1

Ș.l. dr. ing. Lucian-Florentin Bărbulescu

Date: entități care au semnificație în cadrul unui sistem de calcul

Semnale: impulsurile electrice sau electromagnetice folosite pentru codificarea și transmiterea datelor.

Caracteristici ◦ Ambele există fie în formă analogică, fie în forma

digitală

2

Reprezentate sub forma unor unde continue

Pot avea un număr infinit de valori între un minim și un maxim.

3

Cel mai important neajuns: Zgomotul ◦ Energia electrică sau electromagnetică nedorită care degradează

calitatea semnalelor și a datelor.

◦ Se regăsește în orice tip de sistem de date sau de transmisie

◦ Efectele variază de la un ușor șuierat în fundal la o pierdere completă a datelor sau a semnalului

◦ Este de asemenea analog – extrem de dificil de separat zgomotul de unda care reprezintă datele

4

Compuse dintr-un set discret (sau fix) de valori ◦ Date digitale – valori binare (0 sau 1)

◦ Semnale digitale – mai complexe

Forma cea mai simpla este “semnalul dreptunghiular”

5

Semnalele digitale sunt mult mai tolerante la zgomot

Dar nu sunt complet imune

6

Toate semnalele au trei caracteristici: ◦ Amplitudine

◦ Frecvență

◦ Fază

Amplitudine: înălțimea undei deasupra (sau dedesubtul) unui nivel de referință

7

Frecvența: de câte ori un semnal repetă un ciclu în unitatea de timp ◦ Măsurată in Hertz (Hz)

◦ Perioada: Durata unui ciclu (1 / frecvență)

8

Semnalele sunt de obicei formate din mai multe frecvențe ◦ Spectrul de frecvență: Intervalul de frecvențe din cadrul unui semnal

Ex.: Spectrul de frecvențe aș unei linii telefonice simple trebuie să fie între 300Hz și 3400Hz

◦ Lățimea de bandă: valoarea absolută a diferenței între cea mai mică

și cea mai mare frecvență Ex.: Lățimea de bandă a unei linii telefonice simple este 3100Hz (3400 –

300)

◦ Lățimea de bandă efectivă: Lățimea de bandă în realitate

Mai mică decât lățimea de bandă teoretică

Valoarea este influențată de interferențe și zgomot.

9

Faza: poziția formei de undă relativă la un moment dat în timp.

10

Patru conversii posibile de la date la semnale

◦ Date analogice la Semnale analogice

◦ Date digitale la Semnale digitale

◦ Date digitale la Semnale analogice (discrete)

◦ Date analogice la Semnale digitale

11

O undă analogică este convertită la o altă undă analogică.

Operația se numește modulare ◦ Procesul prin care datele sunt transmise cu ajutorul unui

semnal prin modificarea amplitudinii (AM), frecvenței (FM) sau fazei (PM) acestuia

12

Exemplu AM

13

Datele digitale sunt convertite la un semnal ce permite un set limitat de valori

Operația se numește codificare digitală

Mai multe mecanisme: ◦ NRZ-L

◦ NRZ-I

◦ Manchester

◦ Differential Manchester

◦ Bipolar-AMI (alternate mark inversion)

◦ 4B/5B

14

Non-Return to Zero ◦ Non-Return to Zero – Level (NRZ-L)

1 -> zero volți

0 -> valoare pozitivă a voltajului

◦ Non-Return to Zero – Inverted (NRZ-I)

1 -> schimbare a voltajului

0 -> păstrare a voltajului

15

Non-Return to Zero ◦ Avantaje: ușor de implementat, baud-rate egal cu bit-rate

Baud rate: numărul de variații a unui semnal într-o secundă.

Bit rate: numărul de biți trimiși într-o secundă.

◦ Dezavantaje: nu apar tranziții ale semnalului pentru șiruri lungi de 0 sau 1 (numai pentru NRZ-L) – probleme la sincronizarea receptorului

16

Manchester ◦ Manchester

1 -> tranziție de jos în sus

0 -> tranziție de sus în jos

◦ Differential Manchester

1 -> O tranziție: la mijlocul intervalului

0 -> Două tranziții: una la început, una la mijlocul intervalului

17

Manchester ◦ Avantaje: tranziții garantate pentru fiecare bit

◦ Dezavantaje: baud-rate mare Cu Manchester – baud-rate = 2 * bit-rate

Ex.: pentru 5 biți 0 bit-rate este 5 iar baud-rate este 10

18

Bipolar-AMI (alternate mark inversion) ◦ 0 -> zero volți

◦ 1 -> fie voltaj pozitiv, fie voltaj negativ, în funcție de precedentul bit 1

◦ Avantaje: suma voltajelor tinde spre 0- util în cazul unor scheme electronice

◦ Dezavantaje: fără tranziții ale semnalului pentru șiruri lungi de 0

19

4B/5B ◦ 4 biți sunt codificați în 5 biți și trimiși folosind NRZ-I

◦ Cei 5 biți nu conțin niciodată mai mult de doi biți 0 consecutivi

20

4B/5B ◦ Avantaje: tranziția semnalului după cel mult 3 biți

◦ Dezavantaje: 20% mai multe date de trimis

21

Datele digitale sunt convertite la o undă analogică

Se folosește un modulator

Semnalul analogic va avea numai un număr discret de valori

Trei tehnici simple (plus altele complexe) ◦ Amplitude Shift Keying ◦ Frequency Shift Keying ◦ Phase Shift Keying

22

Amplitude Shift Keying ◦ 1 și 0 sunt reprezentate prin două valori ale amplitudinii

◦ Mai mult de două valori pot fi folosite

23

Amplitude Shift Keying

◦ Avantaje: cea mai simplă foră de modulare

◦ Dezavantaje:

sensibil la impulsuri bruște de zgomot

nu foarte eficient – puține valori ale amplitudinii pot fi folosite

nu este folosit pentru rate de transfer mari

24

Frequency Shift Keying

◦ 1 și 0 sunt reprezentate prin frecvențe diferite ale semnalului

25

Frequency Shift Keying

◦ Avantaje : rezistent la impulsuri bruște de zgomot

◦ Dezavantaje:

sensibil la distorsiuni inter-modulație (frecvențele a două sau mai multe semnale se amestecă și creează noi frecvențe)

nu este folosit pentru rate de transfer mari

26

Phase Shift Keying

◦ 1 și 0 sunt reprezentați prin faze diferite ale semnalului

27

Phase Shift Keying

◦ Mai multe faze pot fi folosite (quadrature phase shift)

28

Tehnici complexe ◦ 12 faze diferite –

unghiuri de comutație cu două amplitudini diferite

29

O undă analogică este convertită la un semnal ce are un număr discret de valori

Echipamentul folosit se numește codec

Diferite tehnici de codificare: ◦ Pulse Code Modulation (PCM)

◦ Delta Modulation

30

Pulse Code Modulation ◦ Valoarea analogică este convertită la anumite momente

de timp (rata de eșantionare) la nivelul cel mai apropiat

◦ Se fac aproximări (eroare de cuantizare)

31

Pulse Code Modulation ◦ Reconstruirea corecta a semnalului inițial depinde de

rata de eșantionare și de erorile de cuantizare

32

Pulse Code Modulation ◦ Rezultate mai bune se obțin dacă rata de eșantionare

este mai mare si se folosesc mai multe niveluri.

33

Delta Modulation ◦ Un codec urmărește semnalul analogic și definește un

pas în sus sau în jos

◦ Nu este eficient dacă unda analogică variază brusc

34