Sieci telekomunikacyjne

SYSTEMY

TELEKOMUNIKACYJNE

Dr inż. Ryszard Weisbrodt

e-mail:

Ryszard.Weisbrodt@eti.pg.gda.pl

Ryszard.Weisbrodt@wp.pl

P. 601

Semestr III – INFORMATYKA/NS

Rok akademicki 2010/2011

SYSTEM - definicje

Każdemu urządzeniu technicznemu lub zespołowi
współpracują-cych ze sobą urządzeń można
przypisać określoną zasadę działania lub zbiór
określonych funkcji (zadań)

Te zasady charakteryzują to urządzenie lub zespół
urządzeń odróżniają je od innych urządzeń

Taką zasadę lub zbiór takich zasad nazywamy

systemem

System to uporządkowany wewnętrznie układ
elementów mający określona strukturę i
realizujący określoną funkcję

Telekomunikacja

Telekomunikacja jest dziedziną

nauki,

techniki, technologii i działalności

usługowej

, która zajmuje się

magazynowaniem, przetwarzaniem i

przesyłaniem

na odległość

informacji

(róznej postaci: mowa, muzyka, znaki,

pisma, rysunki, fotografie, obrazy –

ruchome/nieruchome, dane, itp.)

pomocą sygnałów

głównie

elektrycznych, optycznych

lub

radiowych.

Telekomunikacja jest dziedziną nauki, techniki, technologii

405-09-21 09:53

Technika

– pojęcie różnie rozumiane i definiowane.

Najczęściej stosowane w dwóch podstawowych
znaczeniach [Encyklopedia PWN]:

1. Technika

– tworzone przez człowieka środki

materialne  i  wiedza  techniczną  określająca  reguły
posługiwania  się  tymi  środkami  oraz  projekty
stosowane  do  zdobywania,  przekształcania  i
wykorzystywania dóbr materialnych.

TECHNIKA ?

TECHNOLOGIA?

TECHNIKA - TECHNOLOGIA

2. Technika

–

umiejętność

sposób

wykonywania różnych czynności.

Inne definicje:

Technika

– celowy, racjonalny, oparty na teorii

sposób wykonywania prac w jakiejś dziedzinie –
metoda [Słownik języka polskiego].

Technika

– dział cywilizacji i kultury obejmujący środki

materialne i umiejętności posługiwania się nimi,
umożliwiające człowiekowi celową działalność
gospodarczą i opanowanie przyrody [

Słownik języka

polskiego

Technika

to nauka i metoda jaką wykorzystuje się w

robieniu różnych rzeczy: w budowaniu,
konstruowaniu, produkowaniu.

TECHNIKA - TECHNOLOGIA

Podział techniki

(wg def. p. 1) dokonuje się według

różnorodnych kryteriów biorąc pod uwagę
dziedzinę zastosowań (np.:

telekomunikacja,

informatyka

)

TECHNOLOGIA

Technologia

- ogół wiadomości o sposobach

przetwarzania surowców i wytwarzania wyrobów
(produktów).

Angielski termin

technology

– odpowiada pojęciowo

polskiemu terminowi

technika

Technologia

- przetwarzanie w sposób celowy i ekono-

miczny dóbr naturalnych w dobra użyteczne
(produkty);

Technologia

- wiedza o tym procesie.

Telekomunikacja jest dziedziną działalności
usługowej

705-09-21 09:53

Działalność usługowa

– działalność gospodarcza,

która ma charakter świadczeń osób fizycznych i
prawnych  na rzecz innych osób i służąca
zaspakajaniu potrzeb ludzkich  np. przewóz
towarów, transport informacji, dokumentów itp.
(

Działalność usługowa

– nie polega na wytwarzaniu dóbr

materialnych).

Systemy telekomunikacyjne

Jakie są ich podstawowe zadania?

ŚWIADCZENIE USŁUG

Sposób w jaki systemytelekomunikacyjne realizują
swoje podstawowe zadania czyli w jaki sposób
świadczą usługi jest

głównym celem wykładów

Usługa telekomunikacyjna

- usługa świadczona

każdorazowo przez telekomunikację - dzięki jej
urządzeniom i organizacji - na rzecz użytkowników
i na ich żądanie.

Usługa telekomunikacyjna

- to co

operator

oferuje

swym

klientom

(użytkownikom, abonentom) w celu

zaspokojenia konkretnej potrzeby
telekomunikacyjnej (przesyłanie informacji,
pobieranie informacji, dostarczanie informacji) [

ITU-T

I.112

]

Przykładowe rodzaje usług

telekomunikacyjnych

Telefonia 3.1 kHz

Usługa telefoniczna zapewniająca przesyłanie
mowy (

w paśmie akustycznym o szerokości 3.1

kHz

Komunikacja jest

dwukierunkowa

, z

oboma

kierunkami aktywnymi równocześnie

i bez

przerw w czasie

fazy trwania połączenia

zwanej

rozmową

Teleakcje

Przesyłanie między użytkownikiem a odbiorcą/
odbiorcami krótkich wiadomości (SMS),
wymagających małych szybkości transmisji.

Rodzaje: -

telealarm

, -

telekomenda

, -

telemetria

Usługi

telekomunikacyjne

1. Poczta elektroniczna (e-mail)

2. Telekonferencja

3. Wideokonferencja

4. Handel elektroniczny (e-commerce)

5. Dostęp do zdalnych informacji

6. Komunikacja z innymi osobami

7. Rozrywka interaktywna

8. Radio internetowe

9. Zdalne nauczanie

Usługi Multimedialne

Telekomunikacyjne usługi multimedialne

to kategoria

telekomunikacji, która umożliwia zdalne

przekazywanie wiadomości pomiędzy odbiorcami za

pomocą co najmniej dwóch środków przekazu, takich

jak np. mowa, ruchomy obraz, tekst, grafika itp..

Usługi Mobilne i Stacjonarne

INFORMACJA

Abstrakcyjny obiekt

, który w postaci

zakodowanej

(dane) może być

przechowywany

(nośnik danych),

przesyłany

(głosem, falą elektromagnetyczną,

prądem),

przetwarzany

( w trakcie wykonywania

zgodnie z określonym algorytmem) i

użyty do

sterowania

[

PWN

Informacja - dowolna wiadomość

, na podstawie

której jej odbiorca podejmuje działania [

Leksykon

]

Informacja - każdy czynnik

, dzięki któremu obiekt

odbierający może polepszyć swoją znajomość
otoczenia i bardziej sprawnie prowadzić działania.

Wiadomość

Pojęcie występujące w teorii informacji i teorii
komunikacji,

związane

procesem

emisji

przekazywania,

przekształcania

przyjmowania

przechowywania

określonego

ciągu elementów

informacyjnych, tj. znaków, symboli, liter, cyfr,
tonów, błysków

Wiadomość może mieć

postać znaków

(np.

alfanumerycznych),

tekstu

pisanego,

zespołu

dźwięków, obrazów.

Źródłem/odbiorcą

wiadomości może być:

• istota żywa,
• obiekt będący przedmiotem obserwacji,
•

proces,

zjawisko

lub

dowolne

urządzenie

Wiadomość cd.

Wiadomość

nadawana

przez

człowieka

lub

zastępujące

urządzenie

jest

zwana

komunikatem.

Każda wiadomość wysyłana przez źródło zwiera pewną
ilość informacji.

Miarą tej ilości informacji jest entropia informacyjna.

W systemie informacyjnym poza przekazywaniem
informacji zachodzi również jej wykorzystanie,

Telekomunikacja jest dziedziną, która zajmuje
się:

•

magazynowaniem informacji

przechowywaniem, składowaniem (

w jakim celu?,

gdzie?, czas dostępu do magazynu; sposób
magazynowania: czas magazynowania: koszty
magazynowania

);

1805-09-21 09:53

•

przetwarzaniem informacji

– przekształcanie,

zmienianie, nadawanie innej postaci,
przeobrażanie (

w jakim celu?, gdzie?, sposób

przetwarzania; czas przetwarzania; koszty
przetwarzania)

•

przesyłaniem informacji na odległość

–,

wysyłanie, dostarczanie, przekazywanie,
posyłanie (

postać informacji? skąd? dokąd?,

koszt przesyłania)

Sieć telekomunikacyjna

Sieć

- określony zbiór elementów wzajemnie ze

sobą połączonych

Sieć telekomunikacyjna

- zespół funkcjonalnie

powiązanych urządzeń (węzłów) znajdujących się
na danym obszarze i przeznaczony do
świadczenia usług telekomunikacyjnych.

Operator sieci

– ten kto świadczy usługi

wykorzystując do tego celu sieć telekomunikacyjną

ZYSK = PRZYCHÓD - KOSZTY

Operator sieci

- sprzedaje usługi, które przynoszą mu

zysk

Klient

– osoba fizyczna lub prawna na rzecz której

operator świadczy usługi wykorzystując do tego celu
sieć telekomunikacyjną

Klient żąda tanich i jednocześnie wysokiej jakości
usług, które realizuje (szybko, często natychmiast)
wykorzystując swój terminal

Dwa przeciwstawne spojrzenia na tę samą

sprawę

OPERATOR – KLIENT (

użytkownik, abonent)

•

Operator sieci

•

Operator - dostawca środków transportu

informacji ( Network Provider)

•Operator - dostawca treści przekazu ( Content

Provider)

•

Operator - dostawca konkretnych usług

(

Service Provider

)

Operatorzy

Sieć telekomunikacyjna jest

środkiem (narzędziem

) do świadczenia (realizacji) usług

Sieć telekomunikacyjna jest

systemem masowej

obsługi

bo:

• korzystają z niej dziesiątki

milionów

klientów,

• klienci są zlokalizowani na b.

dużym obszarze

• komunikacja (wymiana informacji) jest możliwa
między

dowolnymi parami

zbiorami

- (nie tylko)

klientów,

Sieć telekomunikacyjna jest

systemem masowej

obsługi

bo:

•

żądania

świadczenia usług

występują losowo

proces napływu zgłoszeń jest procesem losowym,

•

czas

świadczenia usług jest też losowy-

czas

trwania (świadczenia) usługi jest losowy

Sieć telekomunikacyjna jest systemem masowej
obsługi świadczącym znaczną część usług w

czasie

rzeczywistym

Telekomunikacja - przesyłanie informacji na odległość głównie
za pomocą sygnałów elektrycznych, optycznych lub radiowych.

3305-09-21 09:53

Sygnał

– czynnik będący nośnikiem wiadomości,

umożliwia- jący jej przesłanie na odległość lub
rejestrację; ma zwykle zwykle postać

przebiegu

wielkości fizycznej

, której co najmniej 1 parametr (np.

amplituda, kształt

) zależy od przesłanej nim

wiadomości.

• sygnał

elektryczny

– przebieg natężenie lub

napięcia elektrycznego,

• sygnał

optyczny

– natężenie lub długości fali

promienio- wania świetlnego,

• sygnał

akustyczny

– ciśnienia akustycznego.

Sygnały ciągłe i dyskretne mogą być:

•

z czasem dyskretnym

– gdy zmiany wartości

wielkości są określane i przesyłane w ściśle
określonych chwilach

Sygnały analogowe

– są to sygnały ciągłe z

czasem ciągłym tzn. zmiany wielkości przebiegają
w dowolnych chwilach z ciągłego ich zbioru.

Sygnały cyfrowe – są to sygnały dyskretne, w
przypadku których kolejne wartości wielkości
reprezentującej wiadomość są liczbami należącymi
do skończonego zbioru.

Sygnały binarne – są to sygnały dyskretne, w
przypadku których kolejne wartości wielkości
reprezentującej wiadomość są liczbami należącymi
do dwuelementowego zbioru.

Oddziaływanie wiadomości na parametry sygnału
odbywa się poprzez procesy:

• modulacji,
• kodowania.

Modulacja – proces fizyczny polegający na
oddziaływaniu pewnego przebiegu wielkości fizycznej
(

napięcia elektrycznego, natężenia pola elektrycznego

) zwanej

sygnałem modulującym, na inny przebieg
(modulowany) zwany falą nośną, w wyniku czego
uzyskuje się przebieg zwany sygnałem
zmodulowanym

Celem procesu modulacji jest przekształcenie
sygnału ułatwiające jego dalsze wykorzystanie np.
zwiększenie odporności na zakłócenia, przeniesienie
go w inny zakres częstotliwości.

Kodowanie (

kanałowe

)– przyporządkowanie

wiadomościom sygnałów w postaci ciągów sygnałów
elementarnych wg reguły zwanej kodem.

Oddziaływanie wiadomości na sygnał cyfrowy
odbywa się za pośrednictwem procesu kodowania.

+0,75 V

-0,75 V

0 V

Ciąg

binarny

Kod liniowy stosowany w styku S (AMI)

Reguła kodowania

+0,75 V

-0,75 V

0 V

Ciąg

binarny

Kod liniowy stosowany w styku S (AMI)

Przykład

Prześlijmy informację

1 0 1 0 0 1 1 0 1 1

0 1 0 0 1 1 0 1

Kodowanie liniowe

Kanał telekomunikacyjny (channel)

Kanał telekomunikacyjny jest drogą dla sygnału

lub

zbioru sygnałów

telekomunikacyjnych,

zawsze w jakimś sensie ograniczona:

•

przestrzennie

•

częstotliwościowo

•

czasowo

Kanał telekomunikacyjny (channel)

Droga sygnału telekomunikacyjnego lub zbioru
sygnałów telekomunikacyjnych, zawsze w
jakimś sensie ograniczona:

•

przestrzennie,

Kanał zrealizowany w jednej parze
przewodów

Kanał zrealizowany w innej parze przewodów

Kanał telekomunikacyjny (channel)

Droga sygnału telekomunikacyjnego lub zbioru sygnałów
telekomunikacyjnych, zawsze w jakimś sensie
ograniczona:

•

częstotliwościowo

Komunikacja od N1 do O1 odbywa się w zakresie od f1 do

Komunikacja od N2 do O2 odbywa się w zakresie od f3 do

Kanał telekomunikacyjny (channel)

Droga sygnału telekomunikacyjnego lub zbioru sygnałów
telekomunikacyjnych, zawsze w jakimś sensie
ograniczona:

•

czasowa

Komunikacja od N1 do O1 odbywa się w czasie od t1

do t2

Komunikacja od N2 do O2 odbywa się w czasie od t3

do t4

Szerokość pasma każdego kanału

jest

podstawowym wyznacznikiem jego pojemności
informacyjnej.

Szerokość pasma s

tanowi z definicji zakres

częstotliwości, jaki kanał zdolny jest przesłać (z
dopuszczalnym tłumieniem)

Szerokość pasma stanowi limit szybkości
transmisji informacyjnej przez łącze.

Claude Shannon odkrył dokładną zależność
pomiędzy

maksymalną szybkością bitową

C a

szerokością pasma

„w”

Maksymalna szybkość bitowa kanału C o
szerokości pasma w

C = w log

(S/N + 1)

Gdzie: S – moc sygnału; N – moc szumu

Dla kanału o szerokości pasma 3 kHz o typowym
stosunku S/N = 30 dB C = 30 kB/s

Zmiana stanu nie zawsze oznacza jeden bit (np.
2)

Kanał telekomunikacyjny - parametry

Przepływność kanału (przepustowość

)- zdolność

kanału do przenoszenia informacji binarnej (ile bitów
danych można przesłać w ciągu jednej sekundy) przez
konkretne medium transmisyjne.

Medium transmisyjne - ośrodek transmisji
sygnałów

[Kbit/s]; [Mbit/s]; [Gbit/s]

Wielkości teletransmisyjne

W telekomunikacji zachodzi często potrzeba

porównania

ze sobą

dwóch wartości

pewnej

wielkości fizycznej np. napięcia, prądu, mocy
elektrycznej, ciśnienia akustycznego, mocy
akustycznej.

We wszystkich tych przypadkach nie posługujemy się

stosunkiem porównywanych wartości

lecz

logarytmem stosunku

, czyli wyrażamy ten stosunek

miarą

logarytmiczną.

Wielkości teletransmisyjne

Zgodnie z prawem Webera i Fechnera –
uzyskiwane

wrażenia intensywności pewnego

zjawiska

, np. głośności dźwięku, jasności obrazu

itp.

jest proporcjonalne

nie do bodźca, który to

wrażenie wywołuje, lecz

do logarytmu tego bodźca.

Natężenia pól (elektrycznego, magnetycznego) fali
elektromagnetycznej, posuwającej się wzdłuż toru
maleją - wskutek zjawiska tłumienia - według

prawa

, dającego się wyrazić

funkcją logarytmiczną

Rodzaje wielkości teletransmisyjnych

Wielkości transmisyjne służą opisaniu jednego z
trzech celów:

1. Wyrażenie stanu elektrycznego

istniejącego w

pewnym miejscu drogi sygnału, a dotyczącego
tego sygnału, albo zastępującego go sygnału
próbnego, albo występujących w tym miejscu
zakłóceń.

Wyrażenie zmian

, jakim ulega pewna wielkość

fizyczna, w miarę przemieszczania się energii
elektrycznej wzdłuż drogi sygnału.

3. Scharakteryzowanie

własności

teletransmisyjnych drogi sygnału.

Rodzaje wielkości teletransmisyjne

Wyrażenie stanu elektrycznego

istniejącego w

pewnym miejscu drogi sygnału

może dotyczyć

•  sygnału,
•  zakłóceń,
•

przebiegu próbnego

określonej

częstotliwości, wytwarzanego przez źródło o
określonych własnościach.

Rodzaje wielkości teletransmisyjne

U = 0.755
V

I = 1.29 mA

R = 600
Ohm

P = 1 mW

E = 1.55 V

Rw = 600
Ohm

Stan elektryczny wytworzony przez przebieg próbny w
pewnym miejscu drogi sygnału możemy wyrazić
posługując się napięciami, prądami albo mocami.

Rodzaje wielkości teletransmisyjne

U = 0.755
V

P = 1 mW

E = 1.55 V

Rw = 600
Ohm

Poziom wyjściowy 0 dB

P = 0.01
mW

10 lg Po/Po

Poziom w punkcie” – 20” dB

10 lg 0.01Po/Po

Wielkości teletransmisyjne

Wyrażenie zmian

, jakim ulega pewna wielkość

fizyczna, w miarę przemieszczania się energii
elektrycznej wzdłuż drogi sygnału

Aby ująć zjawisko zmian jakim ulega napięcie
(moc) sygnału w miarę przemieszczania się
wzdłuż drogi posługujemy się pojęciami tłumienia
napięcia, mocy.

Tłumienie napięcia [dB] między miejscami k
i l

-20 lg Uk/Ul

Tłumienie mocy [dB] między miejscami k i l

- 10 lg Pk/Pl

Co to jest nadajnik (transmitter) ?

Jest to urządzenie, które jest źródłem sygnału, gdzie generowana jest

pierwot-

na wiadomość (np. telefon, telefaks, kamera wideo itp.)

Co to jest odbiornik (receiver) ?

Jest to urządzenie odbierające sygnały i przekształcające je na postać

wiadomości.

Co to jest kanał (channel) ?

Jest to jednokierunkowe połączenie między nadajnikiem i odbiornikiem

Co to jest łącze (linia) (line) ?

Zespół środków technicznych zapewniających komunikację dwóch

urządzeń (zwiera wymagane kanały dla transmisji sygnałów).

Nadajnik

Odbiornik

Łącze

Odbiornik

Kanały

Sieci telekomunikacyjne 65

Łącze

jest

zespółem

środków

technicznych

umożliwiających

przesyłanie sygnałów od punktu do punktu, zdolny do
realizacji – wespół z aparatami przetwórczymi
- określonego rodzaju usługi telekomunikacyjnej

Nadajnik

Odbiornik

Łącze

Odbiornik

Kanały

1. Wiadomości są przesyłane od źródła
informacji do obiektu przeznaczenia informacji

2. Nośnikami informacji są sygnały

3. W nadajniku elementowi wiadomości jest
przyporząd-kowany jest sygnał.

Kodowanie - operacja przyporządkowania
elementowi wiadomości wartości sygnału

4. Sygnały nadawane docierają do odbiornika przez
kanał
5. Na podstawie odebranego sygnału odbywa się
w odbiorniku odtwarzanie nadanej wiadomości

Document Outline