ΗΜΥ 007 – Τεχνολογία Πληροφορίας Διάλεξη 9 ΗΜΥ 007 – Τεχνολογία Πληροφορίας Διάλεξη 9 Σύστημα Τηλεφώνου TΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ

Περίληψη Θέματα για σήμερα Ομάδες για την μελέτη Οδηγίες για την ομαδική μελέτη Βασικά στοιχεία και τύποι συστήματος αναλογικό, ψηφιακό ενσύρματο και ασύρματο

Υλικό Αναφοράς Cyganski, D., Orr, A. O., and Vaz, R. F., Information Technology Inside and Outside, Prentice Hall, 2001, Κεφ. 13, σελίδες 180 -190 How Telephones Work http://electronics.howstuffworks.com/phone.htm How Cordless Telephones Work http://electronics.howstuffworks.com/cordless-telephone.htm

Σύστημα Τηλεφώνου Το αρχικό σύστημα ήτανε εξολοκλήρου αναλογικό Η τεχνολογία τώρα άλλαξε σε ψηφιακή Ο άνθρωπος είναι αναλογικό σύστημα => η συσκευή τηλεφώνου θα έχει πάντα αναλογικά στοιχεία το μικρόφωνο στο οποίο μιλούμε ο δέκτης του τηλεφώνου από όπου ακούμε την φωνή του ατόμου με το οποίο μιλούμε

Σύστημα Μετάδοσης Τηλεφώνου Βασικά μέρη Τηλεφωνικές συσκευές σε κτίρια έχουν πομπό και δέκτη Τα συστήματα μεταγωγής είναι στα κεντρικά γραφεία Διαφόρων ειδών μεταδοτικά μέσα (σύρματα υπόγεια και εναέρια, οπτικές ίνες) Παροχέας συνδέσεων μεγάλης απόστασης Οπτικές Ίνες Παροχέας Συνδέσεων Μεγάλων Αποστάσεων Κεντρικό Γραφείο Υπόγειο Σύρμα

Σύστημα Τηλεφώνου Βασικά μέρη: Πομπός (μικρόφωνο) – μετατρέπει την φωνή σε ηλεκτρική ενέργεια και την στέλλει για μετάδοση Μέσο μετάδοσης – μεταφέρει την ηλεκτρική ενέργεια από ένα μέρος σε άλλο (π.χ. σύρμα) Δέκτης – λαμβάνει την ηλεκτρική ενέργεια και την μετατρέπει σε ήχο Σύστημα μεταγωγής (switching system) – ενώνει ένα συγκεκριμένο πομπό σε ένα συγκεκριμένο δέκτη (και αντιστρόφως) Σύστημα σηματοδότησης (signaling system) – ελέγχει και ρυθμίζει τα στοιχεία μεταγωγής για κάθε τηλεφωνική σύνδεση

Το τηλέφωνο Πολύ απλή τεχνολογία Ένα switch που συνδέει και αποσυνδέει το τηλέφωνο από το δίκτυο Ή σύνδεση γίνεται όταν «σηκώνουμε το ακουστικό» του τηλεφώνου Επιλογή και μετάδοση αριθμού με παλμούς ηλεκτρικού ρεύματος (“dial pulse”) Το μεγάφωνο (speaker) που είναι ο δέκτης του τηλεφώνου Το μικρόφωνο (microphone) που είναι ο πομπός

Το τηλέφωνο Πηνίο γα ταυτόχρονη διπλή κατεύθυνση (Duplex coil) Για να μην ακούμε την δική μας φωνή όταν μιλάμε στο μικρόφωνο Πληκτρολόγιο για την δημιουργία τόνων Κάθε αριθμός έχει ένα μοναδικό τόνο Επιλογή και μετάδοση αριθμού με ηχητικά σήματα – τόνους διαφορετικών συχνοτήτων (“touch tone”) Κουδούνι που κτυπά όταν το τηλέφωνο καλείται

Δέκτης Τηλεφώνου πηνίο μεμβράνη μαγνήτης Απλό αναλογικό σύστημα Όταν ηλεκτρικό ρεύμα περνά από το πηνίο τότε δημιουργείτε ένα μαγνητικό πεδίο που αλληλεπιδρά με το μαγνήτη και προκαλεί την μεμβράνη να κουνηθεί με την ίδια συχνότητα όπως το ρεύμα Η κίνηση της μεμβράνης κουνά αέρα προκαλώντας την δημιουργία ηχητικών κυμάτων που μπορούμε να ακούσουμε

Μικρόφωνο Αναλογικό σύστημα Αλλάζει τα ηχητικά κύματα από την φωνή σε ηλεκτρικά σήματα Δουλεύει όπως το μεγάφωνο αλλά αντίστροφα. Όταν ηχητικά κύματα κουνούν την μεμβράνη τότε δημιουργείτε μικρό ηλεκτρικό ρεύμα λόγω της κίνησης του πηνίου μέσα στο μαγνήτη (ηλεκτρομαγνήτης) Στο παρελθόν, το μικρόφωνο περιείχε απλώς κόκκους άνθρακα συμπιεσμένους μεταξύ δύο λεπτών μεταλλικών πλακών Η κίνηση της μεμβράνης λόγω των ηχητικών κυμάτων συμπιέζει και αποσυμπιέζει τους κόκκους αλλάζοντας έτσι την ηλεκτρική αντίσταση των κόκκων και κατά συνέπεια το ηλεκτρικό ρεύμα που περνά από το μικρόφωνο

Σύστημα μετάδοσης Η βασική αρχή είναι πολύ απλή Χρησιμοποιεί δύο καλώδια Το κοινό καλώδιο που απλά ενώνει ένα πομπό με ένα δέκτη Το καλώδιο που κλείνει το κύκλωμα και τροφοδοτεί το τηλέφωνο με ηλεκτρικό ρεύμα Το μικρόφωνο αλλάζει την ποσότητα αυτού του ηλεκτρικού ρεύματος ανάλογα με τα ηχητικά κύματα

Σύστημα Μεταγωγής 1895 Σήμερα Χειροκίνητα Κέντρα: Όταν κάποιος καλούσε ένα αριθμό άναβε μία λάμπα στο “switch board” Η τηλεφωνήτρια σύνδεε τον καλόντα με τον καλούμενο τοποθετώντας το κατάλληλο βύσματα καλωδίου στην κατάλληλη υποδοχή Αυτόματα Κέντρα μεταγωγής: αντικατάσταση χειροκίνητων κέντρων με ηλεκτρονικούς υπολογιστές Επιλογή και μετάδοση αριθμού με παλμούς ηλεκτρικού ρεύματος (“dial pulse”) Επιλογή και μετάδοση αριθμού με ηχητικά σήματα – τόνους διαφορετικών συχνοτήτων (“touch tone”) 1895 Σήμερα

Ψηφιακό σύστημα τηλεφώνου Σύστημα D/A A/D Υπάρχει συνδυασμός αναλογικών και ψηφιακών σημάτων καθώς και συνδυασμός αναλογικής και ψηφιακής τεχνολογίας Το σήμα είναι αναλογικό από την συσκευή τηλεφώνου μέχρι το πρώτο γραφείο μεταγωγής τηλεφώνου Μετατροπή αναλογικού ηλεκτρικού σήματος σε ψηφιακό σήμα Δειγματοληψία με συχνότητα 8 KHz => 8.000 δείγματα / sec Κβαντισμός με 256 επίπεδα => 8 bits / δείγμα Ρυθμός δυαδικού ψηφίου (bit rate) = 8.000 δείγματα x 8 bits/ δείγμα = 64.000 bits / sec Μετατροπή ψηφιακού σήματος σε αναλογικό Η τεχνολογία εξελίσσεται => ψηφιακά τηλέφωνα οι μετατροπές A/D και D/A γίνονται μέσα στην τηλεφωνική συσκευή

Σύστημα φορέα Τ1 (carrier) Ήταν το πρώτο επιτυχές σύστημα για μεταφορά ψηφιακής φωνής (digitized voice transmission) Δημιουργήθηκε μέσα στην δεκαετία του 1960 από το Bell System των Ηνωμένων Πολιτειών Χρησιμοποιείται ακόμα για τις συνδέσεις των παροχέων υπηρεσιών διαδικτύου (internet service providers) στο διαδύκτιο Μεταφέρει ταυτοχρόνως 24 ψηφιακά κανάλια τηλεφώνου με ρυθμό δυαδικών ψηφίων (bit rate) = 1,544 Mbits /sec Τo κάθε κανάλι είναι κωδικοποιημένο με 64.000 bits / sec => 24 x 64.000 bits / sec = 1,536 x 106 bits / sec + 8 επιπλέον bits για συγχρονισμό

Ασύρματο τηλέφωνο Λειτουργεί όπως το κανονικό τηλέφωνο αλλά δίνει την δυνατότητα χρήσης καθώς ο χρήστης κινείσαι μέσα στο σπίτι του Είναι συνδυασμός τηλεφώνου με πομπό και δέκτη ασύρματης επικοινωνίας Η βάση του τηλεφώνου είναι ενωμένη στην κανονική γραμμή τηλεφώνου και λειτουργεί σαν ένα κανονικό. Η βάση λαμβάνει το εισερχόμενο ηλεκτρικό σήμα (μιας κλήσης) από την γραμμή τηλεφώνου και το μετατρέπει σε σήμα ασύρματης επικοινωνίας FM το οποίο εκπέμπει. Το ακουστικό (με τον επιλογέα) λαμβάνει το FM σήμα από την βάση και το μετατρέπει σε ηλεκτρικό σήμα το οποίο στέλλει στο δέκτη (μεγάφωνο) όπου μετατρέπετε σε ήχο. Όταν μιλάς στο ακουστικό γίνεται η αντίστροφη μετατροπή Ήχος -> ηλεκτρικό σήμα -> FM σήμα Η βάση λαμβάνει το FM σήμα από το ακουστικό και το μετατρέπει για να το στείλει στον καλόντα FM σήμα -> ηλεκτρικό σήμα

Ασύρματο τηλέφωνο Αμφίδρομη (duplex) επικοινωνία Μπορείς να μιλάς και να ακούς ταυτόχρονα Η βάση και το ακουστικό του ασύρματου τηλεφώνου χρησιμοποιούν δύο συχνότητες για τα δύο ξεχωριστά FM σήματα

Ασύρματο τηλέφωνο Τα FM σήματα εκπέμπονται στον αέρα Οποιοσδήποτε μπορεί να ακούσει την συνομιλία με ένα ανιχνευτή ραδιοσυχνοτήτων

Ραδιοσυχνότητες Τα ραδιοκύματα είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα που εκπέμπονται και λαμβάνονται από αντένες Τα ραδιοκύματα έχουν διαφορετικές συχνότητες Ένας δέκτης ή πομπός ασύρματης επικοινωνίας μπορεί να συντονιστεί σε μία συχνότητα και να λάβει το κύμα (σήμα) Η ασύρματη τηλεφωνία χρησιμοποιεί συχνότητες 40 – 50 MHz 900 MHz

Ασύρματο τηλέφωνο Πρώτο ασύρματο τηλέφωνο το 1980 και λειτουργούσε σε συχνότητα 27 MHz Περιορισμένο σε περιοχή λήψης Η ποιότητα του ήχου δεν ήτανε καλή Η συνομιλία δεν ήτανε πολύ ασφαλισμένη Το 1986 το Federal Communications Commission (FCC) έδωσε νέες συχνότητες 47-49 MHz Το 1994 τα πρώτα ψηφιακά ασύρματα τηλέφωνα με συχνότητα 900 MHz Το 1995 χρησιμοποιείτε η τεχνολογία digital spread spectrum (DDS) για κρυπτογράφηση του ψηφιακού σήματος έτσι ώστε να εμποδίζεται το κρυφάκουσμα συνομιλιών

Στην συνέχεια … Σύστημα Τηλεφώνου Βασικά στοιχεία και τύποι συστήματος κινητό και δορυφορικό