Telekomunikacja - proces przesyłania informacji między dwoma lub więcej użytkownikami, przesyłanie 1 lub 2 kierunkow, użytkownik człowiek lub maszyna

PODZIAŁ

Zastosowanie:

- porozumiewawcza

- rozsiewcza

- zbiorcza

Rodzaj przekazywanych wiadomości:

- telefonia

- radiofonia

- telegraf

- symilografia (obrazy nieruchome)

- telewizja

- telemetria

- sygnalizacja

- telemechanika

- teledacja

Rodzaj wykonywanych czynności:

- technika przetwarzania wiadomości (na sygn. Elektryczny lub optyczny)

- teletransmisja

- telekomutacja

Usługi telekomunikacyjne

- transmisji danych

- tekstowe

- głosowe

- dźwiękowe

- ruchome

Wykaz usług podstawowych CS-l w sieci IN

- połączenia bezpłatne (FPH)

- połączenia z podziałem opłat (SPL)

- nr uniwersalny (VAN)

- połączenie z podwyższoną opłatą (PRM)

- połączenie kredytowe

- wirtualna sieć wydzielona (VPN)

- teległosowanie (VOT)

- usługa zgłoszeń masowych (MAS)

- wybieranie skrócone

Podział sygnałów:

- okresowe (periodyczne g(t)= g(t+T)

- nieokresowe (aperiodyczne)

- deterministyczne

- stochastyczne

- o skończonej energii 0 < E < ∞

- o skończonej mocy 0 < P < ∞

Sygnały elektryczne w telekomunikacji

- ciągły w czasie

- nieciągły w czasie

- analogowy

- cyfrowy

Ciśnienie powietrza

Sygnał akustyczny ciagły

Ciąg próbek syg. akustycznego

Sygnał sinusoidalny (harmoniczny)

g(t)=A*sin(ω*t+φ)

Widmo sygnału sinusoidalnego

Szereg Fouriera

Przebieg okresowy g(t), o okresie T=2π / ω ma nieskończone widmo opisane szeregiem Fouriera

an, bn -reprezentacja kwadraturowa

- widmo jednostronne

- widmo dwustronne

Transformata Fouriera Pozwala wyznaczyć widmo sygnału nieokresowego

Odwrotna transformata Fouriera

Splot

Wykorzystywany do wyznaczania widma wyjściowego z kanału K(t) przy znajomości widma wejściowego G(f) i transmitancji kanału H(f)

Pasmo sygnału jest miarą ilościowego przedstawienia zawartości istotnych składowych widma dla dodatnich częstotliwości

- Sygnał o paśmie dolnoprzepustowym- znaczna cześć zawartości widmowej rozłożona jest wokół zera na osi częstotliwości

- Sygnał o paśmie pasmowoprzepustowym (środkowoprzepustowe) - znaczna cześć zawartości widmowej rozłożona jest wokół +- fc na osi częstotliwości

Pasmo listkowe

- dla sygn. Dolnoprzepustowego ½ szerokości listka głównego

- dla sygn. pasmowoprzepustowego- szerokość listka głównego przypadającego na dodatnie częstotliwości

Pasmo trzydecybelowe 3-dB

- dla sygn. dolnoprzepustowego - odległość miedzy f=0 dla której A=max a dodatnią f przy której widmo amplitudowe spada o 1/ √2

- dla sygnału pasmowoprzepustowego - odległość pomiędzy dwoma częstotliwościami przy której widmo amplitudowe spada o 1/ √2 od wartości szczytowej w punkcie fc

(Czas trwania sygn.) (pasmo)=constans

filtry - układ przepuszczający sygnał o częstotliwościach leżących w określonym zakresie

- dolnoprzepustowy

-górnoprzepustowy

- srodkowoprzepustowy

- zaporowy

-filtr pasywny dolnoprzepustowy

- filtr pasywny górnoprzepustowy

- filtr aktywny dolnoprzepustowy

Pod wzgl technologicznym

- analogowe- zbudowane pomocą indukcyjności lub pojemności oporu i wzmacniaczy operacyjnych

- z czasem dyskretnym - zachodzi próbkowanie sygnałów w czasie, amplituda zostaje ciagła

- cyfrowe - sygnały próbkowane w czasie a amplituda podlega procesowi kwantowania

MODULACJA

proces nakładania informacji w postaci sygnału informacyjnego m(t) na przebieg o wyższej częstotliwości - falę nośną

Fala nośna Uc sin ωc t

Fala modulująca Um sin ωm t

g(t) = A sinΘ (t)

Θ (t)=( ωt+Φ)

Modulacja:

-amplitudy AM

- kata:

-częstotliwości FM

- fazy PM

Modulacja amplitudy

Fala nosna c(t)=Ac cos(2πfct)

Fala modulująca m(t)

S(t) = AM Ac[1+ka m(t)] cos (2π f c t)

Ka- czułość amplitudowa, głębokosć modulacji

Transformata Fouriera AM s(f)

(f + fc) górna wstęga boczna

(f - fc) dolna wstęga bocznaa

Modulacja jednym tonem

M(t)=Am cos (2π fmt)

Głębokość modulacji

w praktyce m є (0,2 - 0,8)

Moc fali nośnej i prążków bocznych

Pc- moc fali nośnej

P- moc całkowita sygnału

m=1 -- Pc/P = 2/3

Modulacja nieliniowa

Modulatory kwadratowe

Ogólna postać charakterystyki układu nieliniowego

Uu = k + aUi + bUi2 +cUi3

Ui = Um sin ω mt + Uc sin ω ct

Uo= k+a (Um sin ωm t + Uc sin ωc t + b(Um sin ωm t + Uc sin ωc t)2 +…..(*)

Rozwinięcie wyrażenia (*) zawiera składnik

aUc sinc t + Bum Uc [cos(ωc-ωm)t - cos (ωc+ωm)t

wady:

- niedostateczna filtracja

- zniekształcenia brak symetrii przebiegu zmodulowanego względem osi X

Modulator przełączający

x- niepożądane składowe, których widmo składa się z deltafunkcji

x- usuwany filtrem środkowopasmowym

Detektor obwiedni

wymagania

AM wąskopasmowe

Fc >> Fm

M < 100%

Zalety i wady modulacji amplitudy

+ łatwość generacji i demodulacji

- jest nieekonomiczna ze wzgl. Na moc szerokości pasma (zw)

Modyfikacje modulacji amplitudy

- modulacja dwuwstęgowa ze stłumioną falą nośną DSB-SC (moc oszczędzona ze wzgl. nNa brak fali nośnej, jednakże dwukrotnie większe pasmo od pasma podstawowego)

s(t) = c(t) m(t) = Ac cos(2π fct) m(t)

modulator pierścieniowy - działa jak odwracający fazę przełącznik o częstotliwości fali nośnej

- modulacja częściowo stłumioną wstęgą boczną VBN, jedna wstęga boczna przesyła prawie całkowicie, druga w postaci śladowej

- modulacja jednowstęgowa zawiera jedynie górną lub dolną wstęgę boczną

Detekcja koherentna

Sygnał zmodulowany zostaje pomnożony przez sygnał fali nośnej będący w fazie z odbieranym sygnałem DSBSC

Odbiór sygnału jest możliwy za pomocą innego modulatora zrównoważonego

Sposoby wytworzenia przebiegu nośnego w odbiorniku

- przesyłanie fali nośnej za pomocą oddzielnego kanału

- wytworzenie w nadajniku fali nośnej o zredukowanej amplitudzie (pilot)

Widmo sygnału informacyjnego powinno mieć lukę energetyczną wokółczestotliwosci zerowej, warunek ten spełnia sygnałowy (powinno stosować się filtry środkowoprzepustowe)

Modulacja Kąta

Ogólna postać sygnału zmodulowanego kątowo s(t) = Ac cos [Θi (t)]

- gdy (Θi (t))= 2π f * Φc niezmodulowany sygnał

- gdy (Θi (t)) = 2π f c t + kp m (t) sygnał modulowany fazowo PM

kp- czułość fazowa modulatora

s(t) = Ac cos [2π fc t + kp m (t)]

- gdy f(t) = fc + kf m(t) sygnał modulowany częstotliwościowo FM

kf - czułość częstotliwościowa modulatora

Właściwości

- przejście przez 0 sygnału PM, FM nie mają idealnej regularności

- obwiednia sygnału PM i FM jest stała

- sygnał FM może być rozpatrywany jako sygnał PM w którym fala modulująca jest postaci

zamiast m(t)

Modulacja częstotliwości- proces nieliniowy

- widmo sygnału FM nie jest w prosty sposób związane z widmem sygnału modulującego;

Sygnał modulujący

m(t) = Am cos (2π Fm t)

Częstotliwość chwilowa sygnału FM

g(t) = Am cos (2π Fc t + M sin 2π Fm t)

M- wskaźnik modulacji (stosunek dewiacji częstotliwości Δf do częstotliwości fm

kUm- dewiacja częstotliwości

Rodzaje modulacji częstotliwości

- wąskopasmowa modulacja FM

M<1 - wąskopasmowy sygnał FM

Większa odporność na szumy niż AM

Węższa szerokość pasma niż w szerokopasmowej modulacji FM

- szerokopasmowa modulacja FM

M>1 - szerokopasmowy sygnał FM

Transmisja

- przewodowa

- bezprzewodowa

Równania telegrafistów informują jakie mamy przebiegi napięcia oraz prądów na naszej linii

Prędkość rozchodzenia się fali w linii transmisyjnej

Parametry falowe linii transmisyjnej

Prędkość fazowa- jest to prędkość rozchodzenia się zaburzenia w fali. Szybkość, z jaką maksimum wychylenia przebywa całą długość fali

Linia rozwarta na końcu

Linia zniekształcająca

Wykres Smitha służy do obliczania impedancji w dowolnym miejscu linii wg

Budowa wykresu

Okręg o znormalizowanej rezystancji (cześć rzeczywista)

Okręg o znormalizowanej reaktancji (część urojona)

- linie górnej części wykresu - reaktancja indukcyjna

- linie dolnej części wykresu - reaktancja pojemnościowa

Znormalizowana impedancja

Skale na obwodzie

odległość elektryczna pomiędzy obciążeniem a punktem leżącym a środku linii wyrażona w długościach fal (warelenght)

odległość elektryczna pomiędzy źródłem a punktem leżącym w środkulinii wyrażona w długościach fali

skala zewnetrzna

faza współczynnika odbicia

Korzystanie z wykresu Smitha

- na podstawie znanej impedancji obciążenia Z1 wyznaczamy impedancję znormalizowaną względem impedancji linii

- zaznaczamy na wykresie punkt impedancji znormalizowanej

- rysujemy okrąg o środku w centrum wykresu i przechodzący przez punkt impedancji znormalizowanej (okrąg stałego WFS)

- wyznaczamy moduł współczynnika odbicia T odpowiadający impedancji Z1 mierząc odległość pomiędzy środkiem wykresu a punktem Zi, i odkładając ją na górnym monogramie RELF.VOL

- Odczytujemy fazę θ współczynnika odbicia jako punkt przecięcia prostej łączącej środek wykresu i Z1 ze skalą na brzegu wykresu

- Odczytujemy WFS

- odkładając odległość pomiędzy środkiem wykresu punktem Z1 na dowolnym monogramie Standing WAVE.VOL

- odczytać

Skrętka - 5 kategorii (przepustowości przepływu)

Falowody - elementy planarne (płytki, paski)

Światłowody - elementy cylindryczne (włókna światłowodowe) płytkowe, paskowe, włókno optyczne, odpowiedni kąt wprowadzenia, fale musza być w fazie zebymogły się propagować

Klasyfikacja światłowodów

- włókniste - planarne

- szklane - plastikowe

- jednodomowe - wielodomowe

- planarne - paskowe

- skokowe - gradientowe

- standardowe - specjalne

Zalety:

- ogromna pojemność informacji pojedynczego włókna

- małe straty

- niewrażliwość na zakłócenia elektromagnetyczne

- mała waga, rozmiary

- bezpieczeństwo pracy

- brak podsłuchu

- względnie niski koszt

Dyspersja włókna:

Poszerzenie impulsu i ograniczenie pasma

Rodzaje:

- miedzymodowa

- materiałowa (chromatyczna)

- własna (światłowodowa wynik flustracji)

- polaryzacyjna

Równania Maxwella

Maxwell rozbudował, uzupełnił prawa:

- Ampera

Dotyczy ono efektu magnetycznego zmieniającego się pola elektrycznego.

- Faradaya

dotyczy efektu elektrycznego zmieniającego się pola magnetycznego.

- Gaussa

Prawo Gaussa zastosowane do dowolnej powierzchni podaje związek pomiędzy strumieniem pola elektrycznego przechodzącym przez tę powierzchnię i całkowitym ładunkiem zamkniętym wewnątrz niej.

q - ładunek elektryczny

D - natężenie pola elektrycznego

S - powierzchnia przez którą przechodzi strumień pola elektrycznego

strumień pola magnetycznego przechodzący przez dowolną zamkniętą powierzchnię gaussowską musi być równy zeru

Podstawowe parametry fali

- częstotliwość T; amplituda f

- przesunięcie fazowe; pulsacja

Długość fali jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości

Polaryzacja fal E-M

- drgania pola w ściśle określonych płaszczyznach

- pozioma horyzontalna

- pozioma wertykalna

- kołowa

- eliptyczna

380 - 780 nm 10-9 światło widzialna

Najważniejsze zjawiska zachodzące na fali:

- odbicie fali

- załamanie fali

- dyfrakcja- wgięcie na krawędziach

- absorpcja

- rozproszenie

- interferencja

- dwojłamność

Propagacja fal elektromagnetycznych

Fale radiowe wypromieniowane przez antenę nadawcza nim dotrą do anteny odbiorczej muszą pokonać dzielącą je odległość w jednej z postaci:

- fal przyziemnych lub powierzchniowych, fale propagowane wzdłuż ziemi, których nieograniczają przeszkody, mogą rozchodzić się na tys. Km. Charakteryzują się bardzo niskimi częstotliwościami

-fal bezpośrednich lub przestrzennych które propagują się wzdłuż linii prostych, są wykorzystywane w warunkach widoczności optycznej między anteną nadawczą a odbiorczą, bardzo wysokie częstotliwości

- transmisja przez odbicia jednosferyczne

- transmisja przez defrakcję troposferyczną

Fale przyziemne:

- fale o niskich częstotliwościach

- bardzo podatne na różne zakłócenia

- zasięg uzależniony jest od parametrów elektrycznych powierzchniowych warstw Ziemi

- głębokość wnikania w ziemie jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości fali

- silna absorpcja fal spolaryzowanych poziomo

- zasięg fal VLF- do kilku tys. km

MF- do kilkuset km

HF- do kilkunastu km

Fale troposferyczne

Troposfera- dolna warstwa atmosfery zalegająca bezpośrednio nad powierzchnią Ziemi i rozciągająca się na wysokości 10-12km W troposferze obserwuje się spadek temperatury ze wzrostem wysokości 6o/km

Parametry troposfery: ciśnienie, temperatura, wilgotność, współczynnik załamania

W warunkach superdyfrakcji promień wypukłości jest mniejszy od promienia Ziemi, w wyniku czego fale wchodzące do troposfery ulegaja tłumieniu

W troposferze tłumieniu nie ulegają fale dłuższe niż 10cm

Czynniki tłumienia: deszcz, śnieg, mgła, wyładowania atmosferyczne, pył, dym, absorpcja molekularna, szum jonizacyjny

Jonosfera- zjonizowana cześć atmosfery rozciągająca się powyżej 60 km

Częstotliwość krytyczna - częstotliwość po przekroczeniu której jonosfera staje się przezroczysta dla fali pionowo do niej wypromieniowanej

Trzy rodzaje orbit: Leo, Meo, Geo

Satelita Geo stacjonarny- krąży nad Ziemią

Antena - obszar przejściowy miedzy falą prowadzoną w linii transmisyjnej falą w wolnej przestrzeni

Anteny: nadawcze, odbiorcze

Charakterystyki promieniowania anten

Rozkład nateżenia pola elektrycznego na powierzchni kuli o promieniu dostatecznie użym w porównaniu z długością fali i rozmiarami anteny, której środek pokrywa się ze środkiem anteny.

Aby uniezależnić się od mocy promieniowanej przez antenę i wielkości kuli, wszystkie wartości natężenia pola dzielimy przez wartość maksymalną uzyskując unormowaną charakterystykę promieniowania

Charakterystyka promieniowania anteny w skali liniowej

Szerokość wiązki głównej

W aktualnej płaszczyźnie przekroju charakterystyki określa kat zawarty między kierunkami promieniowania dla których natężenie pola spada do poziomu -3dB (0,707) w stosunku do wartości w maksimum promieniowania. Kat ten nazywamy podwojonym kątem połowy mocy, dla anten określa się zazwyczaj zarówno w płaszczyźnie wektora E i H

Szerokość pasma roboczego anten

Różnica miedzy dwoma częstotliwościami f₁ f₂ między którymi parametr stanowiący kryterium utrzymuje się na wymaganym poziomie

Stosunek promieniowania głównego do wstecznego

Parametr określający zdolność anteny do dyskryminacji zakłóceń przychodzących z kierunków odległych do kierunku wiązki głównej(stosunek max poziomu wiązki głównej do max poziomu listka bocznego w obszarze 9⁰ do 270⁰

Zależności energetyczne w antenach

P_A - moc wejściowa

P_R - moc promieniowania

Współczynnik sprawności promieniowania (sprawność anten)

Transport energii

S- wektor Poynitinga, gęstość mocy W/m²

Anteny odniesienia

- źródło izotopowe - bezstratna antena która promieniuje równomiernie we wszystkich kierunkach nazywana jest kulistym źródłem izotopowym
gęstość mocy S_i w odległości r od źródła

- dipol półfalowy - posiada właściwości kierunkowe, nie promieniuje wzdłuż własnej osi wskazując ją w kierunki ortogonalnym

Zysk i kierunkowość anten

Kierunkowość

D= S max / S śr

Smax - max wartość promieniowania

Sśr - wartość średnia

Zysk energetyczny anten

E_Bmax - max natężenie pola elektrycznego wytwarzanego przez antenę badaną

E_Wmax - max natężenie pola elektrycznego przez antenę wzorcową zasilaną

Podstawowe typy anten

Dipola mają długość zbliżona do połowy długości fali

dipol prosty dipol prosty

prętowy zasilany bocznikowo

dipol dipol

szerokopasmowy pętlowy

dipol dipol optymalizowany

załamany wg. Landstorfera

charakterystyki promieniowania dipoli są różne

anteny Yogi - Uda najprostsze anteny kierunkowe- stosowane jako anteny odbiorcze

schemat ogólny struktury anteny

Anteny dipolowe logarytmiczne - periodyczne (LOG-PER)

Właściwości są określane przez kat

Współczynnik zbieżności:

Powinno się go wybierać pomiędzy 0,7< t <1

Anteny panelowe

Zbudowane z zespołu dipoli umieszczonych przed reflektorem

MODULACJA IMPULSOWA

- analogowa modulacja impulsowa

- cyfrowa modulacja impulsowa

Próbkowanie

Sygnał g(t) jest sygnałem o ograniczonym paśmie nie zawiera składowych częstotliwości wyżej niżWHz

Sygnał analogowy

Wersja tego sygnału otrzymana w przypadku próbkowania chwilowego (idealnego)

Aliasing częstotliwościowy

Widmo sygnału

Widmo spróbkowanej wersji tego samego sygnału przy zbyt małej częstotliwości próbkowania gdy występuje zjawisko aliasingu

modulacja amplitudy impulsów PAM

generacja sygnału PAM przebiega w 2 etapach

1. próbkowanie chwilowe sygnału informacyjnego m(t) z okresem T₁

2. wydłużenie czasu trwania każdej próbki do stałej wartości T

próbka o płaskich wierzchołkach

Zwielokrotnienie z podziałem czasowym TDM

Modulacja czasu trwania impulsów PDM

Modulacja położenia trwania impulsów PPM

Ilustracja różnych postaci modulacji podziału impulsów dla przypadku sinusoidalnej fali modulacji

a) fala modulacyjna

b) impulsowy sygnał

c) fala PDM

d) fala PPM

Kwantowanie - wyrażanie amplitudy

Typy kwantowania:

Z zaokrąglaniem

Z obcinaniem

Modulacja impulsowo - kodowa PCM

Kodowanie

Istnieje kilka kodów liniowych przydatnych do reprezentacji symboli binarnych

1 i 0 za pomocą sygnałów elektrycznych

1. kod unipolarny 1- impuls, 0-brak impulsu

2. kod bez powrotu od zera NRZ 1i0 odpowiednio przed dodatnie i ujemne impulsy o takiej samej amplitudzie

3. kod z powrotem od zera RZ, 1-dodatni impuls, 0- brak impulsu

4. kod bipolarny z powrotem od zera

5. kod bipolarny

6. kodowanie różnicowe 0-przejście, 1-brak przejscia

Zalety systemu PCM

- odporność na szumy kanałowe i interferencje

- efektywna regeneracja zakodowanych sygnałów wzdłuż drogi transmisji

- efektywna zgoda z prawem wykładniczym, możliwość wymiany zwiększonego pasma kanału na lepszy stosunek sygnał-szum

- jednolity format dla transmisji różnych rodzajów sygnałów z pasma podstawowego

- względna łatwość dołączanie lub odłączania poszczególnych źródeł informacji do systemu ze zwielokrotnieniem z podziałem czasowym

- bezpieczna telekomunikacja z użyciem specjalnych systemów modulujących lub szyfrujących

Modulacja dla DM - przesyłanie informacji tylko za pomocą 0 i 1. Jeżeli podczas kwantyzacji następuje zmiana poziomu sygnału - informujemy , jeśli nie następuje - nie informujemy

Strefy ochronne w otoczeniu źródła pola lub promieniowania elektromagnetycznego

W = W_E + W_H

W_E - wskaźnik ekspozycji pola elektromagn.

W_H- wskaźnik ekspozycji pola magnetycznego

W_E i W_H oblicza się za pomocą:

Dx(f) - doza rzeczywista pola elektromagnetycznego lub magnetycznego na którą eksponowany jest pracownik, wyznaczana przy częstotliwości f

Ddx(f) - doza dopuszczalna tego pola przy częstotliwości f

Strefa zagrożona 1 > Wx < 1

Strefa dopuszczalna

Strefa bezpieczna

Strefa niebezpieczna

g(t)

0

t

t

Ti

g(t)

C(f)

f

poziom

wyjściowy

kwantyzator

g (i)

próbka dyskretna w

próbka sygnałowa n

m(t)

poziom

wejściowy

-4

-2

2

4

4

2

2

4

poziom

wejściowy

poziom

wyjściowy

źródło

analitycznego

sygnału

informacyjnego

filtr

dolno-

przepustowy

układ

prób-kujący

kwa-

nty-

zator

koder

Znieksz-tałcony sygnał PCM

sygnał

PCM

Repeter regene-racyjny

Repeter regene-racyjny

Zregenerowany sygnał PCM

---