμορφώσεων οι σημαντικότερες εκ των οποίων κατηγοριοποιούνται σε αναλογικές και ψηφιακές. (Nα με συγχωρεσουν εδω καποιοι αλλα πρέπει να δώσω 2-3 μαθηματικούς τύπους (ημίτονα - συνημίτονα) Εμεις πιο κάτω θα αναλύσουμε την QAM η οποία ανήκει στις ψηφιακές διαμορφώσεις
Για τις αναλογικές διαμορφώσεις έχουμε τις εξης :
ASK => Amplitude SHift Keying (διαμόρφωση κατα πλάτος ) .Δηλαδή τα ψηφιακά δεδομένα ως αλλαγές στο πλάτος ενός φέροντος. Φανταστείτε δηλαδη μια ακολουθία απο bits εστω την 01101 (όταν έχω 1 μεταδίδω ένα ημίτονο (σήμα) ή ενα συνημίτονο δηλαδη μια κυματομορφή)
- Κώδικας: Επιλογή όλων
Ac cos 2πfct ή Ac sin 2πfct
Όταν έχω 0 δεν μεταδίδω τίποτα!
Δηλαδή η μεταβολή λαμβάνει χώρα στο πλάτος του σήματος.
FSK => Frequency shift Keying (διαμόρφωση κατα συχνότητα) <=> (εδώ παίζω με την συχνότητα) αν είναι 0 μεταβάλλεται αργά ενω αν ειναι 1 μεταβάλλεται γρήγορα. Ποιο??? ΤΟ σήμα μου... http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%94%CE% ... E%B1%CF%82
εδω μπορει να δεί κάποιος αυτα που εννοώ. (εικόνες)
PSK => Phase shift keying => Διαμόρφωση κατα φάση! ΤΙ σημαινει αυτο? Αυτο σημαίνει πως αν έχω εναν τριγωνομετρικό κύκλο... μπορω για μια BPSK => Binary Phase shift Keying να τον χωρίσω σε 4 τεταρτημόρια η μια κυματομορφή θα είναι το σύμβολο 0 ενω η αλλη κυματομορφή θα είναι το σύμβολο 1. ΓΙατι 2 σύμβολα? Γιατι το λεει το όνομα της διαμόρφωσης!! Binary. Μια άλλη διαμόρφωση που θα μπορούσε να χρησιμοποιήθει ειναι η 8-PSK
ΤΙ θα σήμαινε αυτό? Αυτο θα σήμαινε πως χωρίζω τον τριγωνομετρικό κύκλο στα 8 και όχι στα 4 οπως πρίν.
H διαθέσιμη κυματομορφή μου ειναι ->
Spoiler: show
εφόσον ο τριγωνομετρικός κύκλος έσπασε στα 8 μπορω να δώσω φάσεις στις κυματομορφές επομένως
ξεκινάμε απο την κορυφή του κύκλου (εκει που το ρολοι μας θα έδειχνε 12.00 ακριβως και ξεκιναμε να θέτουμε τιμες προς τα δεξια οπως ακριβως θα εκαναν και οι δεικτες του ρολογιου ) αρχικα π/2 οποτε
Spoiler: show
ποσα bit μπορω να μεταδώσω με κάθε κυματομορφή???? η απάντηση βρίσκεται απο την λύση της ακόλουθης απλής εκθετικής εξίσωσης
Spoiler: show
οποτε στα σημεία παραπανω που ορισα της φάσεις μπορω να βάζω 3άδες απο μπιτάκια...
Ερώτηση => με ποιο σήμα θα στείλεις το πακέτο 011 ας πούμε?
Απάντηση => Έστω οτι η τιμή 011 έχει δοθεί στην κυματομορφή 3π/4
τοτε πάω να φτιάξω το σήμα μου μεσω του οποιου θα μεταδώσω την πληροφορία που θέλω. (Διαμόρφωση <=> κυρια λειτουργία σε αυτο το επίπεδο του OSI)
Spoiler: show
πάνω κάτω έτσι δουλεύουν οι διαμορφώσεις!!! ΜΙα ακόμη διαμόρφωση η οποία παίζει στο ADSL 2+ ειναι η QAM => Quadrature Amplitude MOdulation η οποια ειναι μια διαμορφωση η οποια πχ χρησιμοποιεί 16 σύμβολα (πάνω στον τριγωνομετρικο κύκλο - 4 σε καθε τεταρτημόριο) (16-QAM έκδοση) ωστοσο σε μια QAM διαμορφωση έχω τον συνδυασμο διαμόρφωσης κατα πλάτος και κατα φάσης.
Ένας Τριγωνομετρικός κύκλος χρησιμοποιείται σαν διάγραμμα αστερισμού για τα σύμβολα
Στο σημείο αυτο υπάρχουν 2 σημαντικές ερωτήσεις.
Καταρχην αξιζει να σημειωθει πως η 16-QAM αλλα και η 64-QAM παίζουν σε συστήματα WimAX.Ερώτηση 1 -> Γιατι γίνεται όλη αυτη η διαδικασία?
ΑΠάντηση -> Διοτι κάνοντας εγω ολη αυτή την λειτουργία πετυχαίνω ευκολότερη αποστολή σήματος . Και τελικα καταλήγω να έχω 2 τιμές (καλα αυτες θα τις ειχα ουτως η αλλως μιας και παιζω με ακολουθίες απο bits αλλα τελοςπαντων) που σημαίνει ευκολότερη διόρθωση λαθών!! Με το να μεταδίδεις δηλαδή τα 0 και 1 σαν 2 διαφορετικά σήματα μπορείς να εγγυηθείς πως η μετάδοση των σημάτων θα είναι αξιόπιστη ακομη και αν οι αλλοιώσεις δεν μπορούν να αποφευχθούν. Είπαμε πιο πάνω στην ASK οτι όταν έχεις 0 δεν μεταδίδεις τιποτα ενω οταν έχεις 1 μεταδίδεις κατι. Για να γίνει πιο κατανοητό το πώς μπορεί να γίνει αυτο σε "πραγματική" κατάσταση φανταστείτε ακομη ένα παράδειγμα με μια οπτική ίνα στην οποία η διαδικασία μετάδοσης των bits απο το ένα άκρο στο άλλο γίνεται με ή χωρίς λάμψη. Λάμψεις φωτός στέλνονται κατα μήκος της οπτικής ίνας αντιπροσωπεύοντας το 1 ενω με την απουσία φωτός αντιπροσωπεύεται το 0. Τέλος μιας και τονίστηκε στην αρχή αυτης της απάντησης χρειάζεται να επισημάνω πως τα λάθη και η πιθανότητα λάθους γενικότερα σε ένα κανάλι μας ενδιαφέρει εξαρχής όταν αυτό σχεδιάζεται. Δείτε και για το BER πιο πάνω.
Ερωτηση 2 -> ΓΙατι σε μια 64-QAM θα έπαιρνες το ρίσκο να στείλεις πιο πολλα bits??? Τι θα έπρεπε να ισχύει ως προς την κεραία για να μην κινδυνέψεις με εξασθένιση σήματος πχ??? Αυτην την αφηνω σε εσας μιας και αποτελεί την 2η ερώτηση (η 1η είναι κάπου πιο πάνω)
4.3 ΕΠΙΔΟΣΕΙΣ Πάμε να πούμε και 1-2 πραγματάκια ισα - ισα για τις επιδόσεις (επιγραμματικά) που φαντάζομαι ειναι βασικό σημείο για να "κλειδώσει" κάποιος την κατανοηση του σχετικά με ολα αυτα που αναλύσαμε. Καταρχήν μιλήσαμε για τις διαμορφώσεις BPSK / 8-PSK / 16-QAM /64-QAM κτλπ (υπάρχει και η QPSK η οποία διαθέτει 4 σύμβολα 1 σε κάθε τεταρτημόριο επομένως στέλνω 2 bit με αυτην). Ως προς τις επιδόσεις λοιπον μπορούμε να συγκρίνουμε τις παραπάνω διαμορφώσεις αλλα και ως προς την ανοχή σε σφάλματα για μεταφορά πληροφοριών λοιπον έχω
Spoiler: show
ενώ ως προς την ανοχή σε σφάλματα συμβαίνει το ακριβώς αντίθετο στην παραπάνω ανισότητα και τελικά αλλαζει φορά :
Spoiler: show
Και κάπου εδω ολοκληρώσαμε τα πολυ βασικά πράγματα με το 1ο επίπεδο. Ελπιζω να τα βρείτε ενδιαφέροντα και κατανοητά την επομενη φορα θα συνεχίσουμε το 2ο επίπεδο στο OSI
Η εργασία υπάγεται στην άδεια Creative Commons Αναφορά-Μη εμπορική χρήση-Παρόμοια διανομή 3.0 Ελλάδα
=> Με άλλα λόγια ειναι ο 
, αλλά έχω κάποιες ερωτήσεις στις απαντήσεις που μου έδωσες, ο αριθμός πριν την ερώτηση αντιστοιχεί στις απαντήσεις: