Saturday, April 26, 2008

přijatelná, 2 – špatná, 1 – nepřijatelná. Kvalita 4 se označuje také jako „hovorová“, kvalita 3-4
jako „komunikační“ a kvalita 3 a menší jako „syntetická“.
Zdrojové kódování akustických signálů, s kmitočtovým rozsahem 10 Hz až 20 kHz u
nichž se vyžaduje vysoká věrnost reprodukce, se provádí s využití poznatků psychoakustiky a
s pomocí rychlých signálových procesorů. Využívá se zejména subpásmového kódování SBC
(Subband-Coding) a maskovacího efektu lidského sluchu. Používané kódovací systémy lze
rozdělit do dvou základních skupin, a to na systémy s prediktivním kódováním a systémy
s transformačním kódováním. Uvedené zdrojové kódování se používá také u perspektivních
rozhlasových a televizních digitálních systémů DAB (Digital Audio Broadcasting) a DVB
(Digital Video Broadcasting).
U obrazových signálů s kmitočtovým rozsahem do 6 MHz se vyskytují dva základní
typy redundance, a to prostorová a časová. Jednotlivé body obrazu jsou charakterizovány
základními parametry, a to jasem, barevným tónem a sytostí, které bývají vyjádřeny jasovým
a dvěma chrominančními signály. Prostorová redundance vzniká v důsledku vzájemné
korelace jednotlivých parametrů sousedních bodů obrazu. K její redukci se používá
transformačního kódování, které je tím účinnější, čím větší je vzájemná korelace příslušných
parametrů sousedních bodů obrazu. U obrazu, jehož jasový signál má charakter šumového
signálu, je vzájemná korelace parametrů sousedních bodů velice nízká, případně nulová, a
proto zdrojové kódování přestává být účinné – nedochází téměř k žádné redukci bitového
toku. U pohyblivých obrazů se kromě prostorové redundance uplatňuje i redundance časová.
Ta vzniká v důsledku toho, že parametry jednotlivých bodů obrazu jsou v následujícím i
předchozím snímku znatelně korelovány (pokud se ovšem právě skokem nezmění scéna –
například střih na hlasatelku, atd.). K redukci časové redundance se využívá predikce pomocí
snímků I (Intra Frame), P (Predict Frame) a B (Bidirectional Frame), kombinované s tzv.
vektory pohybu. Ke snížení přenosové rychlosti bitového toku obrazových signálů napomáhá
také potlačení irelevantní složky v obrazovém signálu. Využívá se především maskovacího
jevu lidského zraku, který spočívá v omezených schopnostech lidského oka rozeznat jemné
prostorové detaily, detaily barevných ploch, atd. Míra redukce irelevance je subjektivní
veličinou a její stanovení se provádí statistickým vyhodnocením výsledků hodnocení kvality
obrazu velkým množství pozorovatelů. Lze ji nastavit vhodným kvantováním koeficientů
získaných po transformaci. K nejznámějším systémům zdrojového kódování obrazů patří
standardy JPEG (Joint Photographic Experts Group) a MPEG (Motion Picture Experts
Group). Kompresní poměr lze nastavovat v závislosti na požadované kvalitě obrazu
v širokých mezích a může dosahovat hodnot až cca 150:1.

Saturday, April 19, 2008

Pro zdrojové kódování hovorových (řečových) signálů (horní mezní kmitočet
nejvýše 4 kHz) se používají kodéry, které lze rozdělit do tří základních skupin. První z nich
jsou kodéry tvarového průběhu (Waveform Coders), realizující tzv. zdrojové kódování tvaru
vlny. Jsou konstruovány tak, aby se časový průběh analogového signálu na výstupu dekodéru
co nejvíce shodoval s časovým průběhem analogového signálu na vstupu kodéru. Druhou
skupinu tvoří vokodéry (Vocoders, Voice Coders), realizující tzv. parametrické zdrojové
kódování. Při tomto způsobu kódování není přenášen původní signál, ale pouze jeho
charakteristické parametry, vytvořené na základě analýzy původního signálu. Na přijímací
straně je pomocí těchto parametrů řízen syntezátor hovorových signálů. Reprodukovaný
signál má výrazný syntetický charakter. Třetí skupinu tvoří kodéry hybridní, které vznikají
kombinací kodérů obou předchozích skupin a vhodným způsobem spojují jejich přednosti.
Realizují hybridní zdrojové kódování. Kodéry všech tří uvedených skupin jsou relativně
jednoduché a tedy i levné, avšak redukce bitové rychlosti není příliš vysoká (kompresní
poměr je v rozmezí 2:1 až cca. 25:1). Hodnocení jejich kvality se provádí podle kritéria MOS
(Mean Option Score), které rozeznává 5 stupňů kvality: 5 – vynikající, 4 – dobrá, 3 –
18 Rádiové a mobilní komunikace

Wednesday, April 9, 2008

Výsledkem
zdrojového kódování je snížení přenosové rychlosti signálu, což se projeví v nižších
požadavcích na šířku pásma rádiového kanálu. Kvantitativní posouzení procesu zdrojového
kódování se provádí pomocí veličiny nazývané komprimační neboli kompresní poměr
CR (Compress Ratio), definované vztahem
[ ] − =
výst
vst
R
R CR , (2.1)
kde vst R a výst R jsou přenosové rychlosti digitálních signálů na vstupu a výstupu kodéru
zdroje, vyjádřené v s bit / . Kompresní poměr se také někdy udává ve tvaru x:1, např. 5:1.
Poznámka: Redundance (nadbytečnost) je definována jako větší množství dat, než je
množství nezbytně nutné pro přenos dané informace vzhledem ke ztrátám
v komunikačním kanálu. Je to tedy množství znaků, symbolů nebo bitů
v uvažovaném digitálním signálu, které je možné eliminovat, aniž by došlo ke
ztrátě užitečné informace. Redukce redundance je vratný proces, [10].
Irelevance je definována jako nepodstatná (zbytečná) složka informace, kterou
je možné ve zdrojovém kodéru zcela potlačit a dále již nepřenášet, neboť
příjemcem na přijímací straně stejně nemůže být vnímána. Redukce irelevance
je nevratný proces, představující ztrátu informace, [10].
Ne všechny systémy používané pro zdrojové kódování odstraňují redundanci a
irelevanci až přímo u digitálního signálu. U některých systémů se procesy analogovědigitálního
převodu a redukce redundance a irelevance provádějí v opačném pořadí, případně
se vzájemně prolínají. Výsledná přenosová rychlost digitálního signálu souvisí s šířkou pásma
původního analogového signálu (resp. s šířkou pásma signálu, který má být reprodukován na
přijímací straně) a počtem kvantovacích hladin. V závislosti na maximálním kmitočtu spektra
signálu se volí vzorkovací kmitočet a počet kvantovacích hladin určuje počet bitů pro
vyjádření jednoho vzorku signálu. Čím menší bude počet hladin, tím méně bitů bude
potřebných pro vyjádření každého vzorku signálu a tím menší bude i výsledná přenosová
rychlost. Zmenšení počtu kvantovacích hladin má však za následek zvýšení kvantizačního
šumu rekonstruovaného signálu na přijímací straně.

Monday, April 7, 2008

Kontrolní otázky
1. Popište mechanismus šíření rádiových vln v různých kmitočtových pásmech.
2. K čemu slouží kmitočtové tabulky?
3. Jaké znáte hlediska pro rozdělení radiokomunikačních systémů?
4. Nakreslete blokové schéma radiokomunikačního systému a vysvětlete funkci
jednotlivých bloků.
5. Napište Shannon-Hartleyův vztah, vysvětlete jednotlivé symboly a uveďte k čemu se
tento vztah používá.
6. Jaký tvar má radiokomunikační rovnice? Vysvětlete jednotlivé symboly.
2 Zpracování signálů
2.1 Zdrojové kódování
Libovolná informace, která má být přenesena digitálním radiokomunikačním
systémem, musí být nejdříve převedena na elektrický signál. K tomu účelu slouží převodníky
mechanických, optických, zvukových a jiných veličin na veličiny elektrické, nejčastěji napětí.
Vytvořený elektrický signál, obvykle v analogové podobě, se převádí na signál digitální
v analogově-digitálním převodníku, který může, ale nemusí být součástí kodéru zdroje
signálu.
Hlavním úkolem kodéru zdroje signálu neboli zdrojového kodéru je odstranit ze
signálu redundantní a irelevantní informace, případně je snížit na nejmenší míru. Proces
zdrojového kódování je nutný především při zpracování hovorových, zvukových a
obrazových signálů, které obsahují velké množství redundantních a irelevantních informací. U
Rádiové a mobilní komunikace 17
digitálních signálů generovaných počítačem je proces zdrojového kódování většinou zbytečný
neboť redundance a irelevance jsou u těchto signálů již minimalizovány.

Wednesday, April 2, 2008

Realizace těchto
systémů je podstatně složitější než systémů klasických, jejich výhody však převažují. Kromě
velké přenosové kapacity také velice efektivně využívají kmitočtové spektrum, které mohou
sdílet i s jinými radiokomunikačními systémy aniž by se vzájemně rušily. Dále mohou
pracovat v prostředí s vysokou úrovní poruch a rušení (i úmyslného), mají schopnost účinně
potlačovat úniky signálu a jejich činnost je velice obtížně identifikovatelná. Zpracování
signálu s poměrem 1 ≤ N S se v těchto systémech provádí na základě korelačního principu.
Výchozím bodem návrhu radiokomunikačního systému je radiokomunikační rovnice
umožňující ze zadaných parametrů výpočet (případně i volbu) parametrů ostatních. Nejčastěji
se udává ve tvaru
0 0
2
.
. . 4
N
P
T k
G L L
d
G P r r
p t t = 




ϕ π
λ . (1.9)
Jednotlivé symboly v této rovnici označují :
t P ..... celkový střední výkon vysílače měřený v napájecím bodě antény,
t G .... zisk vysílací antény,
λ ...... délka vlny,
d ..... vzdálenost mezi vysílací a přijímací anténou,
ϕ L .... ztráty nepřesným zaměřením antény (mohou se výrazně projevit především u vysoce
směrových antén),
p L .... ztráty polarizační (projevují se v případě, kdy elektromagnetické vlny dopadající na
anténu mají odlišnou polarizaci, než pro kterou je anténa určena),
r G .... zisk přijímací antény,
0 T ..... celková šumová teplota přijímacího systému (je dána součtem šumových teplot všech
částí systému - přijímače, antény, napáječe, ale i atmosféry, povrchu země, aj.),
Obr. 1.3: Závislost normované přenosové kapacity
a poměru signál-šum radiokomunikačního
systému na normované šířce pásma
16 Rádiové a mobilní komunikace
r P ..... střední výkon na výstupu přijímací antény,
0 0 .T k N = ..... spektrální výkonová hustota šumu na vstupu přijímače .
Součin t t G P . se nazývá efektivní izotropický vyzařovaný výkon a označuje se
zkratkou EIRP. Poměr zisku přijímací antény r G a šumové teploty přijímacího systému 0 T
se nazývá jakostní číslo přijímače a značí se T G , přičemž obě veličiny jsou vztaženy ke
vstupu přijímače.
Z radiokomunikační rovnice (1.9) lze určit, kromě jiných veličin, také výkon r P na
vstupu přijímače. Jeho hodnota by měla být vždy větší než určitý minimální výkon
min r P nutný pro správnou činnost navrhovaného systému. U analogových systémů musí být při
výkonu min r P zaručen požadovaný odstup signál-šum za demodulátorem, u digitálním
systémů musí být zaručena požadovaná chybovost BER. Pomocí veličiny min r P se určuje tzv.
systémový zisk definovaný vztahy
[ ] [ ] [ ] dBm P dBm P dB G r t dB syst min − = nebo [ ]
min
r
t
syst P
P G = − . (1.10)
Systémový zisk dB syst G musí být větší (minimálně rovný) než součet všech ztrát zmenšený o
zisky přijímací a vysílací antény.