background image

w w w . e l e k t r o . i n f o . p l

n r   3 / 2 0 0 4

t e l e k o m u n i k a c j a

46

przyszłość telekomunikacji

Z

e wspólnego pnia - łączności, 
techniki prądów słabych - wy-

odrębniały się w XX w. rozmaite 
dziedziny techniki, takie jak teleko-
munikacja (dziedzina związana z 
przesyłaniem i przetwarzaniem in-
formacji), informatyka ( dziedzina 
wiedzy o przetwarzaniu i przecho-
wywaniu informacji), automatyka 
(związana z wykorzystaniem infor-
macji do celów sterowania), elek-
tronika z mikroelektroniką i opto-
elektroniką, miernictwo elektro-
niczne, aparatura elektromedyczna 
itp. Jednak od ok. 1980 r., od rozpo-
wszechnienia się sieci komputero-
wych, nastąpił trend odwrotny: in-
tegracji tych dziedzin w jedną sze-
roką grupę, zwaną dziś technikami 
informacyjnymi. Do definicji tele-
komunikacji szybko dodano prze-
chowywanie informacji, a do defi-
nicji informatyki - ich przesyłanie 
tak, że dziedziny te różnią się dziś 
tylko kolejnością członów w swych 
definicjach. Obecnie następuje epo-
ka cywilizacji informacyjnej, a jed-
nym z jej trendów jest integracja 
sieci i usług telekomunikacyjnych, 
informatycznych, komunikacji i 
mediów elektronicznych. Trend ten 
będzie kształtować jednolitą struk-
turę teleinformatyczną lub nawet 
informacyjną, której jakość będzie 
decydować o konkurencyjności go-
spodarek i społeczeństw [3].

zakłócenia wyższymi 

harmonicznymi

Z nadejściem okresu elektryfi-

kacji i telefonizacji wsi, na począt-
ku XX w. zaczęto umieszczać prze-
wody elektroenergetyczne oraz te-
lefoniczne na wspólnych słupach. 
Wyższe harmoniczne powstające 
przy przepływie prądów magnesu-
jących transformatorów powodowa-
ły sprzężenia indukcyjne z obwo-
dami linii telefonicznych. Interfe-
rencje były tak silne, że komuni-
kacja głosowa stawała się praktycz-
nie niemożliwa. Problem złagodzo-
no dzięki zastosowaniu filtrów wyż-
szych harmonicznych i ogranicze-
niu dopuszczalnych wartości prą-
dów magnesujących transformato-
rów. Zainteresowanie teorią wyż-
szych harmonicznymi pojawiło się 
już we wczesnym stadium rozwo-
ju układów elektroenergetycznych 
prądu przemiennego. Blisko sto lat 
temu (1916 roku) Steinmetz opubli-
kował książkę poświęconą badaniu 
wyższych harmonicznych w ukła-
dach trójfazowych. Autor zaintere-
sował się głównie prądami trzeciej 
harmonicznej, spowodowanymi 
nasycaniem się żelaza w transfor-
matorach i maszynach wirujących. 
Jako pierwszy zaproponował łącze-
nia uzwojeń w układach trójfazo-
wych w trójkąt, dla zablokowania 
przepływu prądów trzeciej harmo-
nicznej. Pojawienie się w drugiej po-

łowie ubiegłego stulecia elementów 
półprzewodnikowych wywołało po-
nowny wzrost zakłóceń i zaintere-
sowanie się wyższymi harmonicz-
nymi. Obecnie największymi źró-
dłami wyższych harmonicznych 
są urządzenia energoelektronicz-
ne, głównie napędy silników elek-
trycznych z regulacją obrotów, ste-
rowane półprzewodnikami napędy 
trakcyjne, zasilacze impulsowe itp. 
Niewielkie gabarytowo, lecz bardzo 
często występujące źródła zakłóceń 
wyższymi harmonicznymi to sta-
teczniki półprzewodnikowe stoso-
wane w oświetleniowych lampach 
wyładowczych [6].

bezprzewodowa komunikacja 

światłowodowa

Komunikacja za pomocą świa-

tła kojarzy się w sposób naturalny z 
włóknami światłowodowymi. Czę-
sto zapomina się o tym, że wiąz-
ka światła w powietrzu umożliwia 
również przenoszenie informacji z 
szybkością oferowaną przez świa-
tłowody, bez ponoszenia kosztów 
na budowę linii światłowodowych. 

Współczesna technika pozwala na 
dwukierunkowe przenoszenie da-
nych cyfrowych bezprzewodowy-
mi torami świetlnymi (FSO - Free 
Space Optics) z szybkością 1 Gb na 
sekundę, na odległość do kilku ki-
lometrów. 

W Stanach Zjednoczonych 95 % 

budynków wyposażonych w świa-
tłowody ma strukturę linii o dłu-
gościach nie przekraczających 1,5 
km. Koszty budowy nowych li-
nii światłowodowych w metropo-
liach są znaczne. Wynoszą od 100 
do 200 tys. dolarów za kilometr, 
przy czym 85 % kosztów pochła-
niają prace ziemne i instalacyjne. 
Szacuje się, że koszt bezprzewodo-
wego systemu przesyłania sygna-
łów torami świetlnymi jest około 
pięć razy mniejszy niż tradycyjnej 
linii światłowodowej układanej w 
ziemi. Dodatkową zaletą jest moż-
liwość szybkiego (zaledwie w ciągu 
kilku dni) zainstalowania połącze-
nia typu FSO między odległymi bu-
dynkami w mieście. Położenie no-
wej linii kablowej wymaga nato-
miast uzyskania zgody władz mu-

nicypalnych na rozkopanie 
ulic i trwa nieporównywal-
nie dłużej. Nadajniki i od-
biorniki do bezprzewodowe-
go przesyłania sygnałów tora-
mi świetlnymi są instalowane 
zwykle na dachach budynków 
lub wewnątrz pomieszczeń w 
pobliżu okien. 

systemy telekomunikacyjne

źródła zakłóceń i ich eliminacja

Zakłócenia towarzyszą systemom telekomunikacyjnym od początku ich istnie-

nia. Najczęściej spotykanym źródłem zakłóceń są przepięcia atmosferyczne i łą-

czeniowe. Wraz z rozwojem systemów telekomunikacyjnych pojawiają się nowe 

źródła zakłóceń i nowe sposoby ich eliminacji. W tym artykule podano przykła-

dy niektórych z nich. 

dr inż. Witold Bobrowski – Instytut Elektrotechniki

Urządzenie do optycznego przekazu informacji

background image

w w w . e l e k t r o . i n f o . p l

n r   3 / 2 0 0 4

47

t e l e k o m u n i k a c j a

Bezprzewodowa komunikacja 

światłowodowa znajduje różno-
rodne zastosowania:

ƒ

  instalowana w tunelach linii me-

tra, rozszerza infrastrukturę ist-
niejącej sieci światłowodowej da-
nej metropolii,

ƒ

 wykorzystywana do połączeń z 

użytkownikami końcowymi, za-
pewnia szybki dostęp do Interne-
tu oraz innych sieci cyfrowych,

ƒ

  zainstalowana w kilku budynkach 

przedsiębiorstwa na terenie mia-
sta, umożliwia niezależną wymia-
nę informacji wewnątrz firmy,

ƒ

 może być wykorzystywana jako 

połączenie rezerwowe istnieją-
cych systemów telekomunikacyj-
nych.

W praktyce stosowane są dwie 

długości fali nośnej: 850 nm i 
1550 nm. Lasery 850 nm są znacz-
nie tańsze i znajdują powszechne 
zastosowanie na krótkich odcin-
kach, a lasery 1550 nm są droższe, 
bowiem mają większą moc i mogą 
więc pracować na dłuższych odcin-
kach – ich promieniowanie jest 
również bezpieczniejsze dla oka 
ludzkiego (promieniowanie pod-
czerwone nie dochodzi bowiem do 
siatkówki oka, zatrzymując się na 
rogówce). Dodatkową zaletą jest 
lepsza praca laserów o większej 
długości fali w trudnych warun-
kach otoczenia, np. w czasie mgły. 
Niezawodność działania bezprze-
wodowych systemów przesyłania 
sygnałów torami świetlnymi sza-
cuje się w Stanach Zjednoczonych 
optymistycznie na tzw. pięć dzie-

wiątek (99,999 %). W Europie, w 
miastach, gdzie występują często 
smogi, szacuje się dostępność łącz-
ności na 96-99 % [2, 5].

nietypowe zastosowania 

światłowodów

Do eliminacji zakłóceń pocho-

dzących od silnych pól magnetycz-
nych i elektrycznych opracowano 
mikrofon wykonany przy użyciu 
światłowodów. Zasada działania 
mikrofonu polega na odbiciu wiąz-
ki światła przychodzącej z jednego 
światłowodu (nadajnika) do dru-
giego  światłowodu (odbiornika), 
za pośrednictwem lekkiej membra-
ny odbijającej światło. Przy średnicy 
membrany 1,5 mm, średnica mikro-
fonu wynosi 4,2 mm, długość 15,2 
mm, a masa jest praktycznie pomi-
jalna. W przeciwieństwie do mikro-
fonów pojemnościowych, mikrofon 
wykonany przy użyciu światłowo-
dów, nie jest wrażliwy na zakłócenia 
elektrostatyczne. Odległość między 
mikrofonem a zasilaniem może do-
chodzić do 100 m, a połączenia są 
wykonane przy użyciu światłowo-
dów. Żadna z części mikrofonu nie 
jest wykonana z metalu, dzięki cze-
mu jest on też odporny na działa-
nie wilgoci. Mikrofony wykonane 
przy użyciu światłowodów znajdu-
ją zastosowanie m.in. w łodziach 
podwodnych. 

Ciekawostką może być zasto-

sowanie światłowodu do odczyty-
wania bardzo starych płyt gramo-
fonowych o historycznej warto-
ści. Odtwarzanie zapisu przy uży-

ciu igły stalo-
wej mogłoby 
spowodować 
występowa-
nie zakłóceń 
oraz uszko-
dzenie płyty. 
Igłę zastępuje 

więc włókno szklane o nacisku bli-
sko tysiąc razy mniejszym od naci-
sku igły stalowej. Odbity od włók-
na promień świetlny jest przekazy-
wany do urządzenia odczytującego 
i przetwarzany za pomocą układu 
elektrycznego na sygnał dźwięko-
wy [1].

globalna sieć GSM

Od czasu rozpoczęcia prac pro-

jektowych nad ogólnoświatowym 
systemem  łączności przenośnej, 
komórkowej (GSM - global system 
for mobile communication) upły-
nęło już ponad 20 lat. Od tego cza-
su sieci GSM zrobiły zawrotną ka-
rierę, stając się środkiem komuni-
kacji dla setek milionów abonen-
tów posiadających aparaty komór-
kowe. Dzięki umowom roamingo-
wym między operatorami działają-
cymi w różnych krajach system ten 
aspiruje do miana globalnej sieci ko-
munikacyjnej. Mimo olbrzymiej po-
pularności systemu, wiedza na te-
mat ochrony sieci GSM przed nie-
powołanym dostępem i zapewnie-
niem poufności transmisji jest trud-
no dostępna. Ze względu na zasto-
sowany potrójny mechanizm: uwie-
rzytelniania, szyfrowania łącza oraz 
generowania klucza sesyjnego, sieć 
ta uchodziła dotychczas za bardzo 
bezpieczną.

W sierpniu 2003 r. kryptolo-

dzy izralescy przeprowadzili prób-
ny atak ze znanym szyfrogramem 
na jedną z odmian algorytmu A5. 
W pierwszym kroku kryptoanalizy 
opracowano atak ze znanym tek-

stem jawnym. Atak ten, przy zna-
jomości zaledwie czterech zaszy-
frowanych ramek i odpowiadają-
cych im danych wejściowych, po-
zwalał na wyznaczenie klucza sesyj-
nego w czasie krótszym od 1 s na 
komputerze klasy PC (Pentium III, 
800 MHz). Następnie wykorzysta-
no fakt, że w systemie GSM moduł 
stopnia korekcji błędów poprzedza 
moduł szyfrujący, co oznacza, że w 
informacji podanej do zaszyfrowa-
nia nie wszystkie bity należy trak-
tować jako niezależne. Wzajemne 
związki między bitami wiadomości, 
wprowadzone przez stopień korek-
cji błędów, można wykorzystać jako 
substytut znanego tekstu jawnego. 
Zmodyfikowany atak wymaga zna-
jomości zaledwie ośmiu ramek szy-
frogramu. Przed przystąpieniem do 
ataku napastnik musi jednorazowo 
wyznaczyć dane pomocnicze o ob-
jętości 0,5 GB (ok. 5 godzin pracy 
na wspomnianym Pentium II, 800 
MHz) [4].

literatura

1.

 Jiracek M., Opticka vlakna v elek-

troakustice, Sdelovaci Technika 
(Praha), 2000 nr 2.

2.

 Prokes A., Koncepce bezkabelo-

vych optickych komunikacnich 
systemu, Sdelovaci Technika (Pra-
ha), 2001 nr 12.

3.

 Wierzbicki A.P., Rola telekomuni-

kacji w kształtowaniu społeczeń-
stwa informacyjnego, Przegląd Te-
lekomunikacyjny, 2003 nr 4.

4.

 Zawadzki P., Czy sieci GSM są bez-

pieczne? Przegląd Telekomunika-
cyjny, 2003 nr 11. 

5.

 Willebrand  H.A.,  Ghuman  B.S., 

Fiber optics without fiber, IEEE 
Spectrum, 2001 nr 8. 

6.

 McGrady W., Santoso S., Under-

standing power system harmo-
nics, IEEE Power Engineering Re-
view, 2001 nr 11.

Bezprzewodowa komunikacja światłowodowa