Wykład 3

Telekomunikacja zajmuje się: sygnałami (przetwarzanie informacji na sygnał i z powrotem) komutacją (technika łączenia) transmisją (przesył sygnałów na odległość) Rozwój technologii – umożliwia przesył nie tylko dźwięku (mowy) – synchronicznie (telefon), także zakodowanej informacji o różnej użyteczności (pliki, mail, obrazy, video). Wykorzystanie infrastruktury telekomunikacyjnej dla potrzeb informatycznych (systemy teleinformatyczne). Wartość rynku w Polsce 24 mld $

Teleinformatyka - technologia informacyjna, IT (akronim od ang Teleinformatyka - technologia informacyjna, IT (akronim od ang. Information Technology) - dziedzina wiedzy obejmująca - informatykę - sprzęt komputerowy i oprogramowanie używane do: tworzenia i przetwarzania przesyłania prezentowania zabezpieczania informacji, - telekomunikację, - narzędzia i inne technologie związane z informacją. Dostarczenie narzędzi, za pomocą których można pozyskiwać informacje, selekcjonować je, analizować, przetwarzać, zarządzać i przekazywać innym ludziom. (na podstawie WIKIPEDIA) Specjalność: projektowanie, programowanie i utrzymanie sieci teleinformatycznych

Rozwój technologii – niezawodność, szybkość 1921 – kabel przez Atlantyk 1927 (Atlantyk), 1931 (Pacyfik) – transmisja transoceaniczna radiowa (1 rozmowa w przedziale czasu!!!) Technologie – cel – zwielokrotnienie – kabel koncentryczny – 480 rozmów – 1941 r. Kabel światłowodowy – NY - Waszyngton 1983 – Ameryka – Europa 1988 (40000 rozmów) - obecnie - ok.30 mln. rozmów równocześnie

Rozwój możliwy dzięki: nowe media (falowody, druty i kable symetryczne i asymetryczne, światłowody – media bezprzewodowe) zwielokrotnianie multiplexing ( w dziedzinie czasu i częstotliwości - także WDM – w dziedzinie długości fali dla światłowodów) – całość to tzw. techniki multipleksacji

Zwielokrotnienie w dziedzinie czasu - TDM – Time Division Multiplexing f Zwielokrotnienie w dziedzinie czasu - TDM – Time Division Multiplexing "szczeliny czasowe" t t f Zwielokrotnienie w dziedzinie częstotliwości - FDM f t

Modulacja Cel:dostarczenie wiadomości modulacja - przekształcenie sygnału w nadajniku dla transmisji przez kanał demodulacja – odtworzenie przez odbiornik – zazwyczaj w gorszej jakości – szumy i zniekształcenia Modulacją nazywamy proces przemieszczania informacji zawartej w pewnym paśmie częstotliwości do innego pasma częstotliwości (rodzaj kodowania informacji). Demodulacją nazywamy proces dekodowania, czyli przywracania sygnałowi jego pierwotnego kształtu.

phase frequency

Podstawowe typy modulacji analogowa (zwana też ciągłą) (zamiana sygnału na analogowy) impulsowa (zamiana ~ sygnału na cyfrowy) cyfrowa (kluczowanie)

Modulacja analogowa cel - zwielokrotnianie FDM (Frequency Density Multiplexing) Sinusoida jako fala nośna: a sin (t +0)  = f – częstotliwość  - częstość a = amplituda modulacja amplitudy (np. AM) – zmiana amplitudy w takt sygnału informacyjnego modulacja kąta - zmiana argumentu częstotliwości - f – FM fazy – 0 - PM

! AM FM PM

Można też modulować amplitudowo sygnał analogowy Modulacja amplitudy jest nieekonomiczna ze względu na moc. Strata mocy przy przesyle fali nośnej. Modulacja amplitudy jest nieekonomiczna ze względu na szerokość pasma.

Podtypy modulacji amplitudowej DSB-LC (inaczej AM) (ang. Double-Sideband Large Carrier) - modulacja dwuwstęgowa z nośną DSB-SC (ang. Double-Sideband Suppressed Carrier) - modulacja dwuwstęgowa z wytłumioną nośną SSB (ang. single-sideband modulation) - modulacja jednowstęgowa (może to być wstęga górna lub dolna) VSB lub VSB-AM (ang. vestigial-sideband modulation) - modulacja amplitudy z częściowo tłumioną wstęgą boczną

Dla różnych częstotliwości fali nośnej - Multipleksacja FDM 1 4 kHz f gęstość mocy 2 4 kHz f multiplekser 4 kHz 4 kHz 4 kHz 4 kHz f 1 2 3 4 3 4 kHz f 4 f 4 kHz

Modulacja impulsowa analogowa cyfrowa modulacja amplitudy impulsów – PAM modulacja gęstości impulsów – PDM modulacja położenia impulsów – PPM cyfrowa modulacja impulsowo kodowa - PCM

Modulacja impulsowa (sygnału analogowego) sygnał analogowy czas PAM amplituda (próbkowanie) – zbiór amplitud ciągły pulse amplitude czas PWM szerokość pulse width czas PDM gęstość impulsów pulse density czas

PDM – 1 okres funkcji sinusoidalnej opisany 100 bitami 0101011011110111111111111111111111011111101101101010100100100000010000000000000000000001000010010101 PDM – 1 okres funkcji sinusoidalnej opisany 100 bitami

PWM (szerokość) dla sygnału cyfrowego zegar 0 1 2 3 4 5 2 0 1 2 0 4 dane wyjście

Multipleksacja PAM 1 2 t 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 itd próbka multiplekser 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 itd próbka t

Modulacja impulsowo-kodowa PCM "pulse – code modulation" Reeves –1937 - podobna do modulacji amplitudy PAM, lecz amplituda jest „skwantowana” – zaokrąglona do najbliższej wartości ze skończonego zbioru wartości - przybliżenie! 3 2 1 01 10 11 11 10 10 01 01 01 10 10 10 01 00 czas sygnał PCM 2 bity „paczka”

1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000 PCM - 4 bity (16 poziomów)

Im większa liczba poziomów kwantowania – tym lepiej odwzorowany sygnał Modulacja impulsowo-kodowa PCM preferowana z powodów: odporność na szumy elastyczne działanie różne rodzaje informacji – tekst, mowa, obraz możliwość zabezpieczenia - szyfrowanie

Jeszcze modulacja cyfrowa – kluczowanie najstarsza (np. kodowanie Morse'a) QAM FSK PSK ASK Dzięki separacji sygnałów w częstotliwości lub w czasie (a w najnowszych systemach także w przestrzeni) przez jeden kanał możliwa jest jednoczesna transmisja wielu sygnałów.

QAM – 2 sygnały cyfrowe wyodrębniane 1001 1101 0110 1101 I Q I Q I Q I Q 10 01 11 01 01 10 11 01 1 - 00 3 - 01 -1 -10 -3 - 11 Q I 3 3 1 1 -1 -1 -3 -3 Następnie I mnożone przez nośną, Q przez przesuniętą w fazie o /2 nośną, suma jest sygnałem QAM

Sieć analogowa (tradycyjna) nadajnik odbiornik kanał sygnał analogowy (np. mowa) sygnał analogowy sygnał cyfrowy (np. komputer) sygnał cyfrowy A/D Sieć cyfrowa np.ISDN- Integrated Services Digital Net nadajnik odbiornik kanał sygnał analogowy (mowa) sygnał analogowy sygnał cyfrowy sygnał cyfrowy (komputer) A/D

Sieć telefoniczna współczesna (cyfrowa) nadajnik odbiornik kanał sygnał analogowy sygnał cyfrowy lub analogowy centralne biuro sieć publiczna PSTN PSTN – Public Switched Telephone Network

 para miedziana – twisted pair Usługi: słuchawka odłożona – obwód otwarty słuchawka podniesiona – napięcie stałe linii 48 V DC (prąd stały) sygnał dzwonka – mostek blokujący i sygnał zmienny AC ale tylko do czasu podniesienia słuchawki – wtedy wysyłany sygnał zajętości oczekiwanie na połączenie – bardziej zaawansowana usługa RJ-11 centralne 2 szpilki z 4-ch

DTMF – Dual Tone Multi-Frequency Wybieranie tonowe DTMF – Dual Tone Multi-Frequency każda cyfra 0-9 ma własną częstotliwość tonu nie wszystkie technologie to wykorzystują

TIP/RING 48 V DC na „widełkach” zdjęty centralne biuro sieć publiczna PSTN nadajnik na „widełkach” centralne biuro sieć publiczna PSTN nadajnik zdjęty 48 V DC

nieekonomiczne – dużo miedzi nadajnik centralne biuro sieć publiczna PSTN nieekonomiczne – dużo miedzi

– najczęściej z podziałem czasu TDM Time Division Multiplexing IDLC – (SLC) - CISCO A nadajnik nadajnik centralne biuro nadajnik nadajnik sieć publiczna PSTN D SLC nadajnik nadajnik nadajnik nadajnik multipleksowanie – najczęściej z podziałem czasu TDM Time Division Multiplexing nadajnik oszczędność miedzi !

Multiplekser - należy do klasy układów kombinacyjnych. Wejście Wyjście linie adresowe Multiplekser jest układem posiadającym k wejść, n wejść adresowych (zazwyczaj k=2n) i jedno wyjście y. Jego działanie polega na połączeniu jednego z wejść xi z wyjściem y. Numer wejścia jest określany przez podanie jego numeru na linie adresowe A. Jeśli na wejście strobujące (blokujące) S (ang. strobe) podane zostanie logiczne zero, to wyjście y przyjmuje określony stan logiczny, niezależny od stanu wejść X i A.

Przykładowy multiplexer Tabela stanów Adres Wyjście D C B A | G | W ____________________________ X X X X | H | H 0 0 0 0 | L | EO 0 0 0 1 | L | E1 0 0 1 0 | L | E2 0 0 1 1 | L | E3 0 1 0 0 | L | E4 0 1 0 1 | L | E5 0 1 1 0 | L | E6 0 1 1 1 | L | E7 1 0 0 0 | L | E8 1 0 0 1 | L | E9 1 0 1 0 | L | E10 1 0 1 1 | L | E11 1 1 0 0 | L | E12 1 1 0 1 | L | E13 1 1 1 0 | L | E14 1 1 1 1 | L | E15 H – high L - low E0 do E15 – Wejścia W – Wyjście ABCD – linia adresowa

Miara zakłóceń... Szumy parametr sygnał – szum SNR (ang. Signal Noise Ratio) np. na wejściu odbiornika: SNR = dB /decybeli/ standardowa linia telefoniczna ok. 20 dB czyli Psygnału/Pszumu= 100 Ile??????????????

więc współczynnik 10 żeby wielkości były porównywalne Zanik sygnału... Tłumienie = dB /decybeli/ dla U i I 20 log bo log P= 2*log więc współczynnik 10 żeby wielkości były porównywalne

długość fali = Tłumienie rośnie dla wyższych częstotliwości f = Tłumienie – sygnał podlega degradacji Np. światłowód – 0,2 dB/km. I tak po ok. 10 km spadek 3-krotny, ale możliwe >100 km odcinki długość fali = Tłumienie światłowodów kwarcowych od długości fali maleje zgodnie z krzywą Rayleigh'a, z czwartą potęgą długości fali światła. Tłumienie rośnie dla wyższych częstotliwości f =  =850 nm = 1,53 dB/km,  =1300 nm = 0,28 dB/km  =1550 nm = 0,138 dB/km f = f = stąd wybór okna poza granicą 1550nm !!! długie fale mała tłumienność – znamy z radia!!

 =380 - 436 nm fiolet,  = 436 - 495 nm niebieski, nanometr  = 495 - 566 nm zielony,  = 566 - 589 nm żółty (żółty),  = 589 - 627 nm pomarańczowy,  = 627 - 780 nm czerwony. nanometr 1 nm= 10-9m mikrometr 1 m= 10-6m swiatłowód 4.10-7 8.10-7

Z tłumieniem sygnałów cyfrowych łatwiej sobie poradzić Sygnały cyfrowe łatwiej wykryć – nawet jak silnie spada ich poziom Sygnały analogowe trudniej – w miarę wzmacniania (podnoszenia poziomu) wzmacniany jest również szum

Parametry zasobów telekomunikacyjnych Moc przesyłana Szerokość pasma kanału – zakres częstotliwości Parametr SNR Tłumienie 