dr inż. Marek Blok

2010-10-15 10:30:00

Podstawy systemów informacyjnych – ćwiczenia

Ćw.2. Przepustowość informacyjna analogowego kanału pasmowego Zagadnienia: szerokość pasma, SNR, przepustowość, wzór Shannona-Hartleya (Średni) stosunek sygnału do szumu (ang. s ignal to noise ratio) 2

2

SNR = σ

σ

s

z

gdzie

2

S = σ s - średnia moc sygnału

2

N = σ z - średnia moc szumu (zakłócenia)

W praktyce

SNR

[dB]

dB = 10 log

( 2

2

σ σ )

10

s

z

Szerokość pasma kanału

B = Fmax – Fmin [Hz]

gdzie

Fmin – minimalna częstotliwość „przenoszona” przez kanał

Fmin – maksymalna częstotliwość „przenoszona” przez kanał

F symb – szybkość symbolowa, liczba symboli transmitowanych przez kanał na sekundę; w praktyce F symb ≤ 2 B

Widmowa gęstość mocy szumu

n 0 = N B

Wzór Shannona-Hartleya. Przepustowość informacyjna analogowego kanału pasmowego C = B log 1

( + SNR) = B log 1

(

2

2

+ σ σ )

2

2

s

z

Przepustowość graniczna kanału analogowego

S

C∞ = lim { B log

+

≈

b s

2 (1

SNR )} 1.44

[ / ]

B→∞

n 0

S = const

n = const

0

Logarytm przy podstawie 2

y = log 2 x ==> x = 2y

Obliczanie w oparciu o logarytm naturalny

log 2 x = ln x / ln 2; ln 2 = log e 2 ≈ 0.6931

1 / ln 2 ≈ 1.4427

Zad. 1. Dla „rozmównego” kanału telefonicznego uzupełnić poniższą tabelę zakładając, że szybkość symbolowa F symb odpowiada podwojonej szerokości pasma kanału.

SNR [dB]

C [kbps]

C/F symb [bit/symbol]

2

15

10

40

54.8

60

Zad. 2. Zakładając w kanale SNR = −5dB określić wymaganą minimalną szerokość pasma kanału B min zapewniającą przepustowość C ≥ 10kbit/s. Wyznacz graniczną przepustowość (dla B → ∞) tego kanału przy założeniu, że moc sygnału nie ulega zmianie (SNR = −5dB w pasmie o szerokości

dr inż. Marek Blok

2010-10-15 10:30:00

B min) a szum w kanale jest szumem białym. Dla tych samych założeń wyznacz wymaganą szerokość pasma kanału zapewniającą przepustowości kanału wynoszącą 10% oraz 90%

przepustowości granicznej. Określ SNR w kanale dla wyznaczonych szerokości pasma.

Zad. 3. Pasmo kanału dla modemu ADSL (asymetryczna cyfrowa linia abonencka) podzielone jest na dwa podzakresy: zakres 26 - 272 kHz, to tzw. upstream, wykorzystywany do przesyłania danych w kierunku od użytkownika do sieci; zakres 272 kHz - 1,1 MHz stanowi tzw. downstream, przeznaczony do transmisji w kierunku odwrotnym. Wyznacz przepustowość tych podkanałów przy założeniu, że w całym kanale SNR = 30 dB, szum w kanale jest szumem białym, a moce sygnałów w obydwu podkanałach są proporcjonalne do ich szerokości.

Zad. 4. Maksymalna szybkość transmisji modemu ADSL w dół wynosi 8 Mb/s a w górę 1Mb/s (osiągana tylko na krótkich liniach telefonicznych, nie przekraczających 2.7 km od centrali do abonenta). Wyznacz minimalny SNR wymagany w tych podkanałach by osiągnąć taką przepustowość oraz liczbę bitów przypadających na jeden symbol przy założeniu, że szybkość symbolowa pokrywa się z szerokością pasma kanału. Na linii o długości 5.5 km co stanowi teoretyczny maksymalny zasięg modemu ADSL można uzyskać w podkanale w dół już tylko 2

Mb/s. O ile pogorszył się SNR w tym podkanale? Jak zmieni się przepustowość podkanału w górę jeżeli w tym podkanale SNR pogorszy się w takim samym stopniu jak w podkanale w górę?

Zad. 5. Mamy 16 użytkowników pracujących w podkanałach o szerokości 10kHz z taką mocą, że uzyskujemy SNR = 20dB. Oblicz

a) przepustowość kanału dla jednego użytkownika,

b) sumaryczną przepustowość jaką uzyskają wszyscy użytkownicy, c) przepustowość pojedynczego użytkownika pracującego w całym kanale z mocą taką jak pojedynczy użytkownik,

d) przepustowość pojedynczego użytkownika pracującego w całym kanale z mocą odpowiadającą sumarycznej mocy wszystkich użytkowników,

e) przepustowość pojedynczego użytkownika pracującego w całym kanale z mocą taką jak pojedynczy użytkownik, gdy wszyscy użytkownicy pracują w tym samym pasmie (niezależnie pracujące stacje) <= sygnały z pozostałych stacji należy traktować jako niezależne zakłócenie, f) jak w (e) tylko przy założeniu, że pracuje jedynie połowa użytkowników.