podstawy telekomunikacji

Transkrypt

PODSTAWY TELEKOMUNIKACJI
Dr

inż. Bogdan Zbierzchowski
Telefon: 0-22-234-75-38 (Politechnika)
E-mail: [email protected]
Wykłady (kopie slajdów) można znaleźć na stronie internetowej:
http://www.zpt.tele.pw.edu.pl
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
1
WYKŁADY
W ZAKŁADZIE PODSTAW TELEKOMUNIKACJI
Plansze i materiały pomocnicze do wykładów
Układy Logiczne (ULOGT)
•
•
•
Podstawy telekomunikacji
2
Cel wykładu:
Przedstawienie
podstawowych
pojęć stosowanych w dziedzinie
wiedzy i techniki, jaką jest
telekomunikacja
3
Program wykładu:
Definicja telekomunikacji
Rodzaje wiadomości (sygnałów) telekomunikacyjnych i ich właściwości z
punktu widzenia przekazywania z odpowiednią jakością
Media telekomunikacyjne wykorzystywane do przesyłania sygnałów
Klasyfikacja telekomunikacji
Systemy transmisyjne analogowe i cyfrowe
Systemy komutacyjne
Sieci telekomunikacyjne stacjonarne
Sieci telekomunikacyjne ruchome
Systemy dostępowe
Internet
4
Definicja telekomunikacji
wg. Encyklopedii Powszechnej PWN:
„Telekomunikacja
- dziedzina działalności ludzkiej dotycząca
przekazywania na odległość wiadomości za
pośrednictwem sygnałów
(zwykle elektrycznych).”
5
Wiadomości:

znaki pisma

mowa

muzyka i inne dźwięki

obrazy nieruchome

obrazy ruchome

dane alfa-numeryczne

sygnały pomiarowe
6
Wiadomości
W
telekomunikacji ograniczamy się do
formy (kształtu) wiadomości, nie wchodząc
w jej treść merytoryczną czy też zawartość
uczuciową
(różnica z definicją informacji)
7
TELEGRAFIA
Telegrafia to telekomunikacja porozumiewawcza, której zadaniem jest
(było) przekazywanie i reprodukcja treści dokumentów zawierających
pismo drukowane, odręczne, rysunki itp.
Telegrafia dzieliła się na:
- telegrafię alfabetową (potoczne - usługa telegraficzna, teleks),
- telegrafię kopiową (faksymilografia, telekopia).
Uwaga: dzisiaj funkcje te spełnia fax.
8
TELEGRAFIA
Rok 1928 łączność telegraficzna z USA na falach
długich 13,34 KHz
Wysokość masztów: 127 m, długość anteny: 3,5 km
Stare Babice,
9
TELEGRAFIA c.d.
Łącze telegraficzne
(teleksowe)
Dalekopis
Dalekopis
Centrala
teleksowa
Łącze dostępowe
(telefoniczne, teleksowe)
Centrala
teleksowa
Łącze międzycentralowe
(telefoniczne)
Łącze dostępowe
(telefoniczne, teleksowe)
10
SYGNAŁ TELEGRAFICZNY TG
i
u
Start
Stop
St
t1
1
t2
ε
2
t3
ε
3
t4
ε
4
t5
ε
5
Sp
ε
t7
1,5 ε
t6
ε
I1
t8
t
7,5 ε
11
i
St
t2
20 ms
1
t3
20 ms
2
t4
20 ms
3
t5
20 ms
4
t6
20 ms
5
t7
30 ms
Sp
t8
Minimalny czas pomiędzy elementami znamiennymi:  = 20 ms
Minimalny czas elementu STOP Sp = 30 ms
t1
20 ms
7,5 ε
Szybkość transmisji to odwrotność elementu jednostkowego 
t
I1
12
Szybkość transmisji tg. - c.d.
Charakter sygnału telegraficznego jest arytmiczny (występują miedzy momentami
znamiennymi odległości czasowe większe od 20 ms - np. STOP - tmin. 30 ms). Szybkość
transmisji w bodach (50 bodów).
i u
St 1
t1 t2
2
t3
3
4
5
t4 t5
Litera Y
Sp
t7
t6
St 1
t 1 t2
2
t3
t min=30 ms
3
4
t 4 t5
Litera A
5
t6
Sp
t7
t
Sygnał izochroniczny to sygnał o określonej stałej (ze zdefiniowaną dokładnością) minimalnej
odległości czasowej pomiędzy momentami znamiennymi. Szybkość transmisji wyrażana w
bit/s.
i u
t0
t1 ε t2
t3
t4
t5
t6
t7
t8
t9
t10
t11
t12
t13
t14
t15
t
13
Telegrafia cd.
Jakość przekazu w telegrafii:
wierność telegraficzna =
zalecana wartość: 0,99997
znakowa stopa błędów =
zalecana wartość:
3•10-3
znaki odebrane poprawnie
znaki nadane
znaki odebrane błędnie
znaki nadane
Wymagane pasmo do 0,8 Vm (40 Hz)
14
Telefonia

Procedura przekazywania
informacji - rozmowa
Fala akustyczna ¿ mikrofon ¿
fala elektromagnetyczna ¿ sieć
¿ fala elektromagnetyczna ¿
słuchawka ¿ fala akustyczna
Sieć
15
CECHY SYGNAŁU ANALOGOWEGO SINUSOIDY
sinusoida
Amplituda
A
T
T
1
f =
[ Hz ]
T
16
CECHY FALI AKUSTYCZNEJ I SYGNAŁU
TRANSMISYJNEGO
Sygnał akustyczny
Amplituda
A2
A1
T
Tmin
Dynamika
A2
D=
A1
Tmax
Pasmo ∆ f = f
f
max
=
1
T
min
max
− f
min
f
=
min
[ Hz ]
1
T
max
17
KRYTERIA JAKOŚCI
Podstawowe kryteria jakości transmisji mowy to:
- głośność (tłumienie)
- wyrazistość (funkcja pasma przenoszenia)
- zrozumiałość (jw.)
18
TŁUMIENNOŚĆ (czwórnika, toru)
Za
E
Uwy
Uwe
Zb
Tamowność Γ = A + jB, A − tłumienność, B − przesuwność
A = 10 lg
U we
U wy
[dB]
Tłumienność i przesuwność jest funkcją częstotliwości f
Dla torów teletransmisyjnych określa się je dla odcinków
kilometrowych jako tłumienność jednostkową α w dB/km
19
TŁUMIENNOŚĆ TORU
Przykład dla toru kablowego, symetrycznego:
α
km
200
150
100
50
0
20
40
60
80
100 f [kHz]
20
TŁUMIENNOŚĆ TORU
PROBLEM:
jak zwiększyć zasięg (konieczność
zapewnienia odpowiedniego poziomu sygnału tj. głośności).
Urządzenie
Telekom.
Urządzenie
Telekom.
Urządzenie
Telekom.
Wzmacniak
Urządzenie
Telekom.
21
Przeciętny zakres słyszalności
i poziomów natężeń dźwięków podczas mowy
p [dB]
80
Próg bólu
70
tłumienność
60
50
Próg słyszalności
40
30
100
10 000 f [Hz]
22
TŁUMIENNOŚĆ TORU
¾
Tłumienność toru rośnie wraz ze wzrostem częstotliwości.
¾
Dostępne pasmo jest ograniczone, trzeba w nim zmieścić jak
najwięcej sygnałów telefonicznych.
Pytanie:
czy należy przesyłać całe pasmo nadawanego
sygnału mowy ?
jeśli nie, to jaki fragment tego pasma jest wystarczający?
23
WYRAZISTOŚĆ
Wyrazistość to prawdopodobieństwo
poprawnego odbioru przekazywanych
elementów fonetycznych lub
lingwistycznych języka, bez określonego znaczenia fonetycznego.
24
WYRAZISTOŚĆ LOGATOMÓW
Logatom - zestaw dźwięków (sylab) bez
znaczenia semantycznego, statystycznie
oparty na częstotliwości występowania głosek
w danym języku, na zasadzie spółgłoskasamogłoska-spółgłoska (np. GUV, HUZ,
DONG, PROR, ZEG, SPIL itp.).
25
ZROZUMIAŁOŚĆ
Prawdopodobieństwo poprawnego zrozumienia
przekazywanych elementów lingwistycznych o
określonym znaczeniu semantycznym
(wyrazów) lub logicznym (zdań).
Zrozumiałość > wyrazistość
26
WYRAZISTOŚĆ A ZROZUMIAŁOŚĆ
0,98
%
z
100
80
60
40
20
0
20
40
60
80 100
0,87
w
%
ZROZUMIAŁOŚĆ = WYRAZISTOŚĆ + INTELIGENCJA
(DOMYŚLNOŚĆ)
27
Pasmo telefoniczne
3 100
300
3 400
f [Hz]
Przyjęto szerokość pasma telefonicznego podstawowego =
4 kHz
28
Radiofonia
p [dB]
Pasmo radiofoniczne HI FI
80
70
60
50
Pasmo telefoniczne
40
30
30
300
1 000
3 400
15 000 20 000 f [Hz]
Kryterium jakości - naturalność dźwięków
29
Symilografia - fax
Przesyłanie
obrazów nieruchomych
Pasmo: 0 - 1000 Hz
przyjmuje się pasmo telefoniczne
30
Telewizja
Pasmo wynika z bezwładności wzroku i konstrukcji obrazu
Bezwładność oka: 1/15 sekundy
Obraz: 625 linii 4/3 x 625 punktów w linii (obraz 4 x 3)
N = 520 800 elementów analizowane w czasie 1/25 sekundy
Pasmo: 25 Hz - 6,5 MHz (TV czarno biała)
31
TRANSMISJA DANYCH TD
Transmisja danych to usługa transmisji pomiędzy urządzeniami
(stacjami) końcowymi (abonentami), charakteryzującymi się
impulsową postacią sygnałów wejściowych i wyjściowych.
Przykład: transmisja pomiędzy komputerami to transmisja danych.
Przypomnienie: w telefonii sygnały wejściowe i wyjściowe urządzeń
końcowych (aparatów telefonicznych) mają charakter analogowy
(ciągły).
32
SYGNAŁ TRANSMISJI DANYCH
i u
1
t0
0
t1
ε
1
t2
0
t3
1
t4
1
t5
0
t6
0
1
0
0
0
1
1
0
1
t7
t8
t9
t10
t11
t12
t13
t 14
t 15
t
33
SZYBKOŚCI TRANSMISJI DANYCH
i
u
1
t1
0
1
t2
t3
t
0
1
4
t
5
1
0
t6
t7
t
Szybkość transmisji danych (bit/sek) to odwrotność odstępu
jednostkowego wyrażonego w sek.
Przykładowe szybkości: 200, 600, 1200, 2400, 9600, ...
48000 bit/sek.
34
Transmisja danych cd.
Jakość
transmisji danych:
elementowa stopa błędów =
elementy odebrane błędnie
elementy nadane
wartości: 10-6 ÷ 10-9 (w zależności od zastosowań)
35
Łańcuch informacyjny
i telekomunikacyjny
S ygn a ł
pie rwotny
S yg n a ł
p ie rwotny
Droga sygna łu e le ktryczn e go
Źród ło
info rm acji
Apa ra t
p rz e twó rc zy
Ła ńcuch te le komun ika cyjny
Apa ra t
p rze twó rc zy
O dbio rnik
info rm a cji
Ła ńcuch informa cyjny
36
Łańcuch telekomunikacyjny
Syg na ł
p ierwotn y
S ygn a ł
S ygn a ł
Z A K Ł Ó C E N I A
S ygn a ł
p ie rwotny
Wia d om oś ć
Wia dom o ś ć
Apa ra t
p rz e twó rczy
ZN IE KS ZTAŁC E NIA
Drog a s ygna łu e le ktryczne go
Apa ra t
p rz etwó rc zy
Ła ńcu ch te le ko mu nika cyjn y
37
TOR TELETRANSMISYJNY
Tor teletransmisyjny - droga od jednego urządzenia
sieciowego do drugiego urządzenia sieciowego.
CK
Tor teletransmisyjny
CK
CMM
38
TELETRANSMISJA
TELETRANSMISJA (def.) - dział telekomunikacji
odpowiedzialny za przesyłanie sygnałów
telekomunikacyjnych od punktu do punktu drogą:
- przewodową (teletransmisja kablowa - miedziana,
falowodowa, światłowodowa),
- radiową (teletransmisja radiowa wykorzystująca
fale radiowe - radiolinie, urządzenia radiowe
nadawczo-odbiorcze).
39
Główne problemy teletransmisji
Realizacja
cienkich strug energii (tory
teletransmisyjne)
Walka ze zniekształceniami i zakłóceniami
Wielokrotne wykorzystywanie torów
telekomunikacyjnych
40
TOR TELETRANSMISYJNYJNY
Tor telekomunikacyjny jest to urządzenie, będące układem
biernym, umożliwiające ruch fal elektromagnetycznych
(świetlnych), w kanale przestrzennym w taki sposób, że
energia tych fal zostaje skupiona w umyślnym walcu o
dostatecznie małym promieniu.
Przykłady torów:
- przewodowe (symetryczne, koncentryczne),
- światłowodowe,
- radiowe (radiolinie),
- falowodowe.
41
KANAŁ TELEKOMUNIKACYJNY
Kanał telekomunikacyjny jest to zespół środków
technicznych umożliwiających przesyłanie sygnałów
telekomunikacyjnych od punktu A do punktu B ALBO od
punktu B do punktu A .
a
CK
a’
b
b’
CMM
A
B
42
ŁĄCZE TELEKOMUNIKACYJNE
Łącze telekomunikacyjne jest to zespół środków
technicznych umożliwiających przesyłanie sygnałów
telekomunikacyjnych od punktu A do punktu B I od punktu
B do punktu A.
CK
A
a
b
Łącze AB
CMM
B
43
prze wo d owe
u ltrafiole t
ra diowe
ś wia tło
tele komunikacyjn e
po dcze rw ień
e nerge tyczna
Fale elektromagnetyczne
Roe n tgena ,
ga mm a ,
kos m iczne
f
1 00
1 02
10 4
10 6
10 8
1 0 10 101 2
10 1 4
1016
1018 10 20
10 22
Hz
44
Klasyfikacja torów telekomunikacyjnych
Tory telekomunikacyjne
przewodowe
s ymetryczne
ws półos iowe
radiowe
pros te
świa tłowodowe
łamane
s atelitarne
45
Tory symetryczne
Kabel miejscowy
Kabel dalekosiężny
Kabel teleinformatyczny
46
Tor koncentryczny
47
Tor koncentryczny - zasięgi
Znamionowe długości odcinków [km]
Rodzaj toru
Odcinki wzmacniakowe dla systemów
analogowych [MHz]
współosiowego
1,3
4
6
12
9÷9,7 9÷9,7 9÷9,7 4,5÷4,8
2,6/9,5
1,2/4,4
2,6
6÷8
0,7/2/9
4
3
2
40÷60
Odcinki regenarotorowe
dla systemów cyfrowych
[Mbit/s]
2
8
1,5
11
34
150 560
9,5
5,5
4
2,4
2,8
13 6,5 2,5
48
Tor światłowodowy
pokrycie ze wnę trzne
pła szcz n=1,46
Promień
świe tlny
rdzeń n=1,48
49
Tor światłowodowy
Dług oś ć
od cinkó w
re ge n.
[km]
0
19 83
5 65 Mbit/s
1 9 89
1300 n m
1500 n m
1,2 Gb it/s
1500 n m
13 00 n m
15 00 n m
15 00 n m
19 86
1 ,2 Gb it/s
1300 n m
13 00 n m
140 /Mb it/s
13 00 n m
50
5 65 Mb it/s
13 00 n m
1500 n m
100
13 00 n m
1 40 /Mb it/s
15 00 n m
1 40 /Mb it/s
ro k
50
Tłumienności torów przewodowych
wie lom od owe
je d nom o dow e
s ko ko we
g rad ie ntowe
Tłu mien n oś ć
d B/km
1 00 0
1 00
ne
r yc z 2 / 4, 4
t
e
s ym
. 1 , 6/ 9, 5
n
o
K n. 2 ,
Ko
10
1
0 ,1
ś wia tło wo dy
0,1
1
10
1 00
1 GH z
10
10 0
1 THz
czę stotliwo ś ć
51
Tory Radiowe
sa telita
te lekomunikacyjny
orbita geosta cjonarna
36 000 km
sa telita rna
łamana
pros ta
70 km
do 13 000 km
52
Tor radiowy - pasma dla linii
horyzontowych
Pasmo [GHz]
Przeznaczenie
1,7 do 2,3
2,5 do 2,7
Systemy małej i średniej krotności
3,4 do 4,2
Systemy średniej krotności
6,3 do 7,11
Systemy 140 Mbit/s
10,7 do 11,7
Systemy średniej i dużej krotności
12,75 do 13,25
14,5 do 15,35
17,7 do 19,7
Ponad 40
W opracowaniu
53
Kryterium podziału - przeznaczenie:
Telekomunikacja porozumiewawcza
dwupunktowa
rozsiewcza
wielopunktowa
zbiorcza
docelowa
54
Telekomunikacja rozsiewcza np.: radio, telewizja
55
Telekomunikacja zbiorcza np.: systemy nadzoru, monitoringu, alarmowe
(transmisja danych)
56
Telekomunikacja porozumiewawcza
57
Przykładowy wyjątek (wyjątki potwierdzają
regułę) - usługi przywoławcze (paging)
58
Kryterium podziału rodzaj czynności
Technika
przetwarzania (wiadomości na
sygnał i odwrotnie)
Technika przesyłania sygnałów
(teletransmisja)
Technika łączenia (telekomutacja)
59
Kryterium podziału - działalność gospodarcza
Usługi
Produkcja
Kooperacja
Doradztwo
Kultura
i rozrywka
60
Kryterium podziału - działalność gospodarcza
Usługi - definicja:
„Usługa stanowi przedmiot całościowej oferty
komercyjnej, cechującej się jedną lub więcej
podstawowymi funkcjami usługowymi, która
może być opcjonalnie wzbogacona o inne
funkcje.”
UWAGA: podstawowe znaczenie tradycyjne i
ekonomiczne mają usługi foniczne (telefoniczne).
61

podstawy telekomunikacji

Transkrypt

Podobne dokumenty