Podstawy telekomunikacji
Andrzej Smolarz
Katedra Elektroniki
Politechnika Lubelska
Plan wykładów
1 . Co to jest telekomunikacja?
2. Podstawowe pojęcia, jednostki,
ograniczenia
3. Usługi telekomunikacyjne
i urządzenia końcowe
4. Media transmisyjne
5. Transmisja sygnałów
6. Kodowanie sygnałów
Podstawy telekomunikacji 1
Plan wykładów c.d.
7. Podstawowe zagadnienia sieciowe
8. Komutacja i ruting
9. Ruch telekomunikacyjny
10. Systemy transmisyjne
11. ZarzÄ…dzanie sieciami i us Å‚ ugami
12. Zagadnienia prawne, ekonomiczne
i standaryzacyjne w telekomunikacji
13. Przyszłość telekomunikacji
Literatura
KsiÄ…\
ki:
S. Haykin,  Systemy telekomunikacyjne
Czasopisma:
IEEE Communications Magazine
PrzeglÄ…d Telekomunikacyjny
Dokumenty www
Podstawy telekomunikacji 2
Wprowadzenie
" Wiadomości i sygnały
" Miara ilości informacji
" Proces przekazywania wiadomości
" Sieć telekomunikacyjna
" Architektura sieci
" Zagadnienie jakości przekazu
Co to jest telekomunikacja?
Telekomunikacja jest dziedziną działalności ludzkiej
dotyczącej przekazywania na odległość wiadomości
za pośrednictwem sygnałów.
" znaki pisma
" mowa
" muzyka i inne dz
więki
" obrazy nieruchome
" obrazy ruchome
" dane alfa-numeryczne
" sygnały pomiarowe
W telekomunikacji -
uwzględnia się formę wiadomości,
nie interpretując treści.
Podstawy telekomunikacji 3
Wiadomości i sygnały
Za wiadomość uwa\
amy ka\
dy czynnik zmniejszajÄ…cy
stopień niewiedzy (nieokreśloności) o danym zjawisku.
(pojęcie abstrakcyjne)
Przykłady:
Wiadomością jest zdanie:  Dzisiaj, w tym miejscu, temperatura
powietrza wynosi plus 33 stopnie Celsjusza  dowiadujemy
się jaka jest miara intensywności pewnego zjawiska
fizycznego.
Wiadomością jest stan świecenia układu dwóch ró\
nobarwnych
świateł na przejściu dla pieszych  dowiadujemy się, czy
dozwolone jest wkroczenie na jezdniÄ™
Wiadomością jest zdanie:  Struna gitary wydaje dz
więk C w
pierwszej oktawie - dowiadujemy siÄ™ jaka jest miara
intensywności pewnego zjawiska fizycznego.
Wiadomości i sygnały
Za sygnał w telekomunikacji uwa\
amy przebieg (w funkcji
czasu) wielkości fizycznej. (zjawisko fizyczne) W
ogólności, sygnałem jest tak\
e ka\
dy umowny znak.
Uwaga:
W rzeczywistości człowiek uzyskuje wiadomości obserwując
sygnał (sygnały) i dokonując odpowiedniej kategoryzacji
wyników obserwacji.
Na przykład:
Wiadomość o stanie temperatury uzyskujemy obserwując
wysokość słupka rtęci w termometrze
Wiadomość o zezwoleniu wkroczenia na jezdnię uzyskujemy
obserwując stan jasności świecenia świateł sygnalizatora.
Wiadomość o dz
więku uzyskujemy słuchając muzyki
Podstawy telekomunikacji 4
Podstawy telekomunikacji 5
Podstawy telekomunikacji 6
Podstawy telekomunikacji 7
Podstawy telekomunikacji 8
Podstawy telekomunikacji 9
y
ródła wiadomości
ziarniste
ciągłe
Ilość wiadomości
Ilość wiadomości
= "
= N
(zbiór ciągły)
OFF
zakres i
kategoryzacja
ON
Przykłady sygnałów (telekomunikacyjnych)
x"R x"R
t"D
t"R
ciągły z czasem ciągłym
ciągły z czasem dyskretnym
x"D
x"D
t"D
t"R
dyskretny z czasem ciągłym
binarny z czasem dyskretnym
Podstawy telekomunikacji 10
Ilość i miara ilości informacji w z
ródle
Otrzymanie określonej wiadomości obarczone jest niepewnością
(prawdopodobieństwo).
Im mniej prawdopodobna jest wiadomość, tym jej otrzymanie
dostarcza więcej informacji i vice versa!!!
N
ilość informacji w
H=-" pk·log2(pk)
"
"
"
z
ródle ziarnistym
1
Je\
eli w z
ródle są 2 wiadomości (ON/OFF) i p0=p1=1/2
przyjęto jako miarę
H=1 (shannon, bit)
ilości informacji
Reprezentacja wiadomości (kodowanie)
Dla potrzeb przetwarzania i przesyłania wiadomości celowe jest ich
zakodowanie tj. przypisanie ka\
dej wiadomości stosownych symboli
Kod jest to wzajemnie jednoznaczna funkcja "f" przyporzÄ…dkowujÄ…ca
wiadomościom ąi
Ä… ²
Ä… ze zbioru wiadomoÅ›ci A symbole ²i ze zbioru symboli B.
Ä… ²
²
²i =f(Ä…i
² Ä…
² Ä… ) i=0..n-1 n-liczba wiadomoÅ›ci
² Ä…
Ä…i
Ä… (²i) i=0..n-1
Ä… =f-1
Ä… ²
²
²
W telekomunikacji do zakodowania wiadomości powszechnie stosuje się
ciÄ…gi symboli binarnych.
Ä…i
Ä… "!
ą "! bk-1bk-2...b1b0 i=0..n-1 k-długość ciągu max 2k
Ä… "!
"!
wiadomości
²l "{0,1} l=0...k-1
² "
² "
² "
Przykłady:
H=1,251 sh H=2,0 sh
Ä…i ²
Ä… ²
Ä… ²i
Ä… ²
(wiadomości)
kod #1 kod #2 kod #3 kod #4 kod #4
cała n. FFWD 33 00 000 p=0,7 p=0,25
½ n. HFWD 21 01 010 p=0,18 p=0,25
Wstecz RET 8 10 100 p=0,02 p=0,25
Stop STP 0 11 011 p=0,1 p=0,25
Podstawy telekomunikacji 11
pe / BER
Często zamiast wartości pe podawana jest wartość
elementowej stopy błędu BER (ang. Bit Error Rate). BER
jest zdefiniowana jako stosunek bitów odebranych
błędnie do całkowitej liczby przesłanych bitów:
Q
BER = 0.5 Å" erfc( )
2
gdzie:
"
2
2
erfc(u) = 1 - erf (u) =
+"exp(-z )dz
2
u
Podstawy telekomunikacji 12
BER cd.
Q - funkcja prawdopodobieństwa błędu wyra\
ona jest
zale\
nością:
2
Q =
erfc(2 pe )
Zale\
ność prawdopodobieństwa błędu od współczynnika
S/N opisana jest równaniem:
1 1
ëÅ‚ öÅ‚ ëÅ‚ öÅ‚
2 2
ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚
(S ) (S N)
1 1 1
ìÅ‚ ÷Å‚
pe = erfcìÅ‚ N ÷Å‚ = - erf
2 2 2
ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚
2 2 2 2
ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚
íÅ‚ Å‚Å‚ íÅ‚ Å‚Å‚
-6
10
-7
10
-8
10
-9
10
-10
10
-11
10
4.24
3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
Zale\
ność Pe= f(u)
10 12
S/N [dB]
opt
10.8
-2
10
-4
10
-6
10
-8
10
-10
21.6
S/N [dB]
10
elektr
10 12 14 16 18 20 22 24
Charakterystyka BER = f(S/N)
Podstawy telekomunikacji 13
Prawdopodobieństwo błędu
BER
Proces przekazywania wiadomości
interpretacja
przekazywanie
artykulacja
zjawisko
przy u\
yciu
symboli
c& f&
c& f&
c& f&
c& f&
Zamiana na sygnały, zwykle
poprzedzona odpowiednim
e& `&
e& `&
e& `&
e& `&
kodowaniem
Bezpośrednie przekazywanie na odległość symboli słu\
Ä…cych do artykulacji
wiadomości jest zwykle niemo\
liwe
Proces przekazywania wiadomości cd.
wiedza o
zjawisku
przekazywanie
dekodowanie
symboli
c& f&
c& f&
c& f&
c& f&
e& `&
e& `&
e& `&
e& `&
Zamiana na
symbole
Je\
eli nie potrafimy określić, jakie wiadomości są potrzebne dla uzyskania
wiedzy o danym zjawisku  przedmiotem przekazywania mo\
e być
bezpośrednio sygnał (sygnały) fizyczny wytwarzany przez zjawisko.
Przykład: w du\
ej mierze muzyka.
Podstawy telekomunikacji 14
Model kanału telekomunikacyjnego
wiadomość oszacowanie wiadomości
y
ródło Odbiorca
informacji informacji
Koder dekoder
z
ródła z
ródła
Oszacowanie słów
SÅ‚owa kodowe
kodowych z
ródła
z
ródła
Koder dekoder
kanału kanału
SÅ‚owa kodowe
Oszacowanie słów
kanału
kodowych kanału
Modulator De-
modulator
Sygnał + ew
Sygnał
zakłócenia
Kanał fizyczny
Proces przekazywania wiadomości cd.
W najprostszym przypadku, przekazywanie
wiadomości odbywa się w relacji punkt  punkt ...
Podstawy telekomunikacji 15
Proces przekazywania wiadomości cd.
... bÄ…dz
w bardziej zło\
onym, odbywa siÄ™ w sieci
Sieć telekomunikacyjna
1
8
2
Granica
podsieci
połączenia p-p
pomiędzy węzłami
komunika-
cyjnej
3
7
Stosuje techniki
4
komutacji i
podziału
6
5
zasobów
węzeł
Połączenie procesorów informacji (węzłów) w celu wspólnego wykorzystania
zasobów
Podstawy telekomunikacji 16
Warstwowa architektura sieci telekomunikacyjnej
Abonent A
Abonent B
protokoły warstw
Zastosowań Zastosowań
Prezentacji Prezentacji
Sesji Sesji
Transportowa Transportowa
Sieci Sieci
Sieci Sieci
A
Ä…cza A
Ä…cza
A
Ä…cza A
Ä…cza
Fizyczna Fizyczna
Fiz. Fiz.
fizyczne środki połączenia
Warstwowa architektura sieci telekomunikacyjnej
Protokół (N+1)-warstwy
(N+1)-obiekt (N+1)-obiekt
(N+1)-
warstwa
Protokół N-warstwy
N-
N-obiekt N-obiekt
warstwa
(N-1)-obiekt (N-1)-obiekt
(N-1)-
Protokół (N-1)-warstwy
warstwa
(N-1)-obiekt (N-1)-obiekt
. . . . . .
obiekty charakteryzowane przez nazwÄ™
punkty udostępnienia usług charakteryzowane przez adres
Podstawy telekomunikacji 17
Warstwowa architektura sieci telekomunikacyjnej
protokoły warstw
Narzędzia korzystania z aplikacji sieciowych
Zastosowań
Dostosowanie formatów, szyfrowanie
Prezentacji
Organizowanie wymiany wiadomości
Sesji
Transportowa Wirtualna komunikacja punkt - punkt
Komunikacja w sieci łączącej węzły
Sieci
Komunikacja punkt - punkt
A
Ä…cza
Fizyczna
Przesyłanie strumienia bitów
fizyczne środki połączenia
Struktury informacji
.........
....
...
W. Sieci NAGA
P. UśYTK
Pakiet
W. A
Ä…cza
NAGA
P. UśYTK NAGA
P. UśYTK Ramka
W. Fizyczna Bit
Podstawy telekomunikacji 18
Model podsieci komunikacyjnej
Z uwagi na ró\
ne wymagania  ró\
ne rozwiązania techniczne; konieczność
zapewnienia współdziałania
Sieć lokalna
A
Ä…czy sieci lokalne ze
szkieletem (20 km,
średnia przepustowość)
A
ączy poszczególnych
abonentów z siecią
(pojed. km, mała Sieć dostępowa
A
ączy sieci dostępowe
przepustowość)
(ponadregionalna, b.
du\
a przepustowość)
Sieć szkieletowa
Usługi sieci telekomunikacyjnej
Przedmiotem funkcjonalności (komercyjnej oferty) sieci
telekomunikacyjnej są usługi telekomunikacyjne polegające na
przekazywaniu:
Telefonia,
Wideotelef.,
t. porozumiewawcza
Sieci pakiet.,
" Mowy, danych, interaktywnych obrazów ruchomych
Radio,
t. rozsiewcza
Telewizja
" Dz
więków, obrazów ruchomych
Monitoring
t. zbiorcza
" Jednokierunkowa transmisja danych
Podstawy telekomunikacji 19
Problem oceny jakości w telekomunikacji
" Zadaniem telekomunikacji jest wierne przekazanie wiadomości.
" Z uwagi na ograniczenia fizyczne i techniczno-ekonomiczne nie jest to
mo\
liwe.
W sieci t. błędy przekazu powstają w poszczególnych połączeniach (p-p)
oraz w węzłach.
Poziom błędów w praktycznie realizowalnym przekazie musi podlegać
ocenie  kontrola stanu sieci, porównywanie rozwiązań technicznych.
Kryteria oceny zale\
ą od rodzaju przekazywanych wiadomości  inne dla
przekazu telewizyjnego, danych interaktywnych, mowy itp..
Wielkość błędów przekazu jest zło\
oną funkcją parametrów jakości pracy
połączeń i węzłów.
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),
 telegrafiÄ™ kopiowÄ… (faksymilografia, telekopia).
" Uwaga: dzisiaj funkcje te spełnia fax.
Podstawy telekomunikacji 20
TELEGRAFIA
Podstawy telekomunikacji 21