Telekomunikacja i przesyłanie danych Częstotliwość kanału - częstotliwość sinusoidalna y=Asin (2Пf t+e) A-amlituda, f-czestotliwosc, e-faza (zmiany tych parametrow słuzą do modulacji sygnalu nosnego i1u1= i2u2 Pstr = I * u (sygnały stałe) Pstr = i * u (sygnały zmienne sinusoidalne) i= (wartości) (skuteczne) Pstr = I * u = I^2 * R Pstr = i * u = i^2 * R Rys2 Przykład transmisji z modulacją prostą Rys 3 Najważniejsze etapy rozwoju telekomunikacji Rok Wydarzenie 1838 Wynalezienie telegrafu(Samuel Morse) 1876 Wynalezienie telefonu (Aleksander Graham Bell) 1897 Wynalezienie telegrafu bez drutu (Guglielmo Marconi) 1906 Triada próżniowa (Lec de Forents) 1938 Pierwsza rozgłośnia telewizyjna, Aleksander Palace 1940-5 Rozwój radaru 1948 Wynalazek tranzystora 1959 Wynalezienie obwodow scalonych 1962 Wystrzelenie satelity telekomunikacyjnego Telstar. Początki telewizji o zasięgu światowym 1968 Początki telekomunikacji światłowodowej Fala TEM (Transverse Elektro Magnetic) wale Rys 4 Antena dipolowa (odbiór pola elektrycznego) Antena ferrytowa (odbiór pola magnetycznego) Anteny talerzowe (odbiór zarówno pola elektrycznego jak i magnetycznego) Klasyfikacja fal radiowych Pasmo Zakres Często- tliwości Długość fali Zasięg Z 1.VFL 3-30kHz 100-10km Światowy 2.LAL 30-300kHz 10-1km Światowy 3.MF 0,3-3MHz 1-0,1km Setki km 4.HF 3-30MHz 100-10m Światowy przy wielokrotnych odbiorcach 5.VHF 30-300Mhz 10-1m optyczny 6.UKF 0,3-3GHz 1-0,1m optyczny 7.SHF 3-30GHz 10-1cm optyczny 8.EHF 30-300GHz 1-0,1cm optyczny do tabelki Zastosowanie: Telekomunikacja dalekiego zasięgu, nawigacja, wolne przesyłanie danych Jak VFL Radiofonia, radiokomunikacja morska Radiotelekomunikacja dalekiego i śred. zasięgu, radiofonia Radiokomunikacja krótkiego zasięgu (paying audio audio TV); średniego zasięgu przy odbiciach troposferycznych, radiokomunikacja ruchoma. Jak dla VHF, telekomunikacja satelitarna Krótkiego zasięgu, naziemna, satelitarna, ruchoma i radar łącza naziemne Widmo fal elektromagnetycznych PRI ( Primary Rate Interface) Kanały 30B + D64 (31x64 kb/sec)=1984 kb/sec Przykład sygnału w styku U korzystającego z kodu 2B1Q Rys Wybór dostawcy Internetu poprzez łącza komutowane jest uzależniony przede wszystkim od ulokowania usług sieciowych z których korzystamy. Systemy callback umożliwiają obniżenie opłat. Rys Ogólny podział technologii dostępowych do internetu (podział łączy punkt-punkt) Widmo częstotliwościowe prostokątnego przebiegu bramkowego o częstotliwościach 1kHz rysunek s 29 Szereg Fouriera ( dotyczy przebiegów okresowych Wzor s 29 Szereg Fouriera (dotyczący przebiegów okresowych) Aproksymacja prostokątnego przebiegu bromkowego sumą kolejnych harmonicznych. Przekształcenie Fouriera (Transformacja Fouriera) S(w) = ; (dt) - sygnał wielookresowy S(t) = Tw. Parsewala Szybkość Nygnista (R) w =2πf B wgr =R/L R [bod] - szybkość symbdowa B Wgr [Hz] - szerokość pasma toru transmisyjnego BER - bity przekłamane / wszystkie bity Obraz w dziedzinie częstotliwości (widmo) S(t) = Przykłady S(f) = Acos - πfot

Zależność tłumienności światłowodu od długości fali przesyłanego światłowodu Wzmocnienie 20logA[dB] lub 10 logA[dB] Tłumienie 20logA lub 10log A wzmacniacz napięcio wzmacniac trsnskonduktacyjny y,x - napięcie y- prąd x-napięcie wzmacniacz prądowy wzmacniacz transimpedacyjny y,x - prąd y- napięcie x-prąd wzmacniacz optyczny y,x - natężenie światła Erbinum Doped wzmacniacz optyczny stosujemy Fibre w paśmie 1,55μm Amplifer 1,55*10^-6 μm = 1550nm C = 3*10^8 Computer Aided projektowanie wspomagane komputerowo Design moduł sygnału na wejściu Telekomunikacja- przesyłanie informacji między oddalonymi od siebie punktami za pomocą sygnałów elektrycznych, elektromagnetycznych lub optycznych (przesyłanie dźwięku, obrazu i danych) „Tele” z greckiego znaczy odległy Telekomunikacja = (TELE)KOMUTACJA+(TELE)TRANSMISJA Komutacja (Switching) - zestawienie i likwidacja połączenia (kanału) - komutacja łączy (kanałów) - tworzenie fizycznego połączenia między abonentami do ich wyłącznego użytku - komutacja wiadomości - trasowanie wiadomości według zasady „zapamiętaj i prześlij” i wykorzystywanie kanału tylko podczas przesyłania wiadomości - komutacja pakietów - wiadomość jest najpierw dzielona na „pakiety” i jest wysyłana do odbiorcy w postaci pakietów a) tryb połączeniowy (połączenie wirtualne)- wszystkie pakiety wędrują tą samą trasą b) tryb datagramowy -(bezpołączeniowy) - każdy pakiet może wędrować inną trasą (np. protokoły IP w sieci Internet) - komunikacja ATM (Asynchtonous Transfer Mode)- odmiana komunikacji pakietów, opracowana dla sieci BISDN, charakteryzuje się: a) krótkimi pakietami o jednakowej wielkości (komórki o długości 53 bajty) b) pracuje w trybie połączeniowym (wszystkie komórki wędrują tą samą trasa, ustalona na początku transmisji) Transmisja - przesyłanie sygnałów Media transmisyjne (kanały telekomunikacyjne) - tory teletransmisyjne miedziane - bezpośrednia transmisja cyfrowa (sieci LAN) lub transmisja z modulacją (modem wąskopasmowy, telewizja kablowa) - światłowody - transmisja z modulacją natężenia (amplitudy) sygnału świetlenego - tory bezprzewodowe (propagacja fal elektromagnetycznych) - prosta lub złożona modulacja amplitudy, fazy i częstotliwości Schemat blokowy systemu telekomunikacyjnego: Rys Komunikacja bezprzewodowa Łączność satelitarna: 1. Specyfikacja transmisji w zakresie częstotliwości mikrofalowych 2. łączność oparta na satelitach geostacjonarnych 3. łączność oparta na satelitach niskoorbitowych Radiowe sieci dostępowe i szkieletowe (radiolinie) . Wartości kanałów radiowych (częstotliwości sygnałów nośnych technik modulacji, tłumienie sygnałów odporność na zakłócenia, zasięg) 2. Bezprzewodowe sieci abonenckie Bezprzewodowe sieci LAN (WLAN) 1 specyfikacja 802.11 fc=2.4 GHz 1-2Mb/s, fhss/dsss 2 specyfikacja 802.11a fc= 5GHz 54Mb/s OFDM 3 specyfikacja 802.11b fc=2.4Gb/S 11Mb/s DSSS inna nazwa WiFi (wireless fidelity) 4 specyfikacja 802.11g najnowsza fc 2.4GHz od 11 do 54Mb/s, DSSS Bezprzewodowa komunikacja urządzeń peryferyjnych z komputerem 1. Standard Bluetooth = łączność radiowa 2. Standard IrDA - łączność w paśmie podczerwieni Telefonia komórkowa 1 specyfikacja systemów z terminalami ruchomymi (efekt wielodrogowości, zakłócenia w kanale telekomunikacyjnym) 2 Cyfrowe systemy drugiej generacji (usługa WAP - Wireless Application Protocol) a) GSM i DCS z wielodostępem mieszanym tj. czasowym TDMA(T Division Multiple Access) i częstotliwościami FDMA (Frequency Dicvision Multiple Access), usługa pakietowa GPRS ( General Packet Radio Service) b) Amerykanki system IS-95 z wielodostępem kodowym CDMA Code Division Multiple Access) 3 Systemy III generacji (3G) z dostępem WCDMA (Wideband CDMA) a) Europejske systemy UMTS (Universal Mobile Telecommunication System). b) globalny system IMT -2000 (International Mobile Telecommunication 2000 ) DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum FHSS - Frequency Hopping Spread Spectrum IrDA - Infrared Data Association Techniki wielodostepu ( dostępu wielokrotnego) FDMA - wielodostęp częstotliwościowi TDMA - wielodostęp czasowy CDMA - wielodostęp kooky (Code Division Multiple Access) WDRT (ware aught Division Multiplexing) wielodostep z podziałem długości) SDMA (Space Division Multiple Access) wielokrotny dostęp przestrzenny GSM (890 % 960 MHz) Rysunek GSM (1710 % 1880MHz) Rysunek Przemiana częstotliwości - sygnal nosny rysunek s 22 Filtr środkowoprzepustowy rysunek s 22 Proste techniki modulacji Modulacja amplitudy (A=g(f); ƒ, e-const) amplitudowa (g(t) - funkcja ciągła - AM cyfrowa (kluczowanie (amplitudy)) ASK Amplitude Shift Keying Modulacja częstotliwości (ƒ=g(t) ; A , f-const) - amplitudowa (g(t) - funkcja ciągła - FM - cyfrowa (kluczowanie (częstotliwości)) - FSK - Frequency Shift Keying 3. Modulacja fazy (ƒ=g(t) ; A , f -const) - amplitudowa (g(t) -funkcja ciągła - DSK - cyfrowa (kluczowanie fazy) - PSK Sygnał modulujący cyfrowy (binarny) Efektywność widma modulacji (wydajność spektralna) Dla modulacji cyfrowej EW = [B / s / Hz] Dla modulacji analogowej EW = Bin - szerokość widma sygnału modulacyjnego Bout - szerokość widma sygnału po modulacji Modulacje efektywne widmowo (modulacje złożone) Inne metody modulacji Skuteczne modulacje z kodowaniem 2B1Q , CAP, DNT Rys…. 2B1Q - znane jako 4PAM (4 -level Pulse Amplitude Modulation) -kodowanie dwóch symboli binarnych (duobity informacji) -cztery poziomy napięcia CAP (Carrietless Amplitude and Phase Modulation) wiele punktów konstelacji (16, 64, 256 ) kodowanie dwuwymiarowe (nośne ortogonalne) DNT (Diskrate Multitione Modulation) wiele podnośnych, kodowanie kilku symboli na każdej nośnej Modulacja kwadratowa (QAM) Rys…. Kwadraturowe modulacje fazy (QDSK) Kanały synfazowy (/) / kwadraturowy (Q) Rys …..

Przykład sieci z komutacją łączy: Rys Przykład sieci z komutacją pakietów: Rys American Standard Code for Information Interchange - ASCII - kod 7 bitowy Broadband Integrated Services Digital Network - BISDN r=1,55,52 Mb/sec = 2430*64kb/sec Synchronous Transmission Module - STM General Packet Radio Service - GPRS Moving Picture Experts Group - MPEG Joint Photographic Experts Group - JPEG Kompresja informacji: a) stratna JPEG, MPEG b) bezstratna Kodowanie kanałowe (kody korekcyjne) kody blokowe kody splotowe Rys Schemat kodowania (dekodowania) blokowego Rys Sieci z komutacją pakietów Ogólna struktura ramki w transmisji pakietowej Rys F (Flag) - bity synchronizacji A (Address) - 4 bity dla źródła i 4 bity dla zdefiniowania odbiorcy C (Control) - kolejny numer pakietu lub sygnalizacja CRC (Cyclic Redundancy Checking) - kontrola kodem cyklicznym ATM Rys Rys. Strumień zmultipleksowanych komórek ATM ATM - Asynchtonous Transfer Mode Zwielokratnianie szybkośc transmisji Systemy: PDH - Plesiechronous Digital Hierarchy SDH - Synchronous Digital Hierarchy Rys rys s23 Nadajnik Odbiornik Odbiornik helerodynowy Odbiornik helerodynowy f1= f2 Filtr jest dolnoprzepustny Technika światłowodowa i łączność przewodowa Systemy i sieci światłowodowe Światłowód jako medium transmisyjne( rodzaje światłowodów, parametry włókien światłowodowych sprzęganie światłowodów ze źródłami światła, kable światłowodowe) Rysunek s 23 Całkowite wewnętrzne odbicie, gdy 2 Źródła światła i urządzenie nadawcze ( diody LED, lasery półprzewodnikowe techniki modulacji, nadajniki Technika światłowodowa i łączność przewodowa 1 Światłowód jako medium transmisyjne( rodzaje światłowodów ze źródłami światła, tablice światłowodowe) 2 Źródła światła i urządzenia nadawcze (diody LED, lasery półprzewodowe, techniki modulacji, nadajniki) 3 Fotodekodery i odbiorniki w liniach światłowodowych ( fotodiody pln, wzmacniacze optoelektroniczne) 4 Inne, podstawowe elementy sieci światłowodowych (złącza stałe i rozłączalne, soczewki światłodowe, sprzęgacze światłowodowe, modulatory, elementy polaryzacyjne, cyrkulatory optyczne multipleksery i demultipleksery optyczne, strojone filtry optyczne izolatory optyczne kompensatory dyspersji ) 5 Regeneratory optoelektryczne i wzmacniacze optyczne 6 Sieci światłowodowe z dostępem wielokrotnym typu TDM (Time Division Multiplexing): a) zwielokrotnianie PDH (Plezjochornous Digital Hierarchy) b) zwielokrotnianie SDH (Synchronu Digital Hierarchy) i SONET ( Synchrnonus Optical Network) 7. Sieci światłowodowe z dostępem wielokrotnym typu WDM (Wavelengh Divion Multiplexing), DWDM (Dense Wavelengh Multiplexing) i CWDM (Coarse Wavelengh Division Multiplexing) Transmisja w torach miedzianych 1 Para skręcana (`skrętka”) jako medium transmisyjne 2 Kabel koncentryczny jako medium transmisyjne 3 Transmisja danych w wąskopasmowym, analogicznym kanale telefonicznym z wykorzystaniem modemu wąskopasmowego 4 Szybka transmisja danych cyfrowych a) sieci ISDN - Integrated Sernice Digital Network b) sieci BISDN -Broadband Integrated Sernice Digital Network c) łącza ASDL - Asymmetric Digital Subscriber Line (szerokopasmowe modemy do sieci kablowych) Rysunek strona 26 Skuteczność widmowa wybranych metod modulacji dla BER <10^-8 Rodzaj modulacji Efektywność widmowa (bit/Hz) Graniczny stosunek S/N (dB) Rodzaj modulacji Efektywność widma Graniczny stosunek QPSK 1 15 16-QAM 2 22 64+QAM, DMT 4 28 256 - QAM 8 34 Kodowanie splotowe w modulacji TCM (TRELLIS CODED MODULATION) Technika światłowodowa w telekomunikacji Metody opisu zjawisk optoelektrycznych Metody klasycznej optyki geometrycznej Teoria pola elektromagnetycznego (równanie Maxwella) Mechanika kwantowa Światłowód - optyczny falowód włóknisty Budowa i przybliżony opis metodami optyki geometrycznej Rys…. Φ - kąt akceptacji światłowodu sinΦ=NA -akceptura numeryczna Rys…. ; dla β=90^o , α = αgr Warunek pełnego odbicia światła na granicy rdzeń płaszcz. : α > αgr próżni dla atmosfery ziemskiej V = n > 1 dla szkła kwarcowego Wymiary i rodzaje światłowodu średnica pokrycia : 250 μm średnica płaszcza : 125 μm średnica rdzenia : 50 μm -światłowody wielodomowe 5 - 11 μm -światłowody jednodomowe Wada światłowodów wielodomowych: - poszerzanie przesyłanych impulsów w miarę oddalania się od źródła światła, spowodowane różnicą szybkości propagacji różnych modów (dyspersja międzymodowa) Minimalna średnica rdzenia zapewniająca transmisje jednodomową

Plesiochroniczna hierarchia łączy cyfrowych System SDH STM - Synchronous Transfer Module Interfejsy logiczne krotnicy synchronicznej ADM/SDH Rys Szybkość transmisji w liniach światłowodowych: ~2,5 Gb/s (STM-16) ~10 Gb/s (STM-64) ~40 Gb/s (STM-256) 64kb/s = 8kHz * 8 bitów/próbkę Transmisja typu Simplex Duplex (FDD) Frequency Division Duplex Poł Duplex (TDD) - Time Division Duplex Przykłady kodów liniowych transmisyjnych: W sieciach Ethernet (protokół dostępu CSMA/CD) Carrier Sensc Multiple Acces Colision Detection Kod typu Manchester W sieciach Token Ring Kod typu „różnicowy” Manchester W obu tych kodach poszczególne bity są zamieniane na pary bitów które trwają razem tyle co bit początkowy. Sygnały elektryczne są sygnałami dipolarnymi symetrycznymi względem zera. Rys Ewolucja koncepcji dostępu abonenckiego Rys NT, LT - zakończenie abonenckiego taktu cyfrowego M - modem A/C - przetwornik PCM (Pulse Code Modulation) BRI (Basic Rate Interface) Kanały 2B + D16 Kanał B - 64kb/sec Tryb mapieciowy 2. tryb pradowy rysunki s 27 3. Tryb dopasowania Wzmacniacz optyczny typu EDFA Rysunek s 27 Wielodostep CDMA(Cde Division Multiple Access) System z rozpraszaniem bezpośrednim (Direct Sequense Spreading Rysunek s 28 Obraz widmowy systemów DSSS System ze skazaniem po częstotliwościach FH( Frequency Hopping) Rysunek s 29

4

---