Media transmisyjne SŁAWOMIR KULA. Studia Podyplomowe Instalacje telekomunikacyjne i teletechniczne w budownictwie

Transkrypt

1 Studia Podyplomowe Instalacje telekomunikacyjne i teletechniczne w budownictwie Media transmisyjne SŁAWOMIR KULA Instytut Telekomunikacji Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechnika Warszawska Wszelkie prawa zastrzeżone Warszawa, październik 2017

2 Cel wykładu Zapoznanie słuchaczy z rodzajami mediów transmisyjnych i ich parametrami. Przedmiot składa się z dwóch części: pierwsza teoretyczna, druga praktyczna, Pokazowa, ilustrująca zagadnienia omawiane w części pierwszej. Program 1. Definicja medium transmisyjnego. 2. Rodzaje kabli telekomunikacyjnych 3. Rodzaje kabli teleinformatycznych 4. Parametry pierwotne kabli 5. Parametry wtórne 6. Zjawiska towarzyszące przesyłaniu sygnałów elektrycznych 7. Telekomunikacyjne kable optyczne i ich parametry 8. Zjawiska związane z przesyłaniem sygnałów w światłowodach 9. Transmisja bezprzewodowa, propagacja fal radiowych 10. Zjawiska towarzyszące przesyłaniu sygnałów radiowych w wolnej przestrzeni 11. Tłumienie sygnałów radiowych w różnych ośrodkach. 12. Pokazy laboratoryjne zjawisk towarzyszących transmisji z wykorzystaniem przyrządu EXFO.

3 Transmisja, medium, kanał transmisyjny Transmisja to przesyłanie sygnałów między dwoma lub wieloma punktami oddalonymi w przestrzeni. Transmitowane sygnały przenoszą energię na odległość wykorzystując do tego pewną przestrzeń - medium transmisyjne. Kanał telekomunikacyjny (rzeczywisty - z zakłóceniami) Nad x(t) Kanał telekomunikacyjny bez zakłóceń + y(t) Odb zakłócenia y(t) = x(t)k(t)+z(t) Y(ω) = X (ω) K (ω)+z (ω)

4 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 *) Rysunek z książki: Sławomir Kula; Systemy teletransmisyjne. WKŁ, 2004 Przewodowy (kabel współosiowy, skrętka, kabel koncentryczny, światłowód) albo bezprzewodowy Kabel współosiowy albo światłowód

5 Media transmisyjne Media transmisyjne falowodowe przewodowe bezprzewodowe kablowe drutowe światłowodowe metalowe *) Rysunek z książki: Sławomir Kula; Systemy teletransmisyjne. WKŁ, 2004 współosiowe symetryczne

6 Para przewodów symetrycznych l d D

7 Budowa kabla współosiowego oplot miedziany osłona dielektryk Żyła albo linka ekran

8 Budowa kabla światłowodowego d wzmocnienie tuba (płaszcz) Włókno optyczne D powłoka

9 Budowa falowodu

10 Budowa kabla telekomunikacyjnego pancerz osłona żyła zapora przeciw wilgotnościowa Izolacja żyły wiązka wypełnienie ekran powłoka

11 Budowa kabla telekomunikacyjnego Kabel czwórkowy, pęczkowy Kabel parowy warstwowy

12 Rodzaje skrętów Skręt gwiazdowy Skręt dwuparowy - DM

13 Zasady oznaczania kabli telekomunikacyjnych 1 2 T K rodzaj powłoki: polietylenowa (X), poliwinitowa (Y), poliwinitowa uniepalniona (Yn), tworzywo bezhalogenowe (N) 2 - zapora przeciw wilgotnościowa (z) 3 - typ kabla: miejscowy (M), stacyjny (S), zakończeniowy (Z) 4 - rodzaj izolacji: polietylenowa jednolita (X), polietylenowa piankowa (Xp) 5 - wypełniony (w), samonośny (n) 6 - ekran: taśma aluminiowa falowana (Alf), wspólny ekran na środku (ekw). Pary ekranowane (ekp) 7 - pancerz: taśma stalowa falowana (Ft), lakierowana (Ftl), drut okrągły (Fo) 8 - rodzaj osłony: polietylenowa (X), poliwinitowa (Y), tworzywo bezhalogenowe (N) 9 - liczba par albo czwórek 10 - parowy (2), czwórkowy (4) 11 - znamionowa średnica żył w mm

14 Kable teleinformatyczne UTP (ang. Unshielded Twisted Pair) skrętka nieekranowana skrętka wykonana z dwóch przewodów, ze zmiennym splotem (zwykle 1 zwój na 6-10 cm), co chroni transmisję przed oddziaływaniem otoczenia. Skrętka nieekranowana UTP jest powszechnie stosowana w sieciach telefonicznych (jedna, dwie lub cztery pary) i w kablach komputerowych (cztery skrętki w kablu). Zwykle poszczególne skrętki w kablu mają odmienny skręt w celu minimalizacji przeników zbliżnych NEXT i zdalnych FEXT. Ich przydatność do transmisji cyfrowych określają kategorie, a przydatność do aplikacji - klasy kabli miedzianych. Przy przesyłaniu sygnałów cyfrowych za pomocą skrętek UTP (cztery pary) uzyskuje się standardowa przepływności do 100 Mb/s (kat. 5), oraz 1 Gb/s w technologii Gigabit Ethernet. Dla przesyłania sygnałów w sieciach komputerowych konieczne są skrętki kategorii 3 (10 Mb/s) i kategorii 5 (100 Mb/s), przy czym powszechnie stosuje się tylko tą ostatnią.

15 Kable teleinformatyczne STP (ang. Shielded Twisted Pair) skrętka ekranowana klasyczne miedziane medium transportowe sieci komputerowej, wykonane z dwóch skręconych przewodów wraz z ekranem w postaci oplotu. Para ekranowana jest bardziej odporna na zakłócenia impulsowe oraz szkodliwe przeniki niż skrętka UTP. FTP (ang. Foiled Twisted Pair) skrętka foliowana skrętka miedziana ekranowana za pomocą folii wraz z przewodem uziemiającym. Przeznaczona jest głównie do budowy sieci komputerowych (Ethernet, Token Ring) o długości nawet kilku kilometrów. Stosowana ostatnio również na krótszych dystansach w sieciach standardu Gigabit Ethernet (1 Gb/s) z wykorzystaniem wszystkich czterech par okablowania miedzianego kat. 5.

16 Kable teleinformatyczne F-FTP każda para przewodów otoczona jest osobnym ekranem z folii, cały kabel jest również pokryty folią; S-FTP każda para przewodów otoczona jest osobnym ekranem z folii, cały kabel pokryty jest oplotem; S-STP każda para przewodów otoczona jest osobnym ekranem (oplotem), cały kabel pokryty jest oplotem.

17 Budowa kabla teleinformatycznego UTP FTP STP powłoka ekran ekran pary Izolacja żyły żyły folia estrofolowa żyła uziemiająca

18 Pasmo przepustowe kabli teleinformatycznych amerykańska normy EIA/TIA europejska normy ETSI pasmo [MHz] Kategoria 1 Klasa A 0,1 Kategoria 2 Klasa B 1 Kategoria 3 Klasa C 10 Kategoria 4 Klasa C 16 Kategoria 5 Klasa D 100 Kategoria 6 Klasa E 250 Kategoria 7 Klasa F 600 Kategoria 8 Klasa G 1400

19 Systemy VDSL2 Sławomir Kula IT PW 19

20 Systemy VDSL2 Sławomir Kula IT PW 20

21 SŁAWOMIR KULA Wprowadzenie

22 SŁAWOMIR KULA

23 Systemy dostępu abonenckiego xdsl SŁAWOMIR KULA Instytut Telekomunikacji Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechnika Warszawska Warszawa, październik 2009

24 Zawartość tematyczna Modele sieci dostępowych, struktura i kierunki modernizacji Transmisja w sieciach przewodowych z żyłami miedzianymi Systemy ADSL Systemy ADSL 2, ADSL 2+, ADSL 2Re HDSL, SHDSL, SDSL Systemy VDSL Systemy VDSL2 Uwolnienie pętli abonenckiej a systemy xdsl XDSL kontra inne rozwiązania SŁAWOMIR KULA

25

26 Sławomir Kula IT PW 26

27 Parametry elektryczne kabli i zjawiska związane z transmisją

28 Linia długa i jej model Linię telekomunikacyjną prawie zawsze należy uważać za linię długą. W liniach długich należy brać pod uwagę zjawiska falowe. Linię uważa się za linię długą, jeżeli przesunięcie fazy sygnału po przejściu przez linię nie jest większe niż 0,1 kąta pełnego, czemu odpowiada następujący warunek: l 10 l długość linii; λ długość fali Jeżeli tak jest, to linię należy przedstawić za pomocą następującego modelu o stałych rozłożonych: R L R L R L G C G C G C R oporność jednostkowa [Ω/km]; L indukcyjność jednostkowa [mh/km]; C pojemność jednostkowa [pf/km]; G konduktancja jednostkowa [S/km]

29 Propagacja fali elektromagnetycznej linie przewodowe E H E H x. x y z x kierunek ruchu falowego energii elektromagnetycznej linia symetryczna linia koncentryczna E x = H x = 0 E r = H φ = 0

30 Propagacja fali elektromagnetycznej wolna przestrzeń E H fala kulista fala płaska l < l E l H E antena nadawcza dookólna (izotropowa) wybrany kierunek ruchu falowego energii elektromagnetycznej H

31 Ilustracja zjawiska naskórkowości prąd stały prąd zmienny: f 1 f 2 (f 2 > f 1 )

32 Parametry pierwotne R Rezystancja jednostkowa R [Ω/km] ( R 0 R R R bm ) n bp Z reguły w zakresie od kilkudziesięciu do kilkuset Ω/km Indukcyjność jednostkowa L [mh/km] d L 0,1 4ln2 1 q Z reguły poniżej 2 mh/km

33 Parametry pierwotne Pojemność jednostkowa C [μf/km] C D 36ln 10 3, Praktycznie nie zależy od częstotliwości, zawiera się w zakresie od 25 do 50 nf/km Konduktancja jednostkowa G [μs/km] G G 0 f [khz] kf Silnie zleży od warunków (wilgotności) i częstotliwości, zawiera się w zakresie od kilkuset do kilku tysięcy μs/km

34 Parametry wtórne linii Parametry R, L, G i C są nazywane parametrami pierwotnymi. Mimo, że opisują one w pełni linię to często wygodniej jest posługiwać się wyznaczonymi na ich podstawie następującymi, tzw. parametrami wtórnymi: Impedancją falową (charakterystyczną) linii: )] ( 2 ) ( )][ ( 2 ) ( [ ) ( ) ( ) ( ; ) ( 2 ) ( ) ( 2 ) ( ) ( f fc j f G f fl j f R f j f f f fc j f G f fl j f R f Z C C p p b g p p Współczynnikiem przenoszenia (tamownością) α(f) - tłumienność jednostkowa,, β(f) - przesuwność jednostkowa

35 Impedancja charakterystyczna linii Impedancja charakterystyczna Z C linii, to impedancja linii o nieskończonej długości l. R L R L R L Z C G C G C G C l Linia o skończonej długości l ma impedancję równą Z C, jeżeli jest obciążona impedancją równą impedancji charakterystycznej: R L R L R L Z C G C G C G C Z C

36 Zależność modułu impedancji falowej od częstotliwości R G Z C L C f Skala liniowa [Hz]

37 Wyniki pomiaru modułu impedancji kabla XzTKMXpw 50x4x05 o długości 725 m

38 Zależność argumentu impedancji falowej od częstotliwości f Skala liniowa [Hz]

39 Zależność tłumienności jednostkowej od częstotliwości ( f ) 0,5 R C L G L C a RG f Skala liniowa [Hz]

40 Zależność przesuwności jednostkowej od częstotliwości b( f ) 2pf LC f Skala liniowa [Hz]

41 Zjawiska towarzyszące przesyłaniu sygnałów w parze symetrycznej z żyłami miedzianymi Tłumienie Dyspersja Odbicia Przeniki zdalne zbliżne samoprzeniki Zakłócenia sygnałami zewnętrznym zakłócenia telefoniczne zakłócenia z instalacji elektrycznej zakłócenia radiowe

42 nadajnik Zjawiska towarzyszące transmisji sygnałów w parze symetrycznej z żyłami miedzianymi odbiornik tłumienie i dyspersja zakłócenia zewnętrzne przeniki zdalne odbicia odbicia U N Z N Z O U o E tłumienie przeniki zbliżne odbicia odbicia

43 Tłumienie sygnałów w linii 10log 10 P P a b db 20dB 10log log dB

44 Tłumienie sygnałów w linii 10log 10 20dBm mw dbm P 1 mw P mw 10log10, P 100mW 1 mw

45 Tłumienie sygnałów w linii Napięcie U(x,f) w poszczególnych punktach linii zależy od odległości x i częstotliwości f sygnału. Gdy spełniony jest warunek dopasowania linii (Z O = Z C ) to wynosi ono: Napięcie to maleje eksponencjalnie z odległością x, maleje też w funkcji częstotliwości przesyłanego sygnału. l f N O x f N e U f U f l U U f x U ) ( ) ( - ) ( ), ( ; e ), ( g g U N Z O U O (f) U(x,f) x l

46 Tłumienie sygnałów w linii Przykład zmiany napięcie U(x,f) w poszczególnych punktach linii dla sygnału sinusoidalnego U(x,f) x Parametrem charakteryzującym tłumienie linii jest jej tłumienność A. Wyraża się ją najczęściej w jednostkach zwanych decybelami [db]: U A U N O A[ db] 20log U U N O A[ db] 10log P P N O P N moc sygnału nadawanego P O moc sygnału odbieranego

47 Tłumienność pary symetrycznej - przykład tłumienność jednostkowa [db/km] 100 0,4 mm 80 0,5 mm częstotliwość [MHz]

48 Wyniki pomiaru tłumienności kabla XzTKMXpw 50x4x05 o długości 734 m

49 tłumienność jednostkowa [db/km] Tłumienność pary współosiowej - przykład 10 1 D= 9,5 mm d= 2,6 mm 0,1 f [khz] częstotliwość

50 Model systemu transmisji danych synchronizacja dane wej. Generator impulsów Filtr nadawczy medium + Filtr odbiorczy Układ decyzyjny dane wyj. nadajnik szum odbiornik

51 Cyfrowy filtr transwerslany y(t) z -1 z -1 z -1 c 1 c 2 c 3 c n x(t)= y(t)c 1 + y(t-1) c 2 + y(t-2) c y(t-n) c n

52 Podstawowa konfiguracja korektora adaptacyjnego y(t) z -1 z -1 z -1 c -L c -L+1 c -L+2 c L x( T L) xˆ ( T L) + do detektora danych e( T L)

53 Korektor adaptacyjny z eliminacja szumów y(t) Korektor C(z) x( T L) ( n) + xˆ ( T L) ~ x( T L ) Detektor + Predyktor F(z)

54 Dyspersja sygnału w linii x τ τ τ x Impulsy: na wejściu x=0 x<0,1λ x>> 0,1 λ

55 Dyspersja sygnału w linii U N Z N Z C Z O U O E U ( x ) 0 l x x

56 Funkcja sin x/x sin x x 1 0,127-3p -2p -p -0,212 p 2p 3p x x

57 Dyspersja impulsu prostokątnego w linii w zależności od jej długości amplituda 1 km 2 km 3 km 4 km Para miedziana symetryczna =0,5 mm czas [s]

58 Niedopasowanie impedancji Niedopasowanie impedancji oznacza, że impedancja nadajnika Z N jest inna niż Impedancja linii Z C, a ta z kolei jest inna niż impedancji obciążenia Z O. U N Z N Z C Z O U O E W wyniku braku dopasowania część energii sygnału odbija się w punkcie, w którym nie ma dopasowania i wraca do nadajnika.. W przypadku dopasowania w odbiorniku wydziela się w nim cała energia sygnału nadawanego. Jest to najbardziej pożądany (przypadek, do którego dążymy).

59 Potencjalne miejsca odbić w linii niedopasowanie Z N Z C niedopasowanie Z Z O C U N Z N Z O E odczep niejednorodność kabel

60 Linia dopasowana Linia dopasowana Z N = Z C = Z O. U N Z N Z C Z O U O E U N brak odbicia. Uwaga: rysunek dotyczy linii bezstratnej (w rzeczywistych liniach zawsze występuje tłumienie sygnału.

61 Współczynnik odbicia Niedopasowanie charakteryzują współczynniki odbicia:. - na styku nadajnik linia: ρ N - na styku linia odbiornik: ρ O. Wyrażają się one następującymi wzorami: N O Z Z Z Z N N O O Z Z Z Z C C C C Współczynniki odbicia zawierają się w zakresie od -1 do +1. Graniczne wartości przyjmują dla linii zwartej bądź rozwartej na końcu. Dla linii dopasowanej współczynniki odbicia mają wartość 0.

62 Linia zwarta na końcu Z O =0 Linia dopasowana na wejściu Z N = Z C U N Z N Z C U O E U N Linia zwarta na końcu całkowite odbicie ρ O =1 Uwaga: animacja dotyczy linii bezstratnej (w rzeczywistych liniach zawsze występuje tłumienie sygnału. animacja

63 Odbicie w rzeczywistej, zwartej linii półfalowej Linia półfalowa to linia o długości będącej wielokrotnością połowy długości fali. Moduł napięcia (natężenia)) w zwartej linii półfalowej mierzony wzdłuż niej cechuje się występowaniem maksimów (strzałki) i minimów (węzły). Obrazuje to przykład pokazany na rysunku: l k 2 U N Z N C Z O 0 E U (x,f) Z C Linia dopasowana na wejściu Z N = Z C x całkowite odbicie ρ O =-1 0 λ 2λ 3λ 4λ

64 Odbicie w rzeczywistej, rozwartej linii półfalowej Moduł napięcia (natężenia)) w zwartej linii półfalowej rozwartej mierzony wzdłuż niej cechuje się występowaniem maksimów (strzałki) i minimów (węzły). Obrazuje to przykład pokazany na rysunku: l k 2 U N Z N C Z O E U ( x ) Z C całkowite odbicie ρ O =+1 Linia dopasowana na wejściu Z N = Z C x 0 λ 2λ 3λ 4λ

65 Przypadki szczególne odbicia Pokazane na poprzednich dwóch rysunkach przypadki odbicia fali od końca linii należą do szczególnych. Zanim zostaną one wyjaśnione dokładniej zauważmy, że w przypadku obciążenia linii impedancją inną niż impedancja charakterystyczna, zawsze występuje odbicie, ale współczynnik odbicia jest wtedy różny od zera, Przypadki zwarcia bądź rozwarcia linii są przypadkami szczególnymi, gdyż wtedy zawsze mamy: 1 O Jeżeli dodatkowo długość linii zwartej albo rozwartej na końcu, spełnia warunek: l k 2 linia półfalowa, albo warunek: l k linia ćwierćfalowa,: to mamy do czynienia z tzw. falą stojącą. Wzdłuż linii występują wtedy punkty, w których stale amplituda sygnału jest równa zero (węzły) i punkty, w których amplituda sygnału zmienia się maksymalnie (strzałki). W węzłach faza fali odbitej fali i bezpośredniej są przeciwne (amplitudy odejmują się), a w strzałkach jest odwrotnie. Zaobserwuj to na następnym rysunku z animacjami.

66 Uwaga: animacja dotyczy linii bezstratnej (w rzeczywistych liniach zawsze występuje tłumienie sygnału. Ilustracja powstawania fali stojącej Linia półfalowa rozwarta na końcu l k 2 x animacja 1 Linia ćwierćfalowa zwarta na końcu l k x animacja 2 węzeł napięcie zawsze równe zero strzałka napięcie maksymalne

67 Odczepy w linii telefonicznej... odczep 1 odczep 2 (wykorzystany) odczep 3

68 Odbicia w przypadku odczepów - częstotliwości zerowania Z N Z C x l-x U N Z N Z O E Z O n f c ; n ; Zerowanie napięcia, gdy x l k 4 2

69 Prędkość fazowa i grupowa Prędkość fazowa v to prędkość z jaką poruszają się punkty ekwifazowe w linii: t=t 1 v x t b x v f t=t 2 Prędkość grupowa v g opisuje zmiany prędkości fazowej w zależności od ω: x v g d db

70 Przeniki zdalne FEXT U N Z N E Z O U O U N Z N E Z O U O

71 Model powstawania przeników zdalnych FEXT dane wejściowe S(f) X F (f) N(f) dane wejściowe S(f) H(f) + P(f) P(f) + N(f) S N S( f ) H( f ) S( f ) X F 2 ( f ) 2 H( f ) X F 2 ( f ) 2

72 Miary przeników zdalnych FEXT S N k F 1 lf 2 k F - stała zależna od struktury kabla, liczby par przewodów zakłócających Przykład: dla kabla 50-parowego wg standardu ANSI k F 0,6 20 n

73 Tłumienie przeników zdalnych FEXT A FEXT [db] f [MHz]

74 Wyniki pomiaru przeników zdalnych kabla XzTKMXpw 50x4x05 o długości 200 m

75 Wyniki pomiaru przeników zdalnych kabla XzTKMXpw 50x4x05 o długości 734 m

76 Przeniki zbliżne NEXT U N Z N E Z O U O U N Z N E Z O U O

77 Przeniki zbliżne NEXT S N ( k N f 3 2 ) 1 k N - stała zależna od struktury kabla, liczby par przewodów zakłócających Przykład: dla kabla 50-parowego wg standardu ANSI k N 0,6 13 n 10 49

78 Model powstawania przeników zbliżnych NEXT dane wejściowe S(f) H(f) dane wyjściowe X N (f) P(f) + R(f) R(f) + P(f) H(f) S(f) dane wejściowe

79 Model powstawania samoprzeników nadajnik FILTR linia symetryczna odbiornik

80 Wyniki pomiaru przeników zbliżnych kabla XzTKMXpw 50x4x05 o długości 734 m

81 Model powstawania samoprzeników dane nadawane S(f) SEPARATOR KIERUNKÓW X S (f) Idealny rozgałęźnik H(f) dane odbierane P(f) + Y(f) + Y(f) P(f)

82 Inna definicja samoprzeników Niekiedy przyjmuje się, że samoprzeniki to przeniki pochodzące z innych linii kabla, w których przesyłane są sygnały tego samego rodzaju co w linii zakłócanej. Przykład: W 11 liniach kabla przesyła się sygnały ADSL. Wzajemne zakłócenia spowodowane przenikami są nazywane samoprzenikami. Samoprzeniki zbliżne oznacza się skrótem S-NEXT, a samoprzeniki zdalne S-FEXT.

83 Gęstość widmowa mocy Telefoniczny impuls zakłócający 0 Przebieg czasowy 0 t= 10s Widmo (gęstość widmowa Mocy) 0 f= 30 MHz

84 Impuls zakłócający spowodowany wyłączaniem oświetlenia Gęstość widmowa mocy 0 Przebieg czasowy 0 t= 100s Widmo (gęstość widmowa Mocy) 0 f= 30 MHz

85 Zakresy fal radiowych w zakresie używanym przez systemy xdsl PASMA fale ultrakrótkie 0,15 0,285 0,525 1, f [MHz] Napięcie indukowane w kablu oddalonym o d od anteny dookólnej o średniej mocy nadajnika P t, gdzie b jest parametrem zależnym od rodzaju kabla V d 5,48 bd P t

86 Komunikacja satelitarna, radiolinie Zakresy fal świetlnych Podczerwień Podczerwień światłowody łączność FSIR Światło widzialne Ultrafiolet λ [m] *) Rysunek z książki: Sławomir Kula; Systemy teletransmisyjne. WKŁ, 2004 λ [nm] IR * 3 okno 2 okno 1 okno

87 D d Światłowód i rozchodzenie się fal świetlnych Jednomodowy skokowy D=125 µm d= 10 µm Wielomodowy skokowy Profil skokowy D=125 µm d= 50 µm Profil gradientowy Wielomodowy gradientowy D=125 µm d= 50 µm

88 Przenikanie i odbicia n 2 n 1 α 2 n 1 1 sin c 1 n 2 sin arcsin 2 n n 2 1 α 1 α 1 NA sin m n 2 1 n 2 2 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

89 Tłumienność [db/km] Tłumienność światłowodu 0,6 O E S C L U 0,5 0,4 światłowód jednomodowy 0,3 0,2 0,1 światłowód jednomodowy o poprawionych parametrach długość fali [nm]

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

91 Dyspersja chromatyczna x x t v v x t

92 dyspersja [ps/nm*km} Dyspersja światłowodu 30 O E S C L U nie przesunięta dyspersja dodatnia dyspersja ujemna dyspersja -30 długość fali [nm]

93 Dyspersja polaryzacyjna v z z x x y v y Δx Impulsy nadawane Impulsy odbierane x t v z v y Δt t t x v y x v z

94 Dyspersja modowa z x x 1 x 2 x 0 x y x 3

95 Zjawiska wpływające na tłumienie fal radiowych fala bezpośrednia fala odbita od powierzchni ziemi albo przeszkody fala odbita od troposfery albo jonosfery fala załamana fala ugięta

96 Zjawiska wpływające na tłumienie fal radiowych rozpraszanie odbicia dyfrakcja (załamanie fali) refrakcja (ugięcie fali) wielodrogowość przeszkody i środowisko

97 Rozchodzenie się fal radiowych β γ α α d 1 d 2 D d 1 d 2 D Odbicie fali Załamanie fali

98 Ugięcie (refrakcja) fal radiowych standardowa refrakcja k=4/3 dukt k<0 superrefrakcja k>2 k 1 1 dn r dh subrefrakcja 0<k<1 R - promień Ziemi n - współczynnik refrakcji h - wysokość

99 Rozchodzenie się fal radiowych w wolnej przestrzeni P R 2 PT GT GR 2 4pR 4p 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] : długość fali [m] : Zakładając: G R G T 1 mamy: L PT db] 10log10 32,44 20log10 R[ km] 20log f [ MHz] P [ 10 R

100 Strefa Fresnela A F 1 F 1 B H F 1 F 1 d 1 d 2 D nd d2 F 17,3 1, f [GHz], d[km], D n [km] fd

101 Zależność tłumienności od wysokości przeszkody Tłumienność względem wolnej przestrzeni [db] h>0 0 H h p h=0 h<0-6 D 0 0,6F 1 F 1 F 2 F 3 F 4 H-h p

102 Tłumienie fal podczerwonych w powietrzu Tłumienność [db] Powietrze bardzo czyste Bardzo gęsta mgła Mgła średniej gęstości Lekka mgła Długość odcinka [m]

103 Tłumienie fali radiowej w powietrzu w paśmie 2.4 GHz: 1km 2km 3km 4km 5km 6km 7km 8km 9km 10km 15km 20km 25km 30km 2400 MHz 2450 MHz 2483 MHz db db db db db db db db db db db db db db db db db db db db db db db db db db db db db db db db db db db db db db db db db db

104 Tłumienie fali radiowej w powietrzu w paśmie 5 GHz: 5180 MHz 5500 MHz 5700 MHz 1km db db db 2km db db db 3km db db db 4km db db db 5km db db db 6km db db db 7km db db db 8km db db db 9km db db db 10km db db db 15km db db db 20km db db db 25km db db db 30km db db db

105 Tłumienie niektórych elementów charakterystycznych dla środowiska wewnątrz budynków w paśmie 2.4 GHz: Nazwa elementu Ściana wewnętrzna Ściana zewnętrzna Materiał Grubość Tłumienie cegła 10 cm 7 db cegła 30 cm 9 db Ściana działowa gips + wełna szklana 7 cm 2 db Strop beton 30 cm 11 db Okno szkło 2xszyba + 1cm przerwy 4.5 db Drzwi drewno 4 cm 2.5 db

106 Tłumienie (w db) dla wybranych częstotliwości Materiał MHz MHz MHz MHz Lekki beton o grubości 30 cm 17, Cegła perforowana pionowo o grubości 36 cm 0,5 7, ,5 Gazobeton o grubości 36,5 cm Cegła perforowana pionowo o grubości 24 cm, otynkowana z obydwu stron 3,5 8, Cegła perforowana pionowo o grubości 24 cm Beton zbrojony o grubości 16 cm 10, Lekki beton o grubości 11,5 cm Gazobeton o grubości 17,5 cm ,5 Cegła wapienno-krzemowa o grubości 24 cm Cegła perforowana pionowo o grubości 11,5 cm Thermolar plus - trójszybowy element szklany (Knoch) 40 42, Oszklenia dwuszybowe przeciwsłoneczne (Kinon-Vegla) Szkło zbrojone 6 mm cienkim drutem kratka 13 x 13 mm

107 Tłumienie fal elektromagnetycznych w różnych gazach i w deszczu

108 EIRP EIRP - Equivalent Isotropical Radiated Power, Effective Isotropical Radiated Power EIRP = moc nadawana P x zysk antenowy G

109 EIRP

110 Radiowe systemy dostępowe GPRS/EDGE/UMTS/HSAP/LTE zasięg IEEE kilkadziesiąt km WAN kilka- kilkanaście km kilkaset metrów kilkadziesiąt metrów MAN LAN WiMax WiFi kilka metrów PAN

111 Standardy IEEE