PODSTAWY TELEKOMUNIKACJI

PODSTAWY TELEKOMUNIKACJI Dr inż. Bogdan Zbierzchowski Telefon: 0-22-234-75-38 (Politechnika) E-mail: bogdan@tele.pw.edu.pl Wykłady (kopie slajdów) można znaleźć na stronie internetowej: http://www.zpt.tele.pw.edu.pl Podstawy telekomunikacji cz. I 1

WYKŁADY W ZAKŁADZIE PODSTAW TELEKOMUNIKACJI Plansze i materiały pomocnicze do wykładów Układy Logiczne (ULOGT) Podstawy telekomunikacji Podstawy telekomunikacji cz. I 2

Cel wykładu: Przedstawienie podstawowych pojęć stosowanych w dziedzinie wiedzy i techniki, jaką jest telekomunikacja 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 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). Podstawy telekomunikacji cz. I 5

Wiadomości: znaki pisma mowa muzyka i inne dźwięki obrazy nieruchome obrazy ruchome dane alfa-numeryczne sygnały pomiarowe 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) 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. 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, Podstawy telekomunikacji cz. I 9

TELEGRAFIA c.d. Łącze telegraficzne (teleksowe) Dalekopis Dalekopis Centrala teleksowa Centrala teleksowa Łącze dostępowe (telefoniczne, teleksowe) Łącze międzycentralowe (telefoniczne) Łącze dostępowe (telefoniczne, teleksowe) Podstawy telekomunikacji cz. I 10

SYGNAŁ TELEGRAFICZNY TG i u Start Stop St 1 2 3 4 5 Sp I 1 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t ε ε ε ε ε ε 1,5 ε 7,5ε Podstawy telekomunikacji cz. I 11

i Minimalny czas pomiędzy elementami znamiennymi: = 20 ms Minimalny czas elementu STOP Sp = 30 ms St 1 2 3 4 5 Sp I 1 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 20 ms 20 ms 20 ms 20 ms 20 ms 20 ms 30 ms t 7,5ε Szybkość transmisji to odwrotność elementu jednostkowego Podstawy telekomunikacji cz. I 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 2 3 4 5 Sp St 1 2 3 4 5 Sp t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t Litera Y t min=30 ms Litera A Sygnał izochroniczny to sygnał o określonej stałej (ze zdefiniowaną dokładnością) minimalnej odległości czasowej pomiędzy momentami znamiennymi. Szybkość transmisji wyrażana w bit/s. i u t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9 t 10 t 11 t 12 t 13 t 14 t 15 ε t Podstawy telekomunikacji cz. I 13

Telegrafia cd. Jakość przekazu w telegrafii: wierność telegraficzna = zalecana wartość: 0,99997 znaki odebrane poprawnie znaki nadane znaki odebrane błędnie znakowa stopa błędów = znaki nadane zalecana wartość: 3 10-3 Wymagane pasmo do 0,8 V m (40 Hz) Podstawy telekomunikacji cz. I 14

Telefonia Procedura przekazywania informacji - rozmowa Fala akustyczna mikrofon fala elektromagnetyczna sieć fala elektromagnetyczna słuchawka fala akustyczna Sieć Podstawy telekomunikacji cz. I 15

CECHY SYGNAŁU ANALOGOWEGO - SINUSOIDY Amplituda sinusoida A T T f = 1 T [ Hz ] Podstawy telekomunikacji cz. I 16

CECHY FALI AKUSTYCZNEJ I SYGNAŁU TRANSMISYJNEGO Amplituda Sygnał akustyczny A2 A1 T Tmin Tmax Dynamika D = A A 2 1 Pasmo f = f f max = 1 T min max f min f min = T 1 max [ Hz ] Podstawy telekomunikacji cz. I 17

KRYTERIA JAKOŚCI Podstawowe kryteria jakości transmisji mowy to: -głośność (tłumienie) -wyrazistość (funkcja pasma przenoszenia) - zrozumiałość (jw.) Podstawy telekomunikacji cz. I 18

TŁUMIENNOŚĆ (czwórnika, toru) Z a E U we U wy Z b Tamowność Γ = A + jb, A tłumienność, B przesuwność A = 10lg U U we 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 Podstawy telekomunikacji cz. I 19

TŁUMIENNOŚĆ TORU Przykład dla toru kablowego, symetrycznego: α km 200 150 100 50 0 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. Wzmacniak Urządzenie Telekom. Podstawy telekomunikacji cz. I 21

Przeciętny zakres słyszalności i poziomów natężeń dźwięków podczas mowy p [db] 80 70 Próg bólu tłumienność 60 50 40 Próg słyszalności 30 100 10 000 f [Hz] Podstawy telekomunikacji cz. I 22

TŁUMIENNOŚĆ TORU Tłumienność toru rośnie wraz ze wzrostem częstotliwości. 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? Podstawy telekomunikacji cz. I 23

WYRAZISTOŚĆ Wyrazistość to prawdopodobieństwo poprawnego odbioru przekazywanych elementów fonetycznych lub lingwistycznych języka, bez określonego znaczenia fonetycznego. 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.). Podstawy telekomunikacji cz. I 25

ZROZUMIAŁOŚĆ Prawdopodobieństwo poprawnego zrozumienia przekazywanych elementów lingwistycznych o określonym znaczeniu semantycznym (wyrazów) lub logicznym (zdań). Zrozumiałość > wyrazistość Podstawy telekomunikacji cz. I 26

WYRAZISTOŚĆ A ZROZUMIAŁOŚĆ 0,98 % z 100 80 60 40 20 ZROZUMIAŁOŚĆ = WYRAZISTOŚĆ + INTELIGENCJA (DOMYŚLNOŚĆ) 0 20 40 60 80 100 0,87 w % Podstawy telekomunikacji cz. I 27

Pasmo telefoniczne 3 100 300 3 400 f [Hz] Przyjęto szerokość pasma telefonicznego podstawowego = 4 khz Podstawy telekomunikacji cz. I 28

Radiofonia p [db] 80 Pasmo radiofoniczne HI FI 70 60 50 40 30 Pasmo telefoniczne 30 300 1 000 3 400 15 000 20 000 f [Hz] Kryterium jakości - naturalność dźwięków Podstawy telekomunikacji cz. I 29

Symilografia - fax Przesyłanie obrazów nieruchomych Pasmo: 0-1000 Hz przyjmuje się pasmo telefoniczne 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) 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). Podstawy telekomunikacji cz. I 32

SYGNAŁ TRANSMISJI DANYCH i u 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9 t 10 t 11 t 12 t 13 t 14 t 15 t ε Podstawy telekomunikacji cz. I 33

SZYBKOŚCI TRANSMISJI DANYCH i u 1 0 1 0 1 1 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t Szybkość transmisji danych (bit/sek) to odwrotność odstępu jednostkowego wyrażonego w sek. Przykładowe szybkości: 200, 600, 1200, 2400, 9600,... 48000 bit/sek. 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) Podstawy telekomunikacji cz. I 35

Łańcuch informacyjny i telekomunikacyjny Sygnał pierwotny Sygnał pierwotny Źródło inform acji Apa ra t przetwórczy Droga sygnału elektrycznego Łańcuch telekomunikacyjny Aparat przetwórczy Odbiornik inform a cji Łańcuch informacyjny Podstawy telekomunikacji cz. I 36

Łańcuch telekomunikacyjny Sygnał pierwotny Sygnał Z A K Ł Ó C E N I A Sygnał Sygnał pierwotny Wiadomość Wiadomość Aparat przetwórczy ZNIEKS ZTAŁ CENIA Droga sygnału elektrycznego Łańcuch telekomunikacyjny Aparat przetwórczy Podstawy telekomunikacji cz. I 37

TOR TELETRANSMISYJNY Tor teletransmisyjny - droga od jednego urządzenia sieciowego do drugiego urządzenia sieciowego. Tor teletransmisyjny CK CK 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). Podstawy telekomunikacji cz. I 39

Główne problemy teletransmisji Realizacja cienkich strug energii (tory teletransmisyjne) Walka ze zniekształceniami i zakłóceniami Wielokrotne wykorzystywanie torów telekomunikacyjnych 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. 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. CK A a b a b CMM 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 b CMM A Łącze AB B Podstawy telekomunikacji cz. I 43

Fale elektromagnetyczne energetyczna prze wo dowe telekomunikacyjne ra diowe podczerwień ś wiatło u ltrafiole t Roentgena, gamma, kosmiczne f 1 0 0 10 2 10 4 10 6 10 8 1 0 10 10 12 10 14 10 16 10 18 10 20 10 22 Hz Podstawy telekomunikacji cz. I 44

Klasyfikacja torów telekomunikacyjnych Tory telekomunikacyjne przewodowe radiowe świa tłowodowe symetryczne ws półosiowe proste łamane s atelitarne Podstawy telekomunikacji cz. I 45

Tory symetryczne Kabel miejscowy Kabel dalekosiężny Kabel teleinformatyczny Podstawy telekomunikacji cz. I 46

Tor koncentryczny Podstawy telekomunikacji cz. I 47

Tor koncentryczny - zasięgi Rodzaj toru współosiowego Znamionowe długości odcinków [km] Odcinki regenarotorowe Odcinki wzmacniakowe dla systemów dla systemów cyfrowych analogowych [MHz] [Mbit/s] 1,3 2,6 4 6 12 40 60 2 8 34 150 560 2,6/9,5 9 9,7 9 9,7 9 9,7 4,5 4,8 1,5 9,5 5,5 2,8 1,2/4,4 6 8 4 3 2 11 4 2,4 0,7/2/9 13 6,5 2,5 Podstawy telekomunikacji cz. I 48

Tor światłowodowy pokrycie zewnętrzne płaszcz n=1,46 Promień świe tlny rdzeń n=1,48 Podstawy telekomunikacji cz. I 49

Tor światłowodowy Długość odcinków regen. [km] 100 50 0 140/Mbit/s 140/Mbit/s 1500 nm 565Mbit/s 1,2Gbit/s 1500 nm 1500 nm 1300 nm 1300 nm 1300 nm 1300 nm 140/Mbit/s 1500 nm 565Mbit/s 1,2Gbit/s 1500 nm 1500 nm 1300 nm 1300 nm 1300 nm 1983 1986 1989 rok Podstawy telekomunikacji cz. I 50

Tłumienności torów przewodowych Tłumienność db/km 1000 wie lomod owe je dnom o dow e sko kowe g radie ntowe 100 10 s ym etr yc zn e Kon. 1,2 /4,4 Kon. 2,6/9, 5 1 0,1 świa tłowody 0,1 1 10 100 1 GH z 10 10 0 1 THz czę stotliwość Podstawy telekomunikacji cz. I 51

Tory Radiowe sa telita telekomunikacyjny orbita geostacjonarna 36 000 km łamana sa telita rna prosta 70 km do 13 000 km Podstawy telekomunikacji cz. I 52

Tor radiowy - pasma dla linii horyzontowych Pasmo [GHz] Przeznaczenie 1,7 do 2,3 Systemy małej i średniej krotności 2,5 do 2,7 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 Podstawy telekomunikacji cz. I 53

Kryterium podziału - przeznaczenie: Telekomunikacja porozumiewawcza dwupunktowa wielopunktowa rozsiewcza zbiorcza docelowa Podstawy telekomunikacji cz. I 54

Kryterium podziału - przeznaczenie: Telekomunikacja rozsiewcza - np.: radio, telewizja Podstawy telekomunikacji cz. I 55

Kryterium podziału - przeznaczenie: Telekomunikacja zbiorcza - np.: systemy nadzoru, monitoringu, alarmowe (transmisja danych) Podstawy telekomunikacji cz. I 56

Kryterium podziału - przeznaczenie: Telekomunikacja porozumiewawcza Podstawy telekomunikacji cz. I 57

Kryterium podziału - przeznaczenie: Przykładowy wyjątek (wyjątki potwierdzają regułę) - usługi przywoławcze (paging) Podstawy telekomunikacji cz. I 58

Kryterium podziału - rodzaj czynności Technika przetwarzania (wiadomości na sygnał i odwrotnie) Technika przesyłania sygnałów (teletransmisja) Technika łączenia (telekomutacja) Podstawy telekomunikacji cz. I 59

Kryterium podziału - działalność gospodarcza Usługi Produkcja Kooperacja Doradztwo Kultura 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). Podstawy telekomunikacji cz. I 61