w w w . e l e k t r o . i n f o . p l

n r 3 / 2 0 0 4

t e l e k o m u n i k a c j a

46

przyszłość telekomunikacji

Z

e wspólnego pnia - łączności,
techniki prądów słabych - wy-

odrębniały się w XX w. rozmaite
dziedziny techniki, takie jak teleko-
munikacja (dziedzina związana z
przesyłaniem i przetwarzaniem in-
formacji), informatyka ( dziedzina
wiedzy o przetwarzaniu i przecho-
wywaniu informacji), automatyka
(związana z wykorzystaniem infor-
macji do celów sterowania), elek-
tronika z mikroelektroniką i opto-
elektroniką, miernictwo elektro-
niczne, aparatura elektromedyczna
itp. Jednak od ok. 1980 r., od rozpo-
wszechnienia się sieci komputero-
wych, nastąpił trend odwrotny: in-
tegracji tych dziedzin w jedną sze-
roką grupę, zwaną dziś technikami
informacyjnymi. Do definicji tele-
komunikacji szybko dodano prze-
chowywanie informacji, a do defi-
nicji informatyki - ich przesyłanie
tak, że dziedziny te różnią się dziś
tylko kolejnością członów w swych
definicjach. Obecnie następuje epo-
ka cywilizacji informacyjnej, a jed-
nym z jej trendów jest integracja
sieci i usług telekomunikacyjnych,
informatycznych, komunikacji i
mediów elektronicznych. Trend ten
będzie kształtować jednolitą struk-
turę teleinformatyczną lub nawet
informacyjną, której jakość będzie
decydować o konkurencyjności go-
spodarek i społeczeństw [3].

zakłócenia wyższymi

harmonicznymi

Z nadejściem okresu elektryfi-

kacji i telefonizacji wsi, na począt-
ku XX w. zaczęto umieszczać prze-
wody elektroenergetyczne oraz te-
lefoniczne na wspólnych słupach.
Wyższe harmoniczne powstające
przy przepływie prądów magnesu-
jących transformatorów powodowa-
ły sprzężenia indukcyjne z obwo-
dami linii telefonicznych. Interfe-
rencje były tak silne, że komuni-
kacja głosowa stawała się praktycz-
nie niemożliwa. Problem złagodzo-
no dzięki zastosowaniu filtrów wyż-
szych harmonicznych i ogranicze-
niu dopuszczalnych wartości prą-
dów magnesujących transformato-
rów. Zainteresowanie teorią wyż-
szych harmonicznymi pojawiło się
już we wczesnym stadium rozwo-
ju układów elektroenergetycznych
prądu przemiennego. Blisko sto lat
temu (1916 roku) Steinmetz opubli-
kował książkę poświęconą badaniu
wyższych harmonicznych w ukła-
dach trójfazowych. Autor zaintere-
sował się głównie prądami trzeciej
harmonicznej, spowodowanymi
nasycaniem się żelaza w transfor-
matorach i maszynach wirujących.
Jako pierwszy zaproponował łącze-
nia uzwojeń w układach trójfazo-
wych w trójkąt, dla zablokowania
przepływu prądów trzeciej harmo-
nicznej. Pojawienie się w drugiej po-

łowie ubiegłego stulecia elementów
półprzewodnikowych wywołało po-
nowny wzrost zakłóceń i zaintere-
sowanie się wyższymi harmonicz-
nymi. Obecnie największymi źró-
dłami wyższych harmonicznych
są urządzenia energoelektronicz-
ne, głównie napędy silników elek-
trycznych z regulacją obrotów, ste-
rowane półprzewodnikami napędy
trakcyjne, zasilacze impulsowe itp.
Niewielkie gabarytowo, lecz bardzo
często występujące źródła zakłóceń
wyższymi harmonicznymi to sta-
teczniki półprzewodnikowe stoso-
wane w oświetleniowych lampach
wyładowczych [6].

bezprzewodowa komunikacja

światłowodowa

Komunikacja za pomocą świa-

tła kojarzy się w sposób naturalny z
włóknami światłowodowymi. Czę-
sto zapomina się o tym, że wiąz-
ka światła w powietrzu umożliwia
również przenoszenie informacji z
szybkością oferowaną przez świa-
tłowody, bez ponoszenia kosztów
na budowę linii światłowodowych.

Współczesna technika pozwala na
dwukierunkowe przenoszenie da-
nych cyfrowych bezprzewodowy-
mi torami świetlnymi (FSO - Free
Space Optics) z szybkością 1 Gb na
sekundę, na odległość do kilku ki-
lometrów.

W Stanach Zjednoczonych 95 %

budynków wyposażonych w świa-
tłowody ma strukturę linii o dłu-
gościach nie przekraczających 1,5
km. Koszty budowy nowych li-
nii światłowodowych w metropo-
liach są znaczne. Wynoszą od 100
do 200 tys. dolarów za kilometr,
przy czym 85 % kosztów pochła-
niają prace ziemne i instalacyjne.
Szacuje się, że koszt bezprzewodo-
wego systemu przesyłania sygna-
łów torami świetlnymi jest około
pięć razy mniejszy niż tradycyjnej
linii światłowodowej układanej w
ziemi. Dodatkową zaletą jest moż-
liwość szybkiego (zaledwie w ciągu
kilku dni) zainstalowania połącze-
nia typu FSO między odległymi bu-
dynkami w mieście. Położenie no-
wej linii kablowej wymaga nato-
miast uzyskania zgody władz mu-

nicypalnych na rozkopanie
ulic i trwa nieporównywal-
nie dłużej. Nadajniki i od-
biorniki do bezprzewodowe-
go przesyłania sygnałów tora-
mi świetlnymi są instalowane
zwykle na dachach budynków
lub wewnątrz pomieszczeń w
pobliżu okien.

systemy telekomunikacyjne

źródła zakłóceń i ich eliminacja

Zakłócenia towarzyszą systemom telekomunikacyjnym od początku ich istnie-

nia. Najczęściej spotykanym źródłem zakłóceń są przepięcia atmosferyczne i łą-

czeniowe. Wraz z rozwojem systemów telekomunikacyjnych pojawiają się nowe

źródła zakłóceń i nowe sposoby ich eliminacji. W tym artykule podano przykła-

dy niektórych z nich.

dr inż. Witold Bobrowski – Instytut Elektrotechniki

Urządzenie do optycznego przekazu informacji

w w w . e l e k t r o . i n f o . p l

n r 3 / 2 0 0 4

47

t e l e k o m u n i k a c j a

Bezprzewodowa komunikacja

światłowodowa znajduje różno-
rodne zastosowania:

ƒ

instalowana w tunelach linii me-

tra, rozszerza infrastrukturę ist-
niejącej sieci światłowodowej da-
nej metropolii,

ƒ

wykorzystywana do połączeń z

użytkownikami końcowymi, za-
pewnia szybki dostęp do Interne-
tu oraz innych sieci cyfrowych,

ƒ

zainstalowana w kilku budynkach

przedsiębiorstwa na terenie mia-
sta, umożliwia niezależną wymia-
nę informacji wewnątrz firmy,

ƒ

może być wykorzystywana jako

połączenie rezerwowe istnieją-
cych systemów telekomunikacyj-
nych.

W praktyce stosowane są dwie

długości fali nośnej: 850 nm i
1550 nm. Lasery 850 nm są znacz-
nie tańsze i znajdują powszechne
zastosowanie na krótkich odcin-
kach, a lasery 1550 nm są droższe,
bowiem mają większą moc i mogą
więc pracować na dłuższych odcin-
kach – ich promieniowanie jest
również bezpieczniejsze dla oka
ludzkiego (promieniowanie pod-
czerwone nie dochodzi bowiem do
siatkówki oka, zatrzymując się na
rogówce). Dodatkową zaletą jest
lepsza praca laserów o większej
długości fali w trudnych warun-
kach otoczenia, np. w czasie mgły.
Niezawodność działania bezprze-
wodowych systemów przesyłania
sygnałów torami świetlnymi sza-
cuje się w Stanach Zjednoczonych
optymistycznie na tzw. pięć dzie-

wiątek (99,999 %). W Europie, w
miastach, gdzie występują często
smogi, szacuje się dostępność łącz-
ności na 96-99 % [2, 5].

nietypowe zastosowania

światłowodów

Do eliminacji zakłóceń pocho-

dzących od silnych pól magnetycz-
nych i elektrycznych opracowano
mikrofon wykonany przy użyciu
światłowodów. Zasada działania
mikrofonu polega na odbiciu wiąz-
ki światła przychodzącej z jednego
światłowodu (nadajnika) do dru-
giego światłowodu (odbiornika),
za pośrednictwem lekkiej membra-
ny odbijającej światło. Przy średnicy
membrany 1,5 mm, średnica mikro-
fonu wynosi 4,2 mm, długość 15,2
mm, a masa jest praktycznie pomi-
jalna. W przeciwieństwie do mikro-
fonów pojemnościowych, mikrofon
wykonany przy użyciu światłowo-
dów, nie jest wrażliwy na zakłócenia
elektrostatyczne. Odległość między
mikrofonem a zasilaniem może do-
chodzić do 100 m, a połączenia są
wykonane przy użyciu światłowo-
dów. Żadna z części mikrofonu nie
jest wykonana z metalu, dzięki cze-
mu jest on też odporny na działa-
nie wilgoci. Mikrofony wykonane
przy użyciu światłowodów znajdu-
ją zastosowanie m.in. w łodziach
podwodnych.

Ciekawostką może być zasto-

sowanie światłowodu do odczyty-
wania bardzo starych płyt gramo-
fonowych o historycznej warto-
ści. Odtwarzanie zapisu przy uży-

ciu igły stalo-
wej mogłoby
spowodować
występowa-
nie zakłóceń
oraz uszko-
dzenie płyty.
Igłę zastępuje

więc włókno szklane o nacisku bli-
sko tysiąc razy mniejszym od naci-
sku igły stalowej. Odbity od włók-
na promień świetlny jest przekazy-
wany do urządzenia odczytującego
i przetwarzany za pomocą układu
elektrycznego na sygnał dźwięko-
wy [1].

globalna sieć GSM

Od czasu rozpoczęcia prac pro-

jektowych nad ogólnoświatowym
systemem łączności przenośnej,
komórkowej (GSM - global system
for mobile communication) upły-
nęło już ponad 20 lat. Od tego cza-
su sieci GSM zrobiły zawrotną ka-
rierę, stając się środkiem komuni-
kacji dla setek milionów abonen-
tów posiadających aparaty komór-
kowe. Dzięki umowom roamingo-
wym między operatorami działają-
cymi w różnych krajach system ten
aspiruje do miana globalnej sieci ko-
munikacyjnej. Mimo olbrzymiej po-
pularności systemu, wiedza na te-
mat ochrony sieci GSM przed nie-
powołanym dostępem i zapewnie-
niem poufności transmisji jest trud-
no dostępna. Ze względu na zasto-
sowany potrójny mechanizm: uwie-
rzytelniania, szyfrowania łącza oraz
generowania klucza sesyjnego, sieć
ta uchodziła dotychczas za bardzo
bezpieczną.

W sierpniu 2003 r. kryptolo-

dzy izralescy przeprowadzili prób-
ny atak ze znanym szyfrogramem
na jedną z odmian algorytmu A5.
W pierwszym kroku kryptoanalizy
opracowano atak ze znanym tek-

stem jawnym. Atak ten, przy zna-
jomości zaledwie czterech zaszy-
frowanych ramek i odpowiadają-
cych im danych wejściowych, po-
zwalał na wyznaczenie klucza sesyj-
nego w czasie krótszym od 1 s na
komputerze klasy PC (Pentium III,
800 MHz). Następnie wykorzysta-
no fakt, że w systemie GSM moduł
stopnia korekcji błędów poprzedza
moduł szyfrujący, co oznacza, że w
informacji podanej do zaszyfrowa-
nia nie wszystkie bity należy trak-
tować jako niezależne. Wzajemne
związki między bitami wiadomości,
wprowadzone przez stopień korek-
cji błędów, można wykorzystać jako
substytut znanego tekstu jawnego.
Zmodyfikowany atak wymaga zna-
jomości zaledwie ośmiu ramek szy-
frogramu. Przed przystąpieniem do
ataku napastnik musi jednorazowo
wyznaczyć dane pomocnicze o ob-
jętości 0,5 GB (ok. 5 godzin pracy
na wspomnianym Pentium II, 800
MHz) [4].

literatura

1.

Jiracek M., Opticka vlakna v elek-

troakustice, Sdelovaci Technika
(Praha), 2000 nr 2.

2.

Prokes A., Koncepce bezkabelo-

vych optickych komunikacnich
systemu, Sdelovaci Technika (Pra-
ha), 2001 nr 12.

3.

Wierzbicki A.P., Rola telekomuni-

kacji w kształtowaniu społeczeń-
stwa informacyjnego, Przegląd Te-
lekomunikacyjny, 2003 nr 4.

4.

Zawadzki P., Czy sieci GSM są bez-

pieczne? Przegląd Telekomunika-
cyjny, 2003 nr 11.

5.

Willebrand H.A., Ghuman B.S.,

Fiber optics without fiber, IEEE
Spectrum, 2001 nr 8.

6.

McGrady W., Santoso S., Under-

standing power system harmo-
nics, IEEE Power Engineering Re-
view, 2001 nr 11.

Bezprzewodowa komunikacja światłowodowa