Tk Sistemi 1

TELEKOMUNIKACION I SISTEMI (1)

Školska 2007/2008. god.

Dr Mirjana Stojanović docent Saobraćajnog fakulteta i naučni saradnik Instituta “Mihajlo Pupin” Tel: 775-460 E-mail: stojmir @kondor.imp.bg.ac.yu Četvrtak: predavanja 13-15h konsultacije: 15-16h 2

Pregled kursa 

         

Uvod: istorija telekomunikacija, uvodni pojmovi o TK mrežama, model komunikacionog sistema, izobličenja u prenosu signala, šumovi Kablovski sistemi veza (žične linije) Analogni sistemi prenosa Digitalni sistemi prenosa (PDH, SDH) Telefonska mreža, IDN, ISDN, signalizacija no. 7 Frame Relay tehnologija ATM tehnologija i B-ISDN xDSL (HDSL, ADSL, VDSL) Lokalne računarske mreže (LAN) Internet i IP tehnologija Multiservisne IP mreže; VoiP, IP televizija 3

TELEKOMUNIKACIJE 

Telekomunikacije su svako emitovanje, prenos ili prijem poruka (govor, zvuk, tekst, slika ili podaci) u vidu signala, korišćenjem žičnih, radio, optičkih ili drugih elektromagnetskih sistema.



Telekomunikacije (e-komunikacije, komunikaciono inženjerstvo u širem smislu) podrazumevaju niz tehničkih sredstava potrebnih za prenos informacija između bilo koje dve tačke, na bilo koje rastojanje, najvernije i najpouzdanije što je moguće i po prihvatljivoj ceni.



Telekomunikaciona sredstva su oprema i uređaji za obradu, prenos i prijem signala, kao i odgovarajući softver, koji se koriste u telekomunikacijama. 4

Prethodna definicija podrazumeva :  Potreba ljudi za komuniciranjem postoji nezavisno  





od tehnike. Telekomunikacije su tehnika – ljudski izum. Telekomunikacije samo povećavaju i produžavaju ljudske mogućnosti da bi se zadovoljila potreba za komuniciranjem. Osnovna tehnička sredstva su elektromagnetnog tipa. Telekomunikacije podrazumevaju samo prenos poruka (koje sadrže informacije), e) a ne i njihovu fizičku podlogu (papir, disk, magnetna traka i sl.) bez obzira o kojoj se formi radi.

5

Ta definicija podrazumeva i: 

Korisnik, koji poverava svoju informaciju telekomunikacionom sistemu, očekuje da će ona biti reprodukovana bez gubitaka i izmena.



Jedan od osnovnih problema u telekomunikacionom sistemu je da se garantuje visok stepen vernosti, tj. transparentnost sistema uprkos postojećim nesavršenostima i poremećajima koji se dešavaju u dostupnim telekomunikacionim sredstvima.



Korisnik očekuje permanentan servis, servis dostupan pod bilo kojim okolnostima. Osiguravanje pouzdanosti uprkos nepredvidivim i neočekivanim delimičnim prekidima od suštinske je važnosti. 6

ISTORIJA TELEKOMUNIKACIJA (1) 





1837.g. Samuel Morse je smislio sistem kodiranja slova alfabeta na osnovu frekventnosti njihovog pojavljivanja u engleskom jeziku, koji je kasnije postao prvi telegrafski kod (Morzeov kod); ovo je intuitivni začetnik teorije informacija i teorije kodovanja. 24.05.1844.g. Prva telegrafska veza Baltimor – Vašington. Već 1851.g. više od 50 preduzeća u SAD koristilo je telegrafske veze. 1865.g. U Parizu osnovana Međunarodna unija za telegrafiju (Ova organizacija je kasnije prerasla u Međunarodnu uniju za telekomunikacije (International Telecommunication Union – ITU) koja je pod ovim nazivom 1947 u Atlantic City-ju postala specijalizovana agencija Ujedinjenih nacija i čije je sedište danas u Ženevi), a 1866 u Beču je održana konferencija na kojoj su doneta prva pravila vezana za telegrafski saobraćaj. 7

ISTORIJA TELEKOMUNIKACIJA (2) 







1866.g. Pušten u rad prvi transatlantski podmorski telegrafski kabl što je omogućilo interkontinentalni telegrafski saobraćaj; brzina prenosa je bila veoma mala; prva dva pokušaja, realizovana uz ogromne tehničke i finansijske napore, 1857.g. i 1858.g. nisu uspela jer je izolacija od gutapera probijana posle vrlo kratkog rada. 1870.g. Uspostavljena telegrafska veza duga 11000 km (delimično vazdušni vodovi, delimično podmorski kablovi) između Londona i Kalkute. 1876.g. Alexander Graham Bell prijavio je patent (samo nekoliko sati pre Elisha Graya) koji se odnosio na metod prenosa glasa električnim putem posredstvom promenljive otpornosti. Bel je, prateći ideje Filipa Rajsa iz 1860.g., bio motivisan istraživanjem načina da se pomogne gluvima. Ovo je označilo početak telefonije. 1878.g. Bel je demonstrirao telefon. 8

ISTORIJA TELEKOMUNIKACIJA (3) 







1891.g. Almon Strowger je, iritiran ograničenošću manuelne komutacije posredstvom operatera, pronašao automatski birač koji može da se kontroliše sa udaljene pretplatničke jedinice. 1892.g. u mestu La Porte (Indijana, SAD) proradila je prva automatska telefonska centrala. 1896.g. Popov je demonstrirao radio vezu poslavši telegram sadržine “Heinrich Hertz” napisan Morzeovom azbukom. 1897- 1901.g. 1901.g Guglielmo Marconi je dobio patent za bežičnu telegrafiju uspevši da ostvari radio vezu dugu 1000 km -poslao radio telegram Engleska (Kornvol)-Njufaundlend u HF opsegu. 9

ISTORIJA TELEKOMUNIKACIJA (4) 





 

 



1906.g u Berlinu održana prva konferencija posvećena radio komunikacijama. 1907.g. Lee de Forest pronašao je triodu. Ovo je omogućilo analogno pojačavanje signala i otvorilo put telefonskom prenosu na velike razdaljine (long distance). 1927.g. prvi HF transatlanski telefonski link (London-NY) Prvi prenos pokretne slike – TV prenos NY-Vašington 1937.g. Radar 1938.g. Alec Reeves – PCM – digitalna reprezntacija analognih signala 1948.g. Šotki sa saradnicima –tranzistor 1956.g. Prvi podmorski transatlanski telefonski kabl (51 regeneratorska stanica) 1960.g. pronalazak lasera 10

ISTORIJA TELEKOMUNIKACIJA (5) 

  

  



 

1962.g. Satelit TELSTAR (LEO) omogućio prvi interkontinentalni TV prenos 1965.g. Early Bird (Intelsat I ) prvi geostacionarni satelit 1969.g. 1969.g direktan prenos čovekovog iskrcavanja na Mesec 1970.g. 1970.g Optička vlakna prihvatljivog slabljenja; AMPS – ćelijski sistem mobilne telefonije 1990.g. 1990.g globalni Internet 1992.g. digitalni mobilni sistem GSM pušten u rad 1994.g. GPS – globalni sistem za pozicioniranje pušten u civilnu upotrebu; prvi WDM optički sistemi 1998.g. Novembra meseca pušten u rad telekomunikacioni sistem LEO satelita IRIDIUM – naredne godine počelo obaranje 2001.g. 3G sistemi mobilne telefonije 2005.g. WiFi, WiMAX, širokopojasni servisi do kuće, FTTH 11

Razvoj telekomunikacija uslovljava niz faktora:      



globalizacija svetskog društva, postojanje telekomunikaciono nerazvijenih područja, ogromni porast količine informacija koju treba preneti, potrebe za velikim brzinama prenosa, potreba za mobilnošću servisa i terminalne opreme, potreba za integracijom više vrsta servisa, posebno govora, podataka i slike, koji se prenose preko zajedničke mreže, tipično zasnovane na tehnologiji Internet protokola (IP) potreba za inteligentnim mrežama.

12

Uvodni pojmovi o telekomunikacion im mrežama

Telekomunikaciona mreža i telekomunikacioni servis (usluga) Telekomunikaciona mreža je skup telekomunikacionih 





sistema i sredstva koje omogućavaju prenos poruka saglasno zahtevima korisnika. Telekomunikacioni servis (usluga) је servis koji se u potpunosti ili delimično sastoji od prenosa i usmeravanja signala kroz telekomunikacione mreže u skladu sa zahtevima korisnika i telekomunikacionog procesa. Korisnik je fizičko ili pravno lice koje koristi ili želi da koristi telekomunikacione usluge po osnovu zaključenog pretplatničkog ugovora ili na drugi predviđeni način. 14

Broj korisnika pojedinih telekomunikacionih servisa u Srbiji (u hiljadama)

Zvanični podaci Republičke agencije za telekomunikacije (RATEL) 15

Fizička struktura telekomunikacione mreže (1)  Telekomunikacionu mrežu sačinjavaju:     



čvorovi mreže spojni putevi oprema za pristup mreži krajnji sistemi sistem za nadzor i upravljanje

Okosnica mreže i mreža za pristup

16

Fizička struktura telekomunikacione mreže (2) Centralna upravljačka stanica

Čvor mreže Krajnji sistem (telefon, računar, lokalna računarska mreža ...)

Oprema za pristup

X Pristupni spojni put Mreža za pristup

Oprema za pristup

X X X Tranzitni spojni put

Lokalna upravljačka Okosnica stanica mreže

Pristupni spojni put

Krajnji sistem (telefon, računar, lokalna računarska mreža ...)

Mreža za pristup

17

Princip formiranja mreže 





Mala je verovatnoća da svi korisnici istovremeno traže međusobno uspostavljane veza unutar jednog lokaliteta. Tako je broj elemenata za spajanje korisnika u čvorovima manji od broja korisnika. Još manja je verovatnoća da svi korisnici iz jednog lokaliteta istovremeno traže uspostavljane veza sa korisnicima iz drugog lokaliteta. Naprotiv, taj broj je znatno manji od broja korisnika. Zato spojni putevi imaju znatno manje kanala nego što je broj korisnika. Povećanje broja čvorova skraćuje pristupne i tranzitne spojne puteve i (jeftinija mreža), ali raste ukupna cena opreme u čvoru. 18

Komutirana mreža (1)  



Komutirana mreža -switched network Veze između korisnika se uspostavljaju povremeno (po njihovoj želji i na njihovu komandu) bilateralno; u takvim mrežama čvorovi su komutacioni centri koji interpretiraju i izvršavaju naredbe za uspostavljanje, održavanje i raskid veze. Mreža sa komutacijom kola (Circuit switched network) tokom komunikacije između izvora i odredišta uspostavlja se fiksno kolo (vod). Znači da su, privremeno, fizičke linije dodeljene komunikacionoj sesiji. Kada se sesija završi, kolo se raskida i postaje raspoloživo za neku drugu sesiju (za druge korisnike). Telefonska mreža i ISDN (Integrated Services Digital Network) su primer komutacije kola. 19

Komutirana mreža (2) 

Mreža sa komutacijom paketa (Packet switched network) - tokom komunikacione sesije između izvora i odredišta, podaci se dele u pakete, koji se usmeravaju kroz mrežu na osnovu adrese odredišta. Prema tome, uspostavlja se logička veza između izvora i odredišta, koja se može realizovati po različitim fizičkim vezama. Internet i lokalne računarske mreže su primer mreža sa komutacijom paketa.

20

Mreže sa komutacijom paketa: WAN, LAN, MAN 





WAN (Wide Area Network) – telekomunikaciona mreža šireg područja (regionalna, nacionalna, internacionalna), povezuje lokalne računarske mreže posredstvom neke od brojnih WAN tehnologija (Frame Relay, ATM, IP, ...) LAN (Local Area Network) – lokalna računarska mreža je skup međusobno povezanih personalnih računara i ostalih periferijskih uređaja, koji se nalaze na jednoj lokaciji (zgrada, kompleks zgrada) MAN (Metropoliten Area Network) telekomunikaciona mreža projektovana za područje grada. MAN pokriva šire područje od LAN-a, ali manje od WAN-a. Karakteriše se vrlo brzim vezama i tipično korišćenjem optičkih kablova. 21

Topologija mreže

Potpuno povezana mreža – mesh

Zvezda

Prsten

Kaskada (magistrala, bus) 22

Zvezdasta hijerarhija telefonske mreže

23

Prstenasta hijerarhija telefonske mreže

24

Internet 

 

Autonomni sistem (AS) ili administrativni domen je skup IP mreža i rutera kojom se upravlja iz jednog administrativnog centra i između kojih se saobraćaj usmerava pomoću zajedničkog protokola (BGP – Border Gateway Protocol) Internet Service Provider (ISP) - davalac Internet usluga ISP-ovi svojim korisnicima (pojedinci i preduzeća) obezbeđuju veze ka Internetu, uz ostale usluge (e-pošta, Host A pretraživanje Weba, FTP, diskusione grupe).

Host B Autonomni sistem (administrativni domen)

25

Mreža ISP

Ka Web serverima

Ka drugim ISP-ovima

HR ISP – Internet Service Provider

BR – Border Router – granični ruter

Ka Web serverima

BR HR

CR

BR CR

PoP – Point of Presence CR – Core Router – ruter jezgra

Ka drugim ISP-ovima

CR PoP 1

PoP 2

PoP 3

PoP 4 CR

AR – Access Router – pristupni ruter

CR

HR – Hosting Router

AR

CR AR

Pristupni linkovi

AR AR Pristupni linkovi 26

Tipovi komunikacije UNILATERALNI SERVISI - MONOLOG

BILATERALNI SERVISI - DIJALOG

MULTIILATERALNI SERVISI - KONFERENCIJA

27

Model komunikacionog sistema. Karakteristike izvora informacija i uticaj na sistem prenosa

Model komunikacionog sistema KANAL

Izvor informacije

Predajnik

Linija veze

+

Prijemnik

Korisnik informacije

Šum

29

Vernost reprodukcije 

 

Najveću količinu informacija čovek prima čulom vida – 80 do 90% Čulom sluha prima između 10 i 20 % Kao izvor informacija, najviše predaje govorom, ali i pokretima ruku, pisanjem/kucanjem teksta, crtajući, svirajući, upravljanjem uključivanjem ili isključivanjem prekidača,...

ŠTA SE PRENOSI ? kompromis: ono što je dovoljno dobro ocenjeno od strane velikog broja korisnika 30

Za bilo koju klasu signala određuje se:  

Propusni opseg – analogni prenos Binarni protok (bitska brzina) – digitalni prenos

Kvalitet prenosa:  

Odnos signal/šum (SNR – Signal to Noise Ratio) Verovatnoće greške – stepen bitske greške BER (Bit Error Rate)

31

Osobine govora i sluha (1) Osnovne frekvencije: 100-200 Hz muškarci, 

 





200-300 Hz žene, 400 Hz i više deca Spektar 80 Hz do 12 kHz Pauze u govoru veće od 100 ms – 50% pri monologu, 75% pri dijalogu Snaga varira zavisno od govornika – dinamika govora D=10 log (PMAX/PMIN) dB = 62 dB – veoma ozbiljan zahtev TK sistemu za prenos Srednja brzina govora 80-200 reči/min; prosečno 5 glasova (slova) po reči i količina informacija 4.7 bita po slovu, pa je 30-80 b/s srednja brzina govora, uz entropiju E=1.5, realna vrednost srednje brzine govora je 10-25 Sh/s 32

Osobine govora i sluha (2) Čovečije uho kao zvuk prepoznaje frekvencije od 20 Hz do 







20 kHz; dovoljno je preneti do 16 kHz Najmanji zvučni pritisak koji ljudsko uho može da primeti (čuje kao zvuk) iznosi p0=2x10–5 Pa (1 Pascal = 1N/m2). Tu vrednost je standardizovala međunarodna organizacija ISO kao referentni zvučni pritisak. Najveći zvučni pritisak koji ljudsko uho može da podnese je milion puta veći od referentnog, odnosno 20 Pa. Pa Intenzitet zvuka može se izračunati pomoću poznate veličine zvučnog pritiska i poznatih svojstava medijuma (vazduha) prema: I = p2/(ρ o c) W/m2 gde je c – brzina zvuka, ρ 0 – gustina vazduha; veličina ρ 0 c je konstantna i iznosi ρ 0 c =410 kg/(m2s), pa je izraz za intenzitet zvuka: I = p2/410 W/m2 33





Osobine govora i sluha (3) Referentni intenzitet zvuka ili prag čujenja (minimalan

intenzitet zvuka koji uho može da prepozna) određuje se kao I0= p02/410 =10–12 W/m2 Nivo zvučnog intenziteta izražava se u decibelima i određuje kao n=10 log (I/I0) dB



Dinamika ljudskog uha je nmax=10 log (Imax/I0)=120dB



Budući da je decibel definisan preko odnosa intenziteta, koji zavisi od kvadrata zvučnog pritiska, nivo zvučnog pritiska je n=20 log (p/p0) dB



Nivo glasnosti izražava se u fonima. fonima Fonska skala definiše se pomoću nivoa intenziteta tona od 1000 Hz, koji se u ovom slučaju naziva referentnim tonom. Za frekvenciju od 1000 Hz broj decibela nivoa intenziteta ujedno predstavlja i broj fona. 34

glasnosti određuje se tako što se ton od 1000Hz s njima izjednači po glasnosti, pa se onda može reći da neki zvuk ima onoliko fona koliko po glasnosti izjednačen ton od 1000 Hz ima decibela (fona).



Subjektivno se ne zapaža promena manja od ± 1 fona i promena frekvencije od ±2% na frekvenciji od 1000 Hz → ovo uslovljava stabilnost nivoa signala i frekvencija na izlazu iz TK sistema

Nivo zvučnog pritiska (dB)



Osobine govora i sluha (4) Svima ostalim zvukovima nivo Foni

Min

Frekvencija (Hz)

35

Kvalitet prenosa govora 

Razumljivost i vernost 







Zavise kako od kvaliteta TK kanala tako i od psiholoških osobina svakog pojedinca

Razumljivost slogova (logotoma) – 96-97% je razumljivost u direktnom govoru; 60-65% donja granica; norma 80% Razumljivost rečenica (američki standardi) i reči je mnogo veća Vernost – stepen prepoznavanja osobina govora specifičnih za pojedinca (boja glasa, raspoloženje, temperament, intonacija, ...) 36

Šta utiče na kvalitet Širina frekvencijskog opsega signala koji se prenosi prenosa govora? (300-3400 Hz, kanal je širine 4000 Hz) 







     

Relativno slabljenje ≤36 dB; nivo glasnosti od 70 fona obezbeđuje najbolju razumljivost Kašnjenje - zadovoljavajuće 150 ms; može se tolerisati do 400 ms Stabilnost – karakteristika TK sistema; čovečije uho ± 1 fon; dozvoljene varijacije nivoa na izlazu su ±2.5 dB; stabilnost frekvencije od 10 –4 do 10–10 Pouzdanost – redundansa svih komponenti i veza Održavanje Cena Izobličenja Šumovi Preslušavanje 37

Muzika 





Opseg 10 Hz – 15 kHz ; gornja granica može biti niža – 10 kHz (lošiji kvalitet) Dinamika 73 dB; varira od instrumenta do instrumenta; zavisi i od orkestra i od vrste muzike Teško je odrediti opšte statističke osobine signala i regularnosti koje imaju sličan značaj kao kod govora

38

Tekst  

 

Telegrafija i teleks 26-30 slova, 10 cifara, razmak između reči, znaci interpunkcije Brzina telegrafisanja v=1/T (Bd) – standardno T=50 ms Teletekst – 128 karaktera (27); brzina 2.4 kb/s

International Telegraph Alphabet No 2 (ITA2), 5-bitni kod → Karakter FIGS (11011) signalizira da će naredni karakter biti interpretiran iz skupa FIGS Karakter LTRS (11111) signalizira da će naredni karakter biti interpretiran iz skupa LTRS 39

Faksimil (faks) 



Faks (skraćenica za facsimile, iz latinskog jezika – fac simile, “učiniti sličnim") je telekomunikaciona tehnologija koja se koristi za prenos kopija dokumenta preko telefonske mreže. Taj prenos je omogućen posebnim krajnjim uređajima (faks mašine) Postoji nekoliko indikatora mogućnosti faksa:    

grupa, klasa, brzina prenosa podataka usaglašenost sa ITU-T preporukama

40

Grupe faksimila 



Grupe I i II za analogni prenos (analogne faks mašine su zastarele i više se ne proizvode) Grupe III i IV – digitalni formati, koriste različite tehnike kompresije signala da značajno skrate vreme prenosa Grupa

Brzina prenosa

Približno vreme prenosa ( jedna stranica)

Način prenosa

I

2400 b/s

6 minuta

Analogni

II

4800 b/s

3 minuta

Analogni

III

9600/ 14400 b/s

1 minut

Digitalni

IV

64kb/s

< 15 sekundi

Digitalni 41

Podaci (1) 







U širem smislu sve digitalne informacije koje nisu glas, muzika ili slika, a mogu se preneti kroz mreže sa komutacijom kola ili komutacijom paketa Voiceband modem – krajnji uređaj koji moduliše digitalne signale iz računara ili drugog digitalnog uređaja u analogne signale koji se prenose po konvencionalnoj bakarnoj parici (analogna telefonska linija) Koriste frekvencijski opseg telefonskog kanala; brzina do 50kb/s DSL modemi koriste frekvencije od 25 kHz do iznad 1MHz, kako bi se izbegla interferencija sa prenosom govora (0-4 kHz). Karakteriše ih velika brzina prenosa podataka – od nekoliko stotina kb/s do više Mb/s. Kablovski modemi omogućavaju korišćenje Interneta posredstvom kablovske televizijske mreže 42

Podaci (2) 

Kvalitet prenosa podataka 







Integritet podataka od jednog do drugog kraja veze (podaci moraju da budu tačno preneseni) Mala verovatnoća gubitka podataka, npr. usled odbacivanja, grešaka u prenosu, dupliranja i dr. Neki podaci, npr. telemetrija, daljinske komande i dr. mogu zahtevati ograničeno (malo) kašnjenje

Protokolske arhitekture za prenos podataka  

OSI model – referentan za sve protokolske arhitekture Internet (TCP/IP) stek protokola 43

Pokretna slika (1)  







Sukcesivni prenos većeg broja mirnih slika Analogni sistemi PAL/SECAM i NTSC ograničeni skupom pokretnih slika koje mogu da prenesu i prezentuju. PAL/SECAM prenosi materijal na 25 Hz i 50 Hz, a NTSC na 30 Hz i 60 Hz; aspekt (aspect ratio) je 4:3; rezolucija je fiksna i ograničena raspoloživim propusnim opsegom. Informaciono-komunikacione tehnologije doprinele su razvoju digitalnih sistema i tehničkim mogućnostima prezentovanja pokretne slike u originalnom formatu. MPEG (Moving Picture Experts Group) format je od samog početka (MPEG-1) omogućio kodovanje pokretne slike sa originalnim aspektom (aspect ratio) i rezolucijom. MPEG-1 osnova za proizvode kao što su Video CD i MP3 44

Pokretna slika (2) 



 



MPEG-2 se široko primenjuje kao format digitalnih televizijskih signala koji se emituju posredstvom terestrijalnih, kablovskih i satelitskih TV sistema. MPEG-2 takođe specificira formate filmova i drugih programa koji se distribuiraju posredstvom DVD i sličnih medijuma. MPEG-4 – multimedija za fiksni i mobilni Web MPEG-7 – standard za opis i pretraživanje audio i vizuelnih sadržaja MPEG-21 – okvir za prenos i isporuku multimedijalnih sadržaja

45

Savremeni principi projektovanja telekomunikacionih sistema podrazumevaju integraciju heterogenih telekomunikacionih servisa (govor, muzika, podaci, nepokretna i pokretna slika) preko zajedničke telekomunikacione mreže 



Moguće je primeniti različite sisteme prenosa i komutacije Zajednički imenilac – IP tehnologija

46

Izobličenja pri prenosu signala

Izobličenja pri prenosu signala h(t) – funkcija prenosa sistema



Ukoliko je sistem linearan, tj. f2(t)=kf1(t), signal nije izobličen; k je konstanta; za k<1 sistem unosi slabljenje, a za k>1 pojačanje



Signal je izobličen ukoliko je f2(t) ≠ kf1(t) 48

Osnovni uzročnici izobličenja 

    

Neidealna amplitudska i fazna karakteristika sistema (linearna izobličenja) Nelinearnost sistema (nelinearna izobličenja) Nestabilnost sistema Nedovoljna širina frekvencijskog opsega sistema Šumovi Preslušavanje

49

Linearna izobličenja 



 

Posledica su postojanja reaktansi u telekomunikacionom sistemu F-ja prenosa sistema je f-ja frekvencije zbog prisustva induktivnosti i kapacitivnosti U vremenskom domenu: funkcija prenosa je h(t) Furijeova transformacija: h(t) → H(jω )

H(jω ) =A(ω ) e jf(ω ) gde je A(ω) – amplitudska karakteristika, a f(ω) – fazna karakteristika

50

Amplitudska izobličenja

propusni opseg

B=fr-fn

idealna

logaritamsk a

realna

primer realne 51

Granice u kojima treba da se nalazi amplitudska karakteristika telefonskog kanala prema ITU-T preporuci G.120; dozvoljene granice varijacije nivoa telefonskog signala tokom vremena; za druge signale, takođe postoje propisane granice u kojima treba da se nađe amplitudska karakteristika dB

10

Slabljenje

6.5

3.5

2.5 2.0 1.0 0 – 0.5 – 1.0

200

300 600 250 400

Frekvencija

2400 2900 3050 3400 Hz 2700 3000

52

Primer : ulazni signal je u1(t) = Usin ω t +U/2 sin 3ω t ako je amplitudska karakteristika takva da joj je slabljenje na 3ω 2 puta veće nego na ω, izlazni signal će biti u2(t) = U sinω t +U/4 sin 3ω t

Originalni signal

Amplitudski izobličen signal 53

Realno amplitudska karakteristika može znatno da odstupa od propisane i tada se u sistem ugrađuju amplitudski korektori

54

Fazna izobličenja

idealna

realna

55

Primer : ulazni signal je u1(t) = Usin ω t +U/2 sin 3ω t ako je fazna karakteristika takva da komponenti na 3ω pomera fazu za π, izlazni signal će biti u2(t) = U sinωt +U/2 sin (3ωt +π)

dϕ (ω ) τ (ω ) = dω Originalni signal

Fazno izobličen signal

Kritično za digitalne sisteme idealn τo(ω ) = k 56

Nelinearna izobličenja 





Potiču od toga što su mnoge komponente sistema nelinearni elementi: vodovi, diode, tranzistori, transformatori, ... Menjaju oblik signala pri prenosu; u spektru signala se pojavljuju komponente koje nisu samo translirane komponente ulaznog signala Dele se na:  

Harmonijska izobličenja Intermodulaciona izobličenja

57

Harmonijska izobličenja 





Ako je f-ja prenosa takva da je izlazni signal u2(t)=a0+a1u1(t)+a2u12(t)+a3u13(t)+... za u1(t)=U1cosω t, izlazni signal će biti u2(t)=U1–0+U1–ω cosω t+U1–2ω cos2ω +U1–3ω cos 3ω t +... Pored neizobličenog signala na ω, javljaju se i komponente na 2ω, 3ω,... → harmonici Mera za harmonijska izobličenja je faktor distorzije ρ = ρ 22 + ρ 32 + ... gde je:

ρ2 =

U 2ω 100%, Uω

ρ=

U3ω 100%,... Uω

58

Intermodulaciona izobličenja (1) sistema dolazi Nastaju kada na ulaz nelinearnog 





složenoperiodičan signal Na izlazu se, pored harmonika učestanosti ulaznog signala, javljaju i komponente čije su učestanosti zbirovi i razlike učestanosti ulaznog signala i komponente čije su frekvencije zbirovi i razlike harmonika i frekvencija ulaznog signala U izlaznom signalu se javljaju:  

Neizobličeni izlazni signal Harmonici svih učestanosti ulaznog signala



Intermodulacioni produkti prvog reda f1±f2



Intermodulacioni produkti viših redova 2f1 ± f2, 2f2 ± f1, ... 59

Int ermodulaciona izobličenja (2) Spektar ulaznog signala čiji je oblik: u1(t)=Ucos ω 1t+Ucosω 2t Spektar izlaznog signala kada je karakteristika izlaz ulaz polinom trećeg reda U1(jf)

U2(jf)

f1-f2

2f2-f1

2f1-f2 f1

f1

f2

f1+f2

2f2+f1

2f1+f2 3f1 3f2

60

Primer: Spektar ulaznog signala je u opsegu od f1 do f2 (širina B) Najkritičnija je situacija sa intermodulacionim produktima trećeg reda jer se nalaze u opsegu učestanosti u kome je i koristan signal i ne mogu da se eliminišu filtrom

61

Izobličenja u digitalnom prenosu uzročnici: karakteristike sistema, regeneratora, sinhronizacija, postojanje histerezisa između dva stanja Neizobliče n digitalni signal

Izobličen digitalni signal

62

Uticaj širine propusnog opsega: uži propusni opseg → izobličenja veća Primer : propusni opseg sistema je ograničen na 3f0

63

Intersimbolska interferencija min širina propusnog opsega da ne dođe do ISI je Bmin=fT/2 (prvi Nikvistov kriterijum) pošto amplitudska karakteristika sistema nije idealna, praktično potrebna širina propusnog opsega je B=0.8 fT

64

BER – Bit Error Rate 

ITU-T preporuke      



govor 10-6 teleks 10-4 videotelefon od 10-6 do 10-7 podaci od 10-7 do 10-8 faks od 10-5 do 10-6 elektronska pošta od 10-5 do 10-6

Primer : kod prenosa govora brzinom (bit rate, bitska brzina ili binarni protok) od 64 kb/s, na milion primljenih bita dozvoljeno je da jedan bude primljen pogrešno

65

Šumovi

ŠUMOVI 

Šumovi su neželjeni signali koji prekrivaju i maskiraju signal koji nosi informaciju         

Šumovi ambijenta Šumovi usled varničenja u električnim sistemima Kosmički šumovi Šumovi izvora za napajanje Šumovi kvantizacije Intermodulacioni šumovi Termički šumovi Šumovi poluprovodničkih komponenti Šumovi preslušavanja

67

Uticaj šumova

68

Termički šum (1)  



Uvek prisutan, sem na temperaturi apsolutne nule Beli šum – karakteriše uniformna raspodela spektralne gustine snage (za frekvencije ispod1000 GHz) Gausov šum – statistička raspodela trenutnih amplituda je normalna, sa srednjom vrednošću nula i varijansom koja je jednaka snazi PNth PNth = kTB gde je: k =1.38 x 10 – 23 (W sec/K) Bolcmanova konstanta T ( K) je apsolutna temperatura provodnika B =fv - fn ( Hz) - frekvencijski opseg sistema

69

Termički šum (2) ~

Otpornik kao generator šuma Ekvivalentno kolo



Napon šuma otpornika

Efektivna vrednost napona termičkog šuma

UN2 = 4kTBR (V) gde su: k =1.38 x 10– 23 (W sec/K) Bolcmanova konstanta T ( K) je apsolutna temperatura provodnika B =fv - fn ( Hz) - frekvencijski opseg sistema R ( Ω ) - otpornost provodnika 70





Šumovi poluprovodničkih komponenti Poluprovodničke komponente (diode, tranzistori, FET-ovi, MOSFET-ovi, integrisana kola, ...) generišu šumove Osnovni uzrok: broj slobodnih nosilaca stalno varira pri konstantnim uslovima što je posledica statističkih pojava generisanja i rekombinacije slobodnih nosilaca; kvadrat efektivne struje šuma je

IN2=2eIB





gde je e=1.6 x10-19 (C) – elementarni kvant elektriciteta, I (A) – jednosmerna komponenta struje kroz poluprovodnički element, B=fv – fn (Hz) – frekvencijski opseg sistema Na nižim frekvencijama javlja se dodatni šum koji je posledica površinskih pojava poluprovodnika; raste sa opadanjem frekvencije Na višim frekvencijama javlja se šum prouzrokovan inertnošću difuzije slobodnih nosilaca; raste sa porastom frekvencije 71

Šumovi preslušavanja 





Preslušavanje je neželjeni međusobni uticaj između signala koji se prenose kroz susedne kanale Preslušavanje može biti razumljivo i nerazumljivo (manifestuje se kao šum preslušavanja) Šumovi preslušavanja potiču od:  Prelaženja signala iz jednog voda u drugi susedni preko međusobnih induktivnosti i kapacitivnosti  Neidealnih karakteristika filtara koji bi trebalo da izdvoje samo opseg jednog frekvencijskog kanala, ali se u izdvojenom delu pojave i delovi spektra iz susednih kanala  Preklapanja impulsa sa delovima impulsa iz susednih kanala

72

Merenje šumova 





Merenje se vrši električnim instrumentima: ampermetar, voltmetar, vatmetar U merenje se uključuju subjektivne osobine čovečijeg uha koje ima različitu osetljivost za različite frekvencije tako što se signal prvo propušta kroz psofometrijski filtar koji imitira osetljivost čovečijeg uha Jedinica dBmp (decibel po milivatu, psofometarski)

ΦΝ

ΦΝ

Psofometrijski filtar 0.3

3.4

Beli termički šum

f (kHz)

0.3

3.4

f (kHz)

Težinski termički šum

ΦN – spektralna gustina snage šuma 73

Psofometarske težinske krive broadcasting

govor

74

Odnos signal/šum 

Odnos srednje snage signala i srednje snage šuma PS SNR = 10 log PN    



(dB )

Za telefoniju: SNR ≥ 50 dB Za muziku: SNR ≥ 47 dB Za televiziju: SNR ≥ 52 dB Ne bismo uopšte primetili šum kada bi u tlf. prenosu bio SNR =65 dB, ali bi to bio prevelik zahtev za TK sistem

Šenon – max kapacitet digitalnog kanala je

C = B log2 (1 − SNR ) (b / s ) 75

Faktor šuma 

Faktor šuma je mera koja pokazuje koliki je doprinos pojedinih delova telekomunikacionog sistema ili njegovih pojedinih delova odnosu signal/šum SNR1 = F 10 log SNR2



 

(dB)

SNR1 je odnos signal/šum na ulazu, a SNR2 je odnos signal/šum na izlazu Za realan sistem F>0 Vrednost F je mera kvaliteta prijemnika 76