Blok 7: netwerken

30
Blok 7: netwerken Les 2 Christian Bokhove

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 Presentation

Transcript of Blok 7: netwerken

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.– 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

Signalen doorgeven

Golf propagatie) Distortion:

– Attenuation– Dispersion (Dispersie)– Noise (Ruis)

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

Zie applet

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?

Vragen

Wat zijn de belangrijkste eigenschappen van een medium?

Hoe werkt modulatie? Wat is multiplexing? Wat zijn twee vormen van multiplexing? Waarom is de capaciteit van een kanaal (in

bits/s) niet gelijk aan de bandbreedte van een kanaal (in Hz)?