podstawy telekomunikacji

Komentarze

Transkrypt

podstawy telekomunikacji
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)
•
•
•
Instytut Telekomunikacji
Podstawy telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
2
Cel wykładu:
Przedstawienie
podstawowych
pojęć stosowanych w dziedzinie
wiedzy i techniki, jaką jest
telekomunikacja
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
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
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
4
Definicja telekomunikacji
wg. Encyklopedii Powszechnej PWN:
„Telekomunikacja
- dziedzina działalności ludzkiej dotycząca
przekazywania na odległość wiadomości za
pośrednictwem sygnałów
(zwykle elektrycznych).”
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
5
Wiadomości:
‹
znaki pisma
‹
mowa
‹
muzyka i inne dźwięki
‹
obrazy nieruchome
‹
obrazy ruchome
‹
dane alfa-numeryczne
‹
sygnały pomiarowe
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
6
Wiadomości
W
telekomunikacji ograniczamy się do
formy (kształtu) wiadomości, nie wchodząc
w jej treść merytoryczną czy też zawartość
uczuciową
(różnica z definicją informacji)
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
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.
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
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,
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
9
TELEGRAFIA c.d.
Łącze telegraficzne
(teleksowe)
Dalekopis
Dalekopis
Centrala
teleksowa
Łącze dostępowe
(telefoniczne, teleksowe)
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Centrala
teleksowa
Łącze międzycentralowe
(telefoniczne)
Łącze dostępowe
(telefoniczne, teleksowe)
Podstawy telekomunikacji cz. I
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
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
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
Podstawy telekomunikacji cz. I
Szybkość transmisji to odwrotność elementu jednostkowego 
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
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
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
t4
t5
t6
t7
t8
t9
t10
t11
t12
t13
t14
t15
t
Podstawy telekomunikacji cz. I
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)
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
14
Telefonia
‹
‹
Procedura przekazywania
informacji - rozmowa
Fala akustyczna ¿ mikrofon ¿
fala elektromagnetyczna ¿ sieć
¿ fala elektromagnetyczna ¿
słuchawka ¿ fala akustyczna
Sieć
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
15
CECHY SYGNAŁU ANALOGOWEGO SINUSOIDY
sinusoida
Amplituda
A
T
T
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
1
f =
[ Hz ]
T
Podstawy telekomunikacji cz. I
16
CECHY FALI AKUSTYCZNEJ I SYGNAŁU
TRANSMISYJNEGO
Sygnał akustyczny
Amplituda
A2
A1
T
Tmin
Dynamika
A2
D=
A1
Tmax
Pasmo ∆ f = f
f
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
max
=
1
T
min
max
− f
min
f
=
min
[ Hz ]
1
T
max
Podstawy telekomunikacji cz. I
17
KRYTERIA JAKOŚCI
Podstawowe kryteria jakości transmisji mowy to:
- głośność (tłumienie)
- wyrazistość (funkcja pasma przenoszenia)
- zrozumiałość (jw.)
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
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
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
19
TŁUMIENNOŚĆ TORU
Przykład dla toru kablowego, symetrycznego:
α
km
200
150
100
50
0
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
20
40
60
80
100 f [kHz]
Podstawy telekomunikacji cz. I
20
TŁUMIENNOŚĆ TORU
PROBLEM:
jak zwiększyć zasięg (konieczność
zapewnienia odpowiedniego poziomu sygnału tj. głośności).
Urządzenie
Telekom.
Urządzenie
Telekom.
Urządzenie
Telekom.
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Wzmacniak
Urządzenie
Telekom.
Podstawy telekomunikacji cz. I
21
Przeciętny zakres słyszalności
i poziomów natężeń dźwięków podczas mowy
p [dB]
80
Próg bólu
70
tłumienność
60
50
Próg słyszalności
40
30
100
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
10 000 f [Hz]
Podstawy telekomunikacji cz. I
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?
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
23
WYRAZISTOŚĆ
Wyrazistość to prawdopodobieństwo
poprawnego odbioru przekazywanych
elementów fonetycznych lub
lingwistycznych języka, bez określonego znaczenia fonetycznego.
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
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.).
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
25
ZROZUMIAŁOŚĆ
Prawdopodobieństwo poprawnego zrozumienia
przekazywanych elementów lingwistycznych o
określonym znaczeniu semantycznym
(wyrazów) lub logicznym (zdań).
Zrozumiałość > wyrazistość
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
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)
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
27
Pasmo telefoniczne
3 100
300
3 400
f [Hz]
Przyjęto szerokość pasma telefonicznego podstawowego =
4 kHz
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
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
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
29
Symilografia - fax
Przesyłanie
obrazów nieruchomych
Pasmo: 0 - 1000 Hz
przyjmuje się pasmo telefoniczne
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
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)
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
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).
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
32
SYGNAŁ TRANSMISJI DANYCH
i u
1
t0
0
t1
ε
1
t2
0
t3
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
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
Podstawy telekomunikacji cz. I
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.
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
34
Transmisja danych cd.
Jakość
transmisji danych:
elementowa stopa błędów =
elementy odebrane błędnie
elementy nadane
wartości: 10-6 ÷ 10-9 (w zależności od zastosowań)
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
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
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
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
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
37
TOR TELETRANSMISYJNY
Tor teletransmisyjny - droga od jednego urządzenia
sieciowego do drugiego urządzenia sieciowego.
CK
Tor teletransmisyjny
CK
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
CMM
Podstawy telekomunikacji cz. I
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).
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
39
Główne problemy teletransmisji
Realizacja
cienkich strug energii (tory
teletransmisyjne)
Walka ze zniekształceniami i zakłóceniami
Wielokrotne wykorzystywanie torów
telekomunikacyjnych
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
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.
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
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
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
B
Podstawy telekomunikacji cz. I
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
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
a
b
Łącze AB
CMM
B
Podstawy telekomunikacji cz. I
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
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
10 6
10 8
1 0 10 101 2
10 1 4
1016
1018 10 20
10 22
Podstawy telekomunikacji cz. I
Hz
44
Klasyfikacja torów telekomunikacyjnych
Tory telekomunikacyjne
przewodowe
s ymetryczne
ws półos iowe
radiowe
pros te
świa tłowodowe
łamane
s atelitarne
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
45
Tory symetryczne
Kabel miejscowy
Kabel dalekosiężny
Kabel teleinformatyczny
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
46
Tor koncentryczny
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
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
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
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
Podstawy telekomunikacji cz. I
48
Tor światłowodowy
pokrycie ze wnę trzne
pła szcz n=1,46
Promień
świe tlny
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
rdzeń n=1,48
Podstawy telekomunikacji cz. I
49
Tor światłowodowy
Dług oś ć
od cinkó w
re ge n.
[km]
0
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
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
Podstawy telekomunikacji cz. I
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
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
1
10
1 00
1 GH z
10
10 0
1 THz
czę stotliwo ś ć
Podstawy telekomunikacji cz. I
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
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
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
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
W opracowaniu
Podstawy telekomunikacji cz. I
53
Kryterium podziału - przeznaczenie:
Telekomunikacja porozumiewawcza
dwupunktowa
rozsiewcza
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
wielopunktowa
zbiorcza
docelowa
Podstawy telekomunikacji cz. I
54
Kryterium podziału - przeznaczenie:
Telekomunikacja rozsiewcza np.: radio, telewizja
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
55
Kryterium podziału - przeznaczenie:
Telekomunikacja zbiorcza np.: systemy nadzoru, monitoringu, alarmowe
(transmisja danych)
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
56
Kryterium podziału - przeznaczenie:
Telekomunikacja porozumiewawcza
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
57
Kryterium podziału - przeznaczenie:
Przykładowy wyjątek (wyjątki potwierdzają
regułę) - usługi przywoławcze (paging)
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
58
Kryterium podziału rodzaj czynności
‹ Technika
przetwarzania (wiadomości na
sygnał i odwrotnie)
‹ Technika przesyłania sygnałów
(teletransmisja)
‹ Technika łączenia (telekomutacja)
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
59
Kryterium podziału - działalność gospodarcza
‹ Usługi
‹ Produkcja
‹ Kooperacja
‹ Doradztwo
‹ Kultura
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
i rozrywka
Podstawy telekomunikacji cz. I
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).
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji cz. I
61

Podobne dokumenty