Podstawy Telekomunikacji

Tele - 01

Pojęcia podstawowe

Opracowanie:
dr inż. M. Matusiak

[e-mail]
www.matusiak.net

Literatura

1. Gregg W.D.: Podstawy telekomunikacji analogowej i cyfrowej. WNT

1983.

2. Read R.: Telekomunikacja. WKŁ 2000.

3. Nowakowski J., Sobczak W.: Teoria informacji. WNT 1970.

4. Booth K., Hill S.: Optoelektronika. WKŁ 2001.

Zakres tematyczny przedmiotu

1. Podstawowe pojęcia telekomunikacji
2. Sygnały i ich cechy
3. Analogowa modulacja i demodulacja
4. Cyfrowa modulacja i demodulacja
5. Architektury warstwowe
6. Sieci komputerowe

Definicja telekomunikacji

Wg

www.wikipedia.org

:

Telekomunikacja to dziedzina

techniki

i nauki zajmująca się

transmisją

wszelkiego rodzaju

informacji

na odległość. Obejmuje

również sposoby przetwarzania tych informacji,

kodowanie

, sprzęt

telekomunikacyjny, teorie

propagacji

, sieci telekomunikacyjne i

wiele innych zagadnień. Obecnie telekomunikacja w coraz
większym stopniu zależy od rozwiązań

informatycznych

i zaczyna

odgrywać coraz większe znaczenie w

sieciach komputerowych

.

Samo słowo TELEKOMUNIKACJA jest połączeniem 2 słów:

-TELE – daleko, zdalnie, na odległość

- COMMUNICATIO – łączność, rozmowa, wymiana
Można więc ocenić telekomunikację jako przekazywanie informacji
na odległość.

Ważne początki

telekomunikacji

• 1837 r. – pierwszy telegraf (Samuel Morse)
• 1876 r. – pierwszy telefon (Graham Bell)
• 1888 r. – doświadczenie Hertza z falami radiowymi
• 1897 r. – pierwsze połączenie radiowe Marconi’ego
• 1903 r. – pierwsza radiowa transmisja

transatlantycka

• 1919 r. – pierwsza stacja radiowa broadcasting

(Holandia)

• 1941 r. – pierwsza stacja TV broadcasting (USA)
• 1970 r. – prototyp sieci komputerowej (Xerox)

Schemat systemu telekomunikacyjnego

Nadajnik to urządzenie służące do

emisji

sygnału

, zgodnego z założeniami konstrukcyjnymi.

Sygnał może być niezmienny w zadanym przedziale czasu (nadajnik sygnalizacyjny) lub
zmieniać się w zależności od sygnału sterującego. Sygnał emitowany jest najczęściej w
postaci falowej. Wyróżnić można nadajniki fali:

elektromagnetycznej (np. w

radiu

,

radarze

),

świetlnej podczerwonej (np. w

pilocie na podczerwień

),

świetlnej widzialnej (np. w

latarni morskiej

),

akustycznej ultradźwiękowej (np. w

hydrolokatorze

),

i inne. (wg wikipedia.org)
Medium transmisyjne (kanał transmisyjny) jest nośnikiem używanym do

transmisji

sygnałów w

telekomunikacji i jest podstawowym elementem systemów telekomunikacyjnych. Możliwości
transmisji zależą od parametrów użytego medium. Wyróżnia się media przewodowe i
bezprzewodowe. (wg wikipedia.org)

Odbiornik to urządzenie pozwalające odtworzyć sygnały zakodowane przy pomocy nadajnika.

Dodatkowo odbiornik powinien eliminować zakłócenia oddziałujące w szczególności na
medium transmisyjne.

Nadajnik

Medium

transmisyjne

Odbiornik

Zakłócenia

Pojęcie „informacji”

Wg wikipedia.pl:

Informacja (

łac.

informatio - wyobrażenie, pojęcie) to

pojęcie

o

wielu

definicjach

w różnych dziedzinach. Zasadniczo mamy dwa

podstawowe punkty widzenia na informację.

Pierwszy, który można nazwać obiektywnym i wywodzi się z fizyki
i matematyki, gdzie informacja oznacza pewną własność fizyczną
lub strukturalną obiektów,

i drugi, subiektywny (

kogniwistyczny

), gdzie informacją jest to, co

umysł

jest w stanie przetworzyć i wykorzystać do własnych celów.

Informacja obiektywna:
W

teorii informacji

Shannona, informacja jest też mierzona jako

prawdopodobieństwo

zajścia zdarzenia. Zdarzenia mniej

prawdopodobne dają więcej informacji. Dokładny wzór to:
I=log

2

(1/p)

gdzie:
I - liczba

bitów

informacji (

ilość informacji

),

p - prawdopodobieństwo zajścia zdarzenia

W

fizyce

termin informacja jest związany z

entropią

i jest miarą

uporzadkowania.
W

informatyce

podstawowa jednostka informacji to

bit

, jest to ilość

informacji potrzebna do

zakodowania

, które z dwóch równie

prawdopodobnych zdarzeń alternatywnych zaszło. Bit odpowiada ilości
informacji zawartej w odpowiedzi na pytanie, na które można
odpowiedzieć tak lub nie. Wartości bitu przyjęło się oznaczać cyframi

dwójkowymi

0 i 1. Mogą istnieć ułamkowe ilości informacji - np. w

zajściu zdarzenia, którego szansa wynosiła 90% zawiera się 0.152
bitów. Własność ta jest wykorzystywana w niektórych

algorytmach

kompresji

, takich jak

kodowanie arytmetyczne

.

To podejście pomija znaczenie (

semantykę

), jakie niesie komunikat, a

skupia się jedynie na jego składni (

syntaktyce

).

Informacja subiektywna:
W tej perspektywie, informacja jest indywidualną lub grupową

interpretacją otrzymanego ciągu sygnałów (np. dźwiękowych

czy optycznych) i musi zawsze opisywać stan jakiejś dziedziny.

Podejście kognitywistyczno-systemowe w meta-teorii TOGA)[1]

daje nam ścisłe definicje rozróżniające dane, informacje,

wiedzę i preferencje jako podstawowe elementy procesów

myślowych naturalnych i sztucznych (zobacz też: Sztuczna

inteligencja). W tej systemowej interpretacji, informacja jest

przetwarzana przez naszą wiedzę i w wyniku daje inną

informację lub nową wiedzę. W zależności od tzw.

indywidualnego systemu konceptualizacji, ten sam ciąg

sygnałów/znaków może być źródłem różnych informacji dla

różnych osób lub robotów.

Jeśli grupa ludzi lub społeczeństwo ma w pewnej dziedzinie ten

sam system konceptualizacyjny (np. teorie, zbiory poglądów,

definicje), to te same sygnały komunikacyjne odbierają w ten

sam sposób, to znaczy dostarczają im one tą samą informację

do przetwarzania.

Jeżeli danymi nazywamy wszystko to co jest przetwarzane, to

informacja jest danymi, ale nie każde dane są informacją, np.

"gołe" liczby są zawsze danymi, ale jeśli nadamy im znaczenie

w określonej dziedzinie, to są też informacją, np. (5) i (5 stopni

Celsjusza za naszym oknem).

Podejście kognitywistyczne jest też bliskie rozumieniu informacji w

języku naturalnym i jakie jest przyjęte w zarządzaniu wiedzą.

Inne interpretacje:
W ujęciu infologicznym (Bo Sundgren 1973) informacja to treść komunikatu
przekazywanego za pomocą danych. Ta sama treść może być przekazywana przy
pomocy różnych danych (znaki, mowa, wykres itp.). Dlatego też potocznie często
używa się tych określeń zamiennie.
Informacja według Weinera: Informacja to relacja niematerialna, zachodząca
jednocześnie między trzema elementami: A. odtwarzanym obiektem rzeczywistości
społecznej B. tezaurusem punktu A C. społecznym nastawieniem do A i B
Informacja według Ashby'ego: Informacja to przekazanie różnorodności.
Informacja według Brouillona: Informacja to prawdopodobieństwo wyboru.
Informacja zawsze jest funkcją rosnącą. Informacje pewne nie mają ładunku
informacyjnego.
Odbiorcy informacji mają tendencję do podwyższania prawdopodobieństwa
wystąpienia koniunkcji, a zaniżania prawdopodobieństwa do wystąpienia
alternatywy.
Ostatnio, na gruncie fizyki kwantowej poszukuje się nowej interpretacji "informacji
fizycznej" jako trzeciego podstawowego składnika wszechświata po materii i
energii.
Informacja i wiedza są obecnie uważane za nowy "towar" na rynku, podobny do
dóbr materialnych czy energii. Ze względu na ten fakt, Internet i inne zalewające
ludzi potoki informacji, obecne społeczeństwo globalne nazywane jest
społeczeństwem informacyjnym (Information Society).
Pojęciem informacji zajmuje się również ekonomia informacji. Jednym z nurtów w
tej dziedzinie jest analiza zachowania graczy na rynku z uwzględnieniem
posiadanych przez nich informacji na temat oferowanych dóbr i innych cech rynku.
Szczególnie, gdy rozkład informacji wśród graczy jest asymetryczny.

Ważne w teleinformatyce

Jednostką informacji jest 1 bit (lub 1 b). Często używa się
też jednostki 8x większej: 1 bajt, czyli 1 B. Więc: 1 B = 8
b oraz w informatyce: 1 kB = 1024 B. W innych
dziedzinach wiedzy jest np.. 1kg = 1000 g

oraz jednostki transferów

informacji (prędkości

transmisji)

• Transfer informacyjny oznacza ilość

informacji przysyłaną w jednostce
czasu

• Transfery informacyjne mierzy się w:
- b/s lub bps (Bits Per Second)
- B/s lub Bps (Bytes Per Second)
- W jednostkach krotności spotkamy też:

kb/s, MB/s, Gb/s, Mbps, Tbps

Pojęcie sygnału

Wg wikipedia.pl:
Sygnał to abstrakcyjny model dowolnej mierzalnej

wielkości zmieniającej się w czasie,

generowanej przez zjawiska fizyczne lub

systemy. Tak jak wszystkie zjawiska może być

opisany za pomocą aparatu matematycznego,

np. poprzez podanie pewnej funkcji zależnej od

czasu. Ponieważ sygnał niesie informację o

naturze badanych zjawisk lub systemów, w

niektórych dziedzinach nauk jest on traktowany

jak nośnik informacji. Sygnał oznacza zatem

przepływ strumienia informacji, przy czym

przepływ może odbywać się w jednym lub w

wielu wymiarach.

Podstawowe 2 typy sygnałów

1. Analogowy – sygnał może teoretycznie przyjąć dowolną
wartość, często jednak uwarunkowania techniczne powodują, że
jego zakres jest zawężony (choćby ograniczony napięciem
zasilania obwodu przetwarzania sygnału).

Sygnał cyfrowy:

- zgodny z kodem trójkowym
- zgodny z kodem dwójkowym
(binarnym)

Porównanie: sygnał analogowy versus

cyfrowy

• Analogowy: duża ilość przyjmowanych wartości, cyfrowy:

przeważnie 2 wartości, rzadziej – kilka. Jedna wartość nie niesie
żadnej informacji.

• Sygnały analogowe są produktem wynikowym urządzeń

pomiarowych (w większości), cyfrowe na ogół są wynikiem
przetwarzania zwanego przetwarzaniem analogowo-cyfrowym
(lub A/D) i dalej kodowania binarnego

Z przedstawionych cech wynikają wnioski:

1. Sygnały analogowe mogą wierniej przedstawiać wartości

sygnałów, ale…

2. są bardziej podatne na działanie sygnałów zakłócających

3. Otrzymanie sygnałów cyfrowych wymaga przetwarzania, co

absorbuje czas -> szybkie procesy stwarzają dodatkowe
problemy w przetwarzaniu w czasie rzeczywistym (Real Time
Processing)

4. W telekomunikacji do przetwarzania sygnałów używa się

zdecydowanie najczęściej sygnałów binarnych (maksymalna
odporność na zakłócenia)