Media transmisyjne Opracował: Dr inż.. Sławomir KULA

Transkrypt

1 Media transmisyjne Opracował: Dr inż.. Sławomir KULA 1

2 Transmisja i medium transmisyjne Transmisja to przesyłanie sygnałów między dwoma lub wieloma punktami oddalonymi w przestrzeni. W telekomunikacji sygnały te mają postać fal elektromagnetycznych radiowych, świetlnych, albo prądu elektrycznego i z reguły reprezentują inne przetworzone na nie sygnały np.. mowę, wideo, bądź dane. Transmitowane sygnały przenoszą energię na odległość wykorzystując do tego pewną przestrzeń - medium transmisyjne.

3 Kanał telekomunikacyjny Kanał telekomunikacyjny rzeczywisty - z zakłóceniami Nad t Kanał telekomunikacyjny bez zakłóceń + yt Odb zakłócenia yt t kt+zt Yω X ω K ω+z ω 3

4 Przykład kanału telekomunikacyjnego medium transmisyjne entrala telefoniczna A Krotnica nadawcza odbiorcza odbiorcza nadawcza Krotnica entrala telefoniczna B 4

5 Systemy transmisyjne a tor transmisyjny * Sygnał elektryczny albo optyczny Sygnał elektryczny albo optyczny Urządzenie SDH PDH Urządzenia konwertujące Tor transmisyjny Urządzenia konwertujące Urządzenie SDH PDH Kabel współosiowy albo światłowód Przewodowy kabel współosiowy, skrętka, kabel koncentryczny, światłowód albo bezprzewodowy Kabel współosiowy albo światłowód * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Systemy teletransmisyjne. WKŁ, 004 5

6 Media transmisyjne * Media transmisyjne falowodowe przewodowe bezprzewodowe kablowe drutowe światłowodowe metalowe * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Systemy teletransmisyjne. WKŁ, 004 współosiowe symetryczne 6

7 Para przewodów symetrycznych * l d φ D * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe DSL w przygotowaniu 7

8 Budowa kabla koncentrycznego współosiowego * osłona dielektryk oplot miedziany Żyła albo linka ekran * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe DSL w przygotowaniu 8

9 Budowa kabla światłowodowego * d wzmocnienie tuba płaszcz Włókno optyczne powłoka D * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe DSL w przygotowaniu 9

10 Budowa falowodu 10

11 Budowa kabla telekomunikacyjnego * pancerz osłona żyła zapora przeciw wilgotnościowa Izolacja żyły wiązka wypełnienie ekran powłoka * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe DSL w przygotowaniu 11

12 Budowa kabla telekomunikacyjnego * Kabel czwórkowy, pęczkowy Kabel parowy warstwowy * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe DSL w przygotowaniu 1

13 Budowa kabla teleinformatycznego * UTP FTP STP powłoka ekran ekran pary Izolacja żyły żyły folia estrofolowa żyła uziemiająca * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe DSL w przygotowaniu 13

14 Pasmo przepustowe kable teleinformatyczne amerykańska normy EIA/TIA europejska normy ETSI pasmo [MHz] Kategoria 1 Klasa A 0,1 Kategoria Klasa B 1 Kategoria 3 Klasa 10 Kategoria 4 Klasa 16 Kategoria 5 Klasa D 100 Kategoria 6 Klasa E 50 Kategoria 7 Klasa F

15 Para przewodów symetrycznych * l d φ D * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe DSL w przygotowaniu 15

16 Model linii * R L G R L G R L G Linia długa l > λ 10 Inaczej: przesunięcie fazy sygnału po przejściu przez linię nie jest większe niż 0,1 kąta pełnego * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe DSL w przygotowaniu 16

17 17 Równanie linii długiej Równanie linii długiej * * i i + δ δ u u + δ δ * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe DSL w przygotowaniu R L G u i + czwórnik t u Gu i t i L Ri u δ δ δ δ δ δ δ δ u u dt d u u G i i i t i L i R u u u δ δ δ δ δ δ δ δ δ δ

18 Linie pola elektrycznego i magnetycznego * H E E H. y z kierunek ruchu falowego energii elektromagnetycznej linia symetryczna linia koncentryczna E H 0 E r H φ 0 * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe DSL w przygotowaniu 18

19 Parametry pierwotne linii Rezystancja jednostkowa R [Ω/km] R χ R 0 + R + R + R p n b Z reguły w zakresie od kilkudziesięciu do kilkuset Ω/km Indukcyjność jednostkowa L [mh/km] d L 0,1 4ln 1 + qµ φ Z reguły poniżej mh/km 19

20 Efekt naskórkowości w parze symetrycznej * prąd stały prąd zmienny: f 1 f f > f 1 * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe DSL w przygotowaniu 0

21 Parametry pierwotne linii Pojemność jednostkowa [µf/km] ε αd 36ln φ 10 3, Praktycznie nie zależy od częstotliwości, zawiera się w zakresie od 5 do 50 nf/km Konduktancja jednostkowa G [µs/km] G G 0 + kf Silnie zleży od warunków wilgotności i częstotliwości, zawiera się w zakresie od kilkuset do kilku tysięcy µs/km 1

22 Symetria pojemnościowa linii symetrycznej * 1 Wzajemna pojemność cząstkowa 3 ' * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe DSL w przygotowaniu

23 Zjawiska związane z przesyłaniem sygnałów * tłumienie i dyspersja przeniki odbicia zakłócenia zewnętrzne odbicia nadajnik U N Z N E tłumienie Z O odbiornik przeniki odbicia odbicia * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe DSL w przygotowaniu 3

24 4 Parametry wtórne linii Parametry wtórne linii Impedancja falowa charakterystyczna linii ] ][ [ ; f f j f G f fl j f R f j f f f f j f G f fl j f R f Z π π β α γ π π Współczynnik przenoszenia tamowność αf - tłumienność jednostkowa,, βf - przesuwność jednostkowa

25 Impedancja charakterystyczna metoda pomiaru * R L R L R L Z G G G l R L R L R L Z G G G Z * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe DSL w przygotowaniu 5

26 Moduł i argument impedancji falowej * Z ϕ f R G 0 π RG L f L f Skala liniowa Skala liniowa [Hz] Skala liniowa [Hz] * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe DSL w przygotowaniu 6

27 Moduł i argument stałej propagacji * γ{ f } ζ f Skala liniowa RG arctg L f Skala liniowa π 4 f Skala liniowa [Hz] Skala liniowa [Hz] * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe DSL w przygotowaniu 7

28 Tłumienność i przesuwność jednostkowa * α f 0,5 R L + G L β f Skala liniowa RG Skala liniowa πf L f f Skala liniowa [Hz] Skala liniowa [Hz] * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe DSL w przygotowaniu 8

29 Transmitancja linii * R L R L R L G G G U N Z O U O f Napięcie indukowane w odbiorniku, gdy Z Z O U, f U N e -γ f ; U l, f U O f U N e γ f l Transmitancja H f e lγ f * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe DSL w przygotowaniu 9

30 Prędkość fazowa i grupowa Prędkość fazowa v to prędkość z jaką poruszają się punkty ekwifazowe w linii: v t ω β tt 1 λ v f tt Prędkość grupowa v g opisuje zmiany prędkości fazowej w zależności od ω: dω v g dβ 30

31 Linia niezniekształcajaca zrównoważona Linia niezniekształcająca, to taka linia, która nie wprowadza zniekształceń amplitudowych ani fazowych, a więc spełniająca następujące warunki: Tłumienność jednostkowa α f RG const Prędkość fazowa 1 v f vg f L const Przesuwność jednostkowa β ω L Impedancja charakterystyczna Z R 0 L Linia niezniekształcająca jednakowo tłumi wszystkie składowe częstotliwościowe sygnału i nie wprowadza dyspersji. 31

32 Niedopasowanie * nadajnik odbiornik Z N Z U N E linia Z O U O ρ ρ N O Z Z Z Z N N O O Z + Z Z + Z Z 1 + ρ e γ f l H O f γ f l Z + Z N 1 ρ NρOe współczynniki odbicia transmitancja * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe DSL w przygotowaniu 3

33 Odbicie w linii zwartej półfalowej * λ l k nadajnik U N Z N E U kabel Z Z O 0 0 λ λ 3λ 4λ * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe DSL w przygotowaniu 33

34 Odbicia w linii rozwartej półfalowej * l k λ nadajnik U N Z N E U kabel Z U O Z O 0 λ λ 3λ 4λ * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe DSL w przygotowaniu 34

35 Przeniki między liniami o długości d d * Linia 1 U 1 d U 1 + d I `d `d L`d Linia U di du L U + d d + d 1 1 du + d Z di du L. Dla Z << 1 jω' l oraz Z >> jωl' l, otrzymujemy di du L jω' U jωl' I 1 1,. * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe DSL w przygotowaniu 35

36 36 Odcinek linii długiej o długości Odcinek linii długiej o długości d d * * Linia 1 Linia. 0, N N e Z U I e U U γ γ. ] ' ' [ j 1 0 d d 1 0 l N l l FEXT Z L Z l e U U e l U l U + ω γ γ ] ' ' [ j 1 1 ] ' ' [ j FEXT N FEXT FEXT N FEXT Z L Z l l U l U SNR Z L Z le l U U A ω ω γ * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe DSL w przygotowaniu di d ` L d ` du L d d U + U U 1 d + I d d 1 U + d `

37 Zakresy fal świetlnych * Komunikacja satelitarna, radiolinie Podczerwień Podczerwień światłowody łączność FSIR Światło widzialne Ultrafiolet λ [m] * Rysunek z książki: Sławomir Kula; Systemy teletransmisyjne. WKŁ, 004 λ [nm] IR * okno okno 1 okno 37

38 Światłowód i rozchodzenie fali świetlnej Jednomodowy skokowy D d D15 µm d 10 µm Wielomodowy skokowy Profil skokowy D15 µm d 50 µm Profil gradientowy Wielomodowy gradientowy D15 µm d 50 µm 38

39 Przenikanie i odbicie fali świetlnej n n 1 α n α 1 1 sinα α c 1 n sinα arcsin n n 1 α 1 α 1 NA sinα m n 1 n n o 1 α a α a n p n r α c α c płaszcz rdzeń NA - apertura numeryczna a c - kąt krytyczny a m - kąt maksymalny 39

40 Tłumienność światłowodu tłumienność {db/km] 0,6 0,5 0,4 0,3 0, 0,1 O E S L U światłowód jednomodowy o poprawionych parametrach światłowód jednomodowy długość fali [nm] 40

41 Nadajniki optyczne LED MLM SLM 100 nm 3 nm << 1 nm 41

42 Dyspersja chromatyczna t [ v λ v ] 1 1 λ t 4

43 Dyspersja światłowodu dyspersja [ps/nm*km} O E S L U nie przesunięta dyspersja dodatnia dyspersja długość fali [nm] ujemna dyspersja 43

44 Dyspersja polaryzacyjna v z z y v y Impulsy nadawane Impulsy odbierane t v v z y t t t v y v z 44

45 Dyspersja modowa z 1 0 y 3 45

46 Propagacja fal radiowych fala bezpośrednia fala odbita od powierzchni ziemi albo przeszkody fala odbita od troposfery albo jonosfery fala załamana fala ugięta 46

47 Rozchodzenie się fal radiowych w wolnej przestrzeni P R PT GT λ G 4πR 4π R P P G G R moc w odbiorniku [W] : T R T R moc nadajnika [W] : sprawność anteny odbiorczej [W] : sprawność anteny nadawczej [W] : odległość od anteny nadawczej [m] : λ długość fali [m] : Zakładając: G R G T 1 mamy: L PT db] 10log10 3,44 + 0log10 R[ km] + 0log f [ MHz] P [ 10 R 47

48 Rozchodzenie się fal radiowych β γ α α d 1 d D d 1 d D Odbicie fali Załamanie fali 48

49 Ugięcie refrakcja fal radiowych standardowa refrakcja k4/3 dukt k<0 superrefrakcja k> k 1+ 1 r dn dh subrefrakcja 0<k<1 R - promień Ziemi n - współczynnik refrakcji h - wysokość 49

50 Strefy Fresnela H F 1 A B F 1 F 1 F 1 d 1 d D nd1d fd F n 17,3 50

51 Zależność tłumienności od wysokości przeszkody H h p D h>0 h0 h<0 Tłumienność względem wolnej przestrzeni [db] -6 0 H-h p 0 0,6F 1 F 1 F F 3 F 4 51