TELEINFORMATYKA Wykład 2

Media transmisyjne Kable miedziane Media optyczne Radiowy kanał łączności ruchomej Kanał satelitarny

Kabel miedziany - medium dla transmisji sygnałów na małe odległości. Zwykle pewne napięcie U+ reprezentuje binarną jedynkę, a U- binarne zero (bipolarność) Wyróżniamy 3 rodzaje kabli: • kabel prosty (historyczna telekomunikacja) • skrętka • kable koncentryczne

Kabel koncentryczny ("cienki" lub "gruby" ethernet) ekranowany w celu odizolowania od zewnętrznych pól elektromagnetycznych - cienka siatka miedziana. Mało wrażliwy na zakłócenia ale łatwo ulega uszkodzeniom -trudnym do lokalizacji.

Kabel skrętkowy Skrętka w zależności od przepustowości 10Base-T, 100Base-T 1000Base-T wykonana ze skręconych nieekranowanych przewodów. Kabel skrętkowy tworzy tzw. linię zrównoważoną (symetryczną). UTP– skrętka nieekranowana. STP – skrętka ekranowana oplotem, FTP – skrętka foliowana, czyli skrętka miedziana ekranowana za pomocą folii (wraz z przewodem uziemiającym) FFTP– skrętka z folią na każdej parze przewodów i dodatkowa folia. SFTP– skrętka jak FFTP plus oplot. Segment do 100 m – FTP do 230m, FFTP do 300m.

Światłowód Transmisja na odległość powyżej 100 m - kabel światłowodowy. Do budowy światłowodu stosuje się wyłącznie szkło kwarcowe o dużej czystości – małe tłumienie Światłowód składa się z dwóch warstw: • wewnętrzna- rdzeń • zewnętrzna – płaszcz ochronny. dodatkowo powłoka zabezpieczająca – tworzywo sztuczne

teleinformatyka telekomunikacja 12 włókien

4 firmy produkują światłowody Swiatłowód (falowód optyczny – dielektryczny) – przenosi sygnały świetlne – fiber-optic cable  Zasada działania - wielokrotne wykorzystanie zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia (odbicie i załamanie fal) wiązki światła podążającej wzdłuż światłowodów (odbicie od płaszcza) – propagacja fali 4 firmy produkują światłowody tzw. mod – wiązka światła mody wpadają do światłowodu pod różnym kątem, skutkiem tego- pokonują różne odległości

Cechy światłowodu duża szerokość pasma – do 2.1014 Hz mała stratność mocy spowodowana rozpraszaniem – ok. 0,2 dB/km – Kao i Hockam przewidzieli 20 dB/km, a wcześniej było 1000 dB/km przesył 200 km/sek (prędkość światła w szkle) odporność na interferencje elektromagnetyczne mała waga, wymiary, dobra giętkość i wytrzymałość cena ? – wykonane w zasadzie z piasku

Zaleta: Światłowody nie emitują zewnętrznego pola elektromagnetycznego, w związku z czym niemożliwe jest podsłuchanie transmisji. Wada: Dyspersja - Impuls biegnący w falowodzie ulega wydłużeniu (rozmyciu), co ogranicza maksymalną częstotliwość sygnału przesyłanego przez światłowód. W wyniku różnic w prędkości poruszania się fal o różnych długościach, fale wysłane jednocześnie nie docierają do odbiornika w tym samym czasie. Na wyjściu pojawia się szerszy impuls, który rośnie wraz ze wzrostem długości światłowodu

Generacje światłowodów Pierwsza generacja (okno 850nm) - 1972 amerykańska firma Corning Glass - światłowodowe włókno wielomodowe Druga generacja (okno 1300nm) - w roku 1987 udało się po raz pierwszy zastosować światłowód jednomodowy o prawie zerowej dyspersji Trzecia generacja (okno 1550nm) charakteryzuje się najmniejszą tłumiennością jednostkową (od 0,16 do 0,2 dB/km) Czwarta generacja wiąże się z wprowadzeniem szerokopasmowych wzmacniaczy optycznych EDFA, komutacji i zwielokrotnienia falowego WDM Piątą generację tworzą najnowsze osiągnięcia w zakresie transmisji solitonowej – impulsy optyczne o dużej mocy (co teoretycznie prowadzi do nieograniczonego wzrostu pojemności transmisyjnej)

Światłowody wielomodowe (ang. Multi Mode Fiber, MMF) - średnica rdzenia 50 lub 62,5 mikrometra. Następuje tu rozdzielenie fali wejściowej na wiele promieni o takiej samej długości fali, lecz propagowanymi po innych drogach. Występuje tu zjawisko zniekształcenia impulsu wyjściowego, a więc ograniczenie prędkości transmisji i odległości, na jaką może być transmitowana. Światłowody wielomodowe dzielimy na skokowe i gradientowe. 640 do 650 modów! jednomodowe (ang. Single Mode Fibers, SMF) - średnica rdzenia od 8 do 10 mikrometrów. Sygnał – wytworzony przez laser półprzewodnikowy – ulega tylko niewielkim zniekształceniom. Fala świetlna rozchodzi się prawie równolegle do osi światłowodu i dociera do końca włókna w jednym modzie – tzw. modzie podstawowym. Zasięg do 200 km. Może być kilka modów!

Wielomodowe – 50 lub 62,5 m światłowód skokowy - współczynnik załamania światła inny dla rdzenia i płaszcza (duża dyspersja więc niewielkie odległości) światłowód gradientowy – gęstość kwarcu zmienna płynnie, mniejsza droga promienia to mniejsza dyspersja (do 2 km) Jednomodowe – ~9 m telekomunikacja – tanie ale światło spójne (laser drogi) – duże odległości

Okna transmisyjne światłowodów • Okno transmisyjne długości fali 850 nm – najstarsze - wysoka tłumienność (4dB/km). kabel gradientowy – jaskrawe czerwone – koszty niskie – do 1Gb/s • Okno transmisyjne długości fali 1300 nm – od roku 1987 - tłumienność około 0,4 dB/km. odległości do kilkudziesięciu kilometrów. laser Maksymalna prędkość transmisji danych 80 – 100 Gb/s Zakres pomiędzy oknami 1300 i 1550 nie jest wykorzystywany (niekorzystne zjawiska chemiczne) • Okno transmisyjne długości fali 1550 nm – od 1989, specjalne kable, tłumienność około 0,16 dB/km, transmisja na duże odległości.

f=/v 1 UKF f 5.1014Hz 5.1012Hz 5.108Hz

Światłowody w Polsce

Urządzenia systemach swiatłowodowych diody optyczne nadawcze i odbiorcze (podczerwień) wzmacniacze optyczne

Zwiększanie przepustowości WDM (wave density multiplexing) W jednym fizycznym od kilku do kilkuset kanałów logicznych – różne długości fali. Wielolaser - wiele fal świetlnych o określonych długościach (całe pasmo nie przekracza 35 nm). Wysłany sygnał dociera do przełacznika WDM, gdzie za pomocą filtrów optycznych fale są rozdzielane na niezależne kanały i trafiają do właściwych odbiorców. Odstępy międzyfalowe od 0,4 do 6 nm

Radiowy kanał łączności ruchomej nadajnik lub odbiornik jest przenośny zjawisko odbioru wielodrożnego – rozchodzenie się fali z wielokrotnym odbiciem, z różnych kierunków i z różnym opóźnieniem czasowym – propagacja fal

Kanał satelitarny zapewnia szeroki obszar pokrycia, niezawodność połączeń, szerokie pasma satelity na orbitach geostacjonarnych – wysokość 36 881 m nieruchomy względem obserwatora, w płaszczyźnie równika częstotliwość – zwykle 6 GHz ziemia-satelita, 4 GHz satelita-ziemia

Satelita Pasmo 500 MHz – rozdzielone na 12 transponderów po 36 MHz każdy Każdy transponder – 1 kanał TV kolorowej, 1200 kanałow telefonicznych lub 1 kanał cyfrowy 50Mb/s

Kanały - cechy liniowe i nieliniowe – telefoniczny jest liniowy, satelitarny zwykle nieliniowy (niejednorodność środowiska) stacjonarny i niestacjonarny – światłowodowy jest stacjonarny, kanał radiowy łączności ruchomej jest niestacjonarny Kanał o ograniczonym paśmie lub o ograniczonej mocy - kanał telefoniczny ma ograniczone pasmo, kanał satelitarny ograniczoną moc (np. nadajnika)

Sygnały Sygnał wiadomości – źródło informacji - dolnopasmowy – dolny zakres częstotliwości - analogowy (czas i amplituda są ciągłe) lub cyfrowy (czas i amplituda mają wartości dyskretne, ze zbioru przeliczalnego)

sygnał cyfrowy sygnał analogowy

Sygnał w kanale telekomunikacyjnym – w trakcie przesyłu - dolnopasmowy lub środkowopasmowy (wyższa częstotliwość niż sygnału wiadomości) – modulowany! - zwykle cyfrowy

Reprezentacja sygnałów Podział: sygnały okresowe i nieokresowe okresowy: g(t)=g(t+T0) T0 – okres sygnały deterministyczne (nie istnieje niepewność co do wartości) i stochastyczne (pewien stopień niepewności) sygnały o skończonej energii i skończonej mocy

Reprezentacja sygnałów szeregiem Fouriera Przewyższa wszystkie inne metody Rozkład sygnału okresowego na składowe sinusoidalne: f(t)= + a1sint + b1cost +... + a2sin2t + b2cos2t +... + a3sin3t + b3cos3t +...

Definicje współczynników szeregu Fouriera

Przykład transformacji Fouriera 1 2 t f(t) okres T=2

...obliczamy kolejne współczynniki: itd., ostatecznie przykład w Excelu

superpozycja składowych

Użyteczność analizy Fouriera opiera się na zasadzie, że odpowiedź systemu na wymuszenie sinusoidalne jest także sinusoidalna, pod warunkami: System jest liniowy – spełnia zasadę superpozycji - jeżeli na wymuszenia x1(t) i x2(t) układ odpowiada sygnałami y1(t) i y2(t) to system jest liniowy jeśli na wymuszenie a1x1(t)+a2x2(t) odpowie sygnałem a1y1(t)+a2y2(t) System jest stacjonarny jeżeli na wymuszenie x(t) układ odpowiada sygnałem y(t) to system jest stacjonarny jeśli na wymuszenie x1(t – t0) odpowie sygnałem y1(t – t0)

Zwykle przybliżenie – do n-tej składowej Także sygnały ciągłe można próbkować – dzielić na przedziały i w każdym wyznaczać widmo Fouriera Zwykle przybliżenie – do n-tej składowej f(t) t t

wymuszenie - odpowiedź Układ (system) – urządzenie generujące sygnał wyjściowy w odpowiedzi na sygnał wejściowy wymuszenie - odpowiedź x(t) y(t) Układ

System jest liniowy – spełnia zasadę superpozycji jeżeli na wymuszenia x1(t) i x2(t) układ odpowiada sygnałami y1(t) i y2(t) to system jest liniowy jeśli na wymuszenie a1x1(t)+a2x2(t) odpowie sygnałem a1y1(t)+a2y2(t) x1(t) y1(t) t y (t) t x2(t) y2(t) t t t

System jest stacjonarny jeżeli na wymuszenie x(t) układ odpowiada sygnałem y(t) to system jest stacjonarny jeśli na wymuszenie x1(t – t0) odpowie sygnałem y1(t – t0) x1(t) t y1(t) x1(t-t0) y1(t- t0)

zerowa amplituda z wyjątkiem t=0 gdzie osiąga nieskończoność Systemy liniowe opisuje się w dziedzinie czasu przez tzw. odpowiedź impulsową h(t) – odpowiedź na wymuszenie delta Diraca. zerowa amplituda z wyjątkiem t=0 gdzie osiąga nieskończoność powierzchnia pod funkcją jest równa 1 (t) t delta Diraca

Delta Diraca wywodzi się z funkcji Gaussa

Wykorzystanie funkcji Diraca widmo częstotliwościowe sygnału stałoprądowego (f) f t dc

widmo częstotliwościowe cosinusoidy Różnica – szereg Fouriera – transformata Fouriera widmo częstotliwościowe cosinusoidy (f) f t -fc fc widmo częstotliwościowe sinusoidy (f) f t -fc fc -(f)

Odpowiedź impulsowa układu (t) h(t) wymuszenie odpowiedź t t y(t) x(t) h(t) (t) h(t)