OSNOVI TELEKOMUNIKACIONIH SISTEMA

Παρουσίαση με θέμα: "OSNOVI TELEKOMUNIKACIONIH SISTEMA"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 OSNOVI TELEKOMUNIKACIONIH SISTEMA
Dr Vesna Radonjić, docent kab. 229

2 Sadržaj kursa Uvod u telekomunikacije
Karakteristike signala u telekomunikacionim sistemima Karakteristike signala realnih poruka Medijumi za prenos Telekomunikacione i računarske mreže Bežični komunikacioni sistemi Satelitski sistemi prenosa TK sistemi i njihove primene za potrebe u logistici

3 Karakteristike signala u telekomunikacionim sistemima
Karakteristike kontinualnih i diskretnih poruka Karakteristike analognog i digitalnog prenosa Analiza signala Analiza determinističkih signala Furijeove transformacije Spektri signala

4 Karakteristike signala realnih poruka
Karakteristike govornog signala Koja je potrebna širina spektra za prenos govornog signala? Kako se određuje dinamika govornog signala? Šta se podrazumeva pod kvalitetom prenosa govora i šta sve utiče na kvalitet prenosa govora? Karakteristike muzičkog, video, TV signala... Karakteristike prenosa podataka Karakteristike komunikacionog kanala Propusni opseg kanala, Izobličenja, Kapacitet, Vrsta medijuma za prenos.

5 Medijumi za prenos Podela EM spektra
Radio talasi (RF-radio frequency), Infracrveni opseg (IR-infrared), Vidljivi deo spektra (lightwave). Koji su kriterijumi za izbor medijuma? Vazdušni vodovi Simetrični kablovi Koaksijalni kablovi Optička vlakna Bežični prenos Antene Osnovni načini prostiranja radio talasa

6 Telekomunikacione i računarske mreže
Pojam i svrha telekomunikacione mreže Princip formiranja mreže Komponente i struktura mreže Topologije mreža Karakteristike različitih tipova mreža (komutirane / nekomutirane, lokalne / gradske / regionalne, telefonske mreže / mreže za prenos podataka / radiodifuzne / kablovske TV mreže / mreže sa integrisanim servisima...

7 Bežični komunikacioni sistemi
Primene pojedinih RF opsega Mobilne komunikacije: 1G, 2G, 2.5G, 3G, 3.5G, 4G Bežične lokalne mreže: WLAN, WiFi, WiMAX Topologije bežičnih računarskih mreža Standardi za bežiče računarske mreže Bežične komunikacije za kratke domete: Bluetooth, Ultrawideband, Zigbee, RFID

8 Satelitski sistemi prenosa
Radio-navigacioni sistemi (zemaljski i satelitski) Мobilni satelitski komunikacioni sistemi Vrste orbita Sinhroni i stacionarni sateliti GEO, MEO, LEO GPS, DGPS

9 Predispitne i ispitne obaveze
Br. poena Prisustvo, aktivnost na času 5 Seminarski rad 15 I kolokvijum 40 II kolokvijum Ukupan broj poena 100 Klasičan ispit: pismeni, usmeni

10 Uvod u telekomunikacije
Pojam i značaj telekomunikacija Istorijat razvoja telekomunikacija Telekomunikacione mreže i saobraćaj Opšti model telekomunikacionog sistema Informacija – poruka – signal Klasifikacija poruka i signala Jedinice koje se koriste pri prenosu signala

11 Pojam i značaj telekomunikacija
Reč telekomunikacije se sastoji iz grčke reči „tele" koja znači daleko i latinske reči "communication" koja znači saopštavanje. Telekomunikacije se bave prenošenjem poruka na daljinu radi ostvarivanja komunikacije. Rani oblici telekomunikacija su podrazumevali korišćenje dimnih signala, bubnjeva, zastava i fiksnih sistema za vizuelnu telegrafiju (semafora). Termin telekomunikacije danas podrazumeva prenošenje poruka (u vidu signala) korišćenjem različitih elektronskih uređaja. XIX vek predstavlja prekretnicu u razvoju savremenih telekomunikacija. Tada se otpočelo sa intenzivnim istraživanjima elektromagnetnih fenomena, što je ubrzo dovelo do otkrića električnog telegrafa, telefona, radija, TV i dr.. Telegraf i telefon se smatraju prvim savremenim telekomunikacionim sredstvima. Prvi komercijalni električni telegraf je počeo sa radom godine. Tradicionalni telefon je patentirao Alexander Graham Bell 1876 godine, a prvi komercijalni telefonski servis je uspostavljen 1878 godine.

12 Pojam i značaj telekomunikacija
Radio, televizija, mobilna telefonija i Internet su u današnje vreme najrasprostranjenija sredstva za telekomunikacijе. Radio i televizija su telekomunikacioni mediji, koji se uglavnom koriste u komercijalne svrhe. Kao i Internet i ovi mediji predstavljaju sredstva masovne komunikacije. Mnoge zemlje u svetu su značajno razvile svoje ekonomije zahvaljujući masovnoj upotrebi mobilnih komunikacija i relativno jeftinoj mobilnoj tehnologiji. Prva komercijalna mreža mobilne telefonije je otpočela sa radom u Japanu godine. Internet je nastao godine, kada je formiran Arpanet - prva četvoronodna mreža. Internet je dramatično uticao na razvoj ostalih sredstava komunikacije, pre svega na radio i televiziju, ali i na štampane medije. Od trenutka pojave prve PBX centrale tehnologija se razvija sve brže, na šta je, takođe, uticao Internet. Telekomunikacije predstavljaju značajan deo moderne ekonomije. Prihod telekomunikacionih kompanija u godini kod nas je procenjen na oko 5% ukupnog bruto proizvoda. Prema podacima International Telecommunication Union (vodeće agencije za infomacione i komunikacione tehnolohije, pri UN-u) za godinu, 86,7% ljudi u svetu su korisnici mobilne telefonije, a 34,7% su Internet korisnici.

13 Pojam i značaj telekomunikacija
Telekomunikacije se ubrajaju u infrastrukturne privredne grane i ulaganja u telekomunikacionu i informacionu infrastrukturu jedan su od glavnih pokretača ekonomskog napretka neke zemlje. Za privredu, informaciono-komunikacione tehnologije su sredstvo za modernizaciju i poboljšanje konkurentnosti, a za građane predstavljaju sredstvo za bolji pristup informacijama i poboljšanje kvaliteta života. Za društvo, one pružaju nove metode komunikacije i socijalnog dijaloga, doprinose smanjenju socijalnih i geografskih diskriminacija. Brz razvoj telekomunikacija i informaciono-komunikacionih tehnologija, u savremenom svetu koji je već ušao u eru digitalne podele, ima strateški karakter i višestruki značaj na ekonomskom, socijalnom i informativnom planu.

14 Istorijat telekomunikacija
1832.g. Samuel Morse je izumeo žični telegraf. Morse je demonstrirao prenos telegrafskog signala upredenom paricom od Vašingtona do Baltimora – to se smatra danom početka (nastanka) telekomunikacija. 1866. pušten je u rad prvi transatlanski podmorski telegrafski kabl što je omogućilo interkontinentalni telegrafski saobraćaj između Amerike i Evrope;

15 Istorijat telekomunikacija
1876. Alexander Graham Bell je patentirao telefon. 1878. Bel je demonstrirao telefon kao sredstvo za prenos govora na daljinu električnim putem (početak telefonije), 1890. počinje realizacija telefonskih mreža u čijem su središtu manuelne telefonske centrale. Ubrzo se javljaju i automatske elektromehaničke centrale.

16 Istorijat telekomunikacija
1864 – J.C.Maxwell objavljuje teoriju elektromagnetnih talasa i predvideo postojanje radio talasa (period )

17 Istorijat telekomunikacija
1895. G. Marconi uspešno obavlja eksperiment slanja radio talasa na rastojanje od 2km, na trasi bez optičke vidljivosti 1896. Marconi je patentirao bežični telegrafski sistem uspevši da ostvari radio vezu dugu 1000km.

18 Istorijat telekomunikacija
1896 Nikola Tesla patentira princip radio prenosa (u periodu do godine patentira seriju pronalazaka koji čine osnovu savremene radio tehnike ) Vrhovni sud USA je 1943 poništio Marconijevo pravo na radio.

19 Istorijat telekomunikacija
1918. Armstrong razvio super-heterodinski radio prijemnik 1927.g. Prvi HF transatlanski telefonski link (London-NY) 1927. prvi prenos pokretne slike – TV prenos NY-Vašington 1931. uveden teletekst 1933 Edwin Armstrong izmislio analognu FM 1937 Alec Reeves predložio kodnu modulaciju (PCM) 1945. Arthur Clarke predlaže koncept korišćenja GEO satelita za difuziju TV signala. 1956. pušten u rad prvi prekookeanski telefonski kabl (51 regeneratorska stanica) 1960. razvoj lasera lansiran je satelit TELSTAR 1 (LEO) sa 60 telefonskih vodova, omogućio je i prvi interkontinentalni TV prenos 1964 osnovan je Intelsat, radi eksploatacije satelitskog sistema za telekomunikacije (International Telecommunication Satelite Consortium). 1965.g. Early Bird (Intelsat I ) prvi geostacionarni satelit

20 Istorijat telekomunikacija
1960-tih do 1970-tih razvoj računarskih sistema što je uslovilo potrebu za međusobnim povezivanjem računara – mreže za prenos podataka. Brzi razvoj mikroprocesora i ostalih digitalnih kola omogućio digitalnu obradu signala i transmisiju velikom brzinom. Komercijalni geostacionarni sateliti počeli da prenose digitalizovan govor. Optički kablovi upotrebljeni za prenos informaciju pomoću svetla. 1970 – tih godina: usledio je razvoj tehnika paketske komutacije, 1970.g. Optička vlakna prihvatljivog slabljenja 1973 – američki DARPA projekat- začetak razvoja Inteneta LAN(lokalne računarske mreže) u širokoj primeni. Mobilni telefonski sistemi počeli da funkcionišu. 1990-tih godina: dramatičan razvoj u oblasti telekomunikacija (nagli razvoj računarske tehnike i javnih mreža za prenos podataka, početak naglog rasta Interneta, tehnologije bežičnih lokalnih petlji

21 Istorijat telekomunikacija
1992.g. digitalni mobilni celularni sistem GSM pušten u rad 1993. početak razvoja tehnologija digitalne pretplatničke linije (DSL) 1994.g. GPS – globalni sistem za pozicioniranje pušten u civilnu upotrebu; prvi WDM optički sistemi, 1998.g. pušten u rad telekomunikacioni sistem LEO satelita IRIDIUM – već naredne godine počelo obaranje 2002 3G sistemi javne mobilne telefonije 2005 bežični širokopojasni multimedijalni sistemi WiFi, WiMAX... O istorijskom razvoju telekomunikacija može mnogo da se govori. One predstavljaju tehnološku oblast koja je imala brz i dinamičan razvoj. U tom razvoju promenile su i ime, tako da se danas u svetu mogućnosti koje obuhvataju komunikacije nazivaju elektronske komunikacije, ili jednostavno e-komunikacije, jer obuhvataju oblasti prenosa glasa, slike i podataka, odnosno klasične telefonije, podataka i radio i televizijske difuzije. Jedan od fenomena je svakako Internet. Samo pre desetak godina to je bila tehnologija o kojoj se tek diskutovalo i koja je sa sumnjom posmatrana i od strane svetskih organizacija za standardizaciju. Danas je Internet postao standard i na njemu se bazira nova tehnološka generacija.

22 Šta su telekomunikacije?
Def. ITU (International Telecommunication Union): Telekomunikacije su svako emitovanje, prenos ili prijem poruka na daljinu u vidu signala, od izvora informacija do korisnika, korišćenjem žičnih, radio, optičkih ili drugih elektromagnetnih sistema. Poruke su sve ono što se u telekomunikacijama prenosi, a informacija koja se prenosi je sadržana u poruci.

23 Informacija – poruka - signal
Informacija = osmišljeni sadržaj koji na mestu prijema treba da proizvede predviđeno dejstvo. Poruka = fizička predstava informacije koju generiše izvor informacija. Poruke su sve ono što se u telekomunikacijama prenosi. Generalno, poruke mogu biti u električnom ili neelektričnom obliku. Poruke su fizički procesi promenjivi u vremenu, koji mogu imati veliki broj različitih formi: govor, muzika, tekst, podaci, mirna slika, pokretna slika (video), multimedija. Da bi se poruke prenele kroz tk sistem neophodno ih je prethodno transformisati u odgovarajući električni ili elektromagnetni signal, odnosno transformisati ih u oblik koji je pogodan za prenos linijom veze. Prenos poruke obavlja se uspostavljanjem korespodencije između poruke i nekog od parametara signala. Signal = električni ili elektromagnetni reprezent poruke. Najveći izvor informacija i najveći korisnik informacija je čovek. Zato komuniciranje pored tehničkih aspekata uključuje i mnoge druge oblasti nauka: teoriju informacija, fiziologiju, psihologiju, sociologiju, pravo, ekonomiju, itd. Proces komuniciranja električnim putem zahteva kod izvora informacije pretvaranje fizičkih procesa koji predstavljaju poruku u električni signal, a kod korisnika informacije pretvaranje električnih signala u fizički proces, uključujući pamćenje informacije u električnom obliku i zaštitu od neovlašćenog korišćenja informacije. Električni signali, ili skraćeno samo signali, okarakterisani su naponom, strujom i snagom. To su u vremenu promenjive veličine. Promene, na primer amplitude, frekvencije ili faze signala, treba da na određeni, unapred dogovoreni način, verno predstavljaju promene izvornih fizičkih veličina koje čine informaciju (zvuk, slika, tekst, itd.) U procesu komuniciranja izvor informacija raspolaže skupom mogućih porukua. Željena poruka se bira iz tog skupa. Poseban slučaj nastupa onda kada je skup poruka konačan i tada se, po pravilu, radi o prenosu poruka kroz digitalni telekomunikacioni sistem. Ukoliko se pri tome poruka predstavlja preko skupa simbola, taj proces se naziva kodiranje. Izvor informac/ poruke pretvarač signal Prenos ka korisniku

24 Osnovni cilj telekomunikacija?
Osnovni cilj: da se što tačnije (vernije) i što brže prenese što veća količina informacija sa jednog mesta na drugo, a da pri tome poruke budu vidljive samo onome kome su namenjene. Pored toga, drugi cilj je da se korisnicima omogući što veći broj servisa. Korisnik, koji poverava svoju informaciju telekomunikacionom sistemu, očekuje da će ona biti reprodukovana bez gubitaka ili izmene sadržaja. Pored vernosti korisnik očekuje i permanentan servis, dostupan pod bilo kojim okolnostima. Osiguravanje pouzdanosti uprkos nepredvidivim i neočekivanim delimičnim prekidima je od suštinske važnosti. Vernost i permanentnost čine osnovu kvaliteta prenosa informacija, koji je najčešće u suprotnosti sa prihvatljivom cenom, pa su neophodni kompromisi.

25 Osnovni aspekti problema komuniciranja
Osnovna svrha telekomunikacija je prenos poruka na daljinu, od izvora informacija do korisnika informacija, korišćenjem različitih komunikacionih kanala i tehnologija. tačnost prenosa poruke – spada u domen tehnike (telekomunikacija), – sa kojom tačnošću mogu biti prenesene poruke smisao poruke (semantički problem) - koliko preneti simboli nose precizno sa sobom željeno značenje, i aktivnost izazvana prijemom poruke – sa kakvim uspehom primljena poruka svojim značenjem usmerava korisnika na neku željenu aktivnost. Za telekomunikacioni sistem značenje i smisao, odnosno sadržaj poruke su irelevantni !! Problem komuniciranja je interdisciplinaran problem (tehnički aspekt + psihologija, biologija, filozofija, filologija ...)

26 Načini komuniciranja – prema smeru prenosa poruka
simpleksni (simplex)- prenos se vrši samo u jednom smeru; jedna stanica je predajnik, a druga prijemnik – primer TV difuzija. polu-dupleksni (semi-duplex) – naizmeničan prenos u oba smera: obe stanice mogu vršiti predaju/prijem po istom kanalu, ali ne istovremeno, (kada je jedna predajnik druga je prijemnik i obratno) – primer walkie-talkie. dupleksni (duplex) – simulatani prenos u oba smera: obe stanice mogu istovremeno vršiti predaju koristeći posebne kanale po jedan za svaki smer prenosa – primer telefonija. Jednosmerna veza (kao u slučaju radio difuzije zvuka) naziva se simpleks (simplex), a dvosmerna (kao u mobilnoj telefoniji) dupleks (duplex). U slučaju korišćenja određenih radio-komunikacionih uređaja (milicija, taksi službe) veza je dvosmerna, ali se u istom trenutku može obavljati samo u jednom smeru (dok govori, taksista ne može da čuje dispečera, i obrnuto). Ovakva veza se naziva polu-dupleks (semi-duplex). Par (dva) kanala između krajnjih tačaka koji se koriste za dvosmerni prenos naziva se kolo (circuit).

27 Načini komuniciranja – prema načinu povezivanja korisnika
Difuzno emitovanje (broadcast) - samo jedna strana može da predaje informacije dok ostali učesnici primaju (jednosmerni prenos signala od pošiljaoca ka svim primaocima) Tačka – tačka (point to point) – bilo koja dva učesnika mogu međusobno da komuniciraju nezavisno od drugih učesnika. Tačka – više tačaka (point – to –multipoint) konferencijsko emitovanje, svaki od učesnika može da šalje informaciju, a svi ostali primaju (prenos se vrši od pošiljaoca u pravcu više primaoca i od svakog primaoca ka pošiljaocu).

28 Opšti model telekomunikacionog sistema
Izvor informacija generiše poruke (govor, tekst, podaci, muzika, slika) koje treba preneti do korisnika informacije. Predajnik ima zadatak da izabranu poruku pretvori u signal podesan za prenos po liniji veze (primer mikrofon u telefoniji koji vrši konverziju promenljivog zvučnog pritiska u električnu struju). Linija veze predstavlja sredinu kroz koju se signal prenosi od predajnika do prijemnika (fizički vod ili slobodan prostor kroz koji se prostiru radio talasi, snop svetlosti). To može biti jednostavna linija veze ili kompleksna mreža koja spaja izvor i odredište. To je deo sistema u kome se javljaju osnovne teškoće u prenosu poruka – slabljenje, izobličenja, šumovi, interferencija. Prijemnik obavlja inverznu operaciju predajniku – pretvara primljeni električni signal u oblik pogodan za prijem. Korisnik predstavlja osobu kome je poruka namenjena.

29 Jedinice koje se koriste pri prenosu signala - Decibel i Neper

30 Decibel i Neper Decibel – logaritamska jedinica koja se koristi da izrazi relativni odnos dve istorodne veličine Koriste se za izražavanje pojačanja G (slabljenja L) sistema i nivoa signala (apsolutnih i relativnih) gde je: N[dB] – razlika nivoa snaga signala u decibelima, P1 - snaga signala na ulazu sistema, P2 - snaga signala na izlazu sistema, primeri: P2=P1 10 log (P2/P1) = 10 log 1 = 0 dB. P2=2P1 10 log (P2/P1) = 10 log 2 = 3 dB. P2=3P1 10 log (P2/P1) = 10 log 3 ~4.7 dB. P2=10P1 10 log (P2/P1)= 10 log 10 = 10 dB. P2=10nP1 10 log (P2/P1) = 10 log 10n = n X 10 dB sistem P1 P2

31 Decibel i Neper sistem P1 P2 Ako je N>0 (P2>P1) tada se N naziva pojačanje (G), a ako je N<0 tada se to naziva slabljenje sistema (L). (Slabljenje je negativno pojačanje) Slabljenje (L) se uobičajeno definiše kao odnos snage signala na ulazu (P1) i izlazu (P2) iz sistema i tada je njegova vrednost pozitivna (L>0). Na primer, ukoliko treba preneti signal snage 10mW i ako je posle određenog rastojanja snaga tog signala 5mW, njegovo slabljenje može se izrazitina sledeći način: Uočimo da je decibel mera relativne (a ne apsolutne) razlike. Smanjenje snage sa 1000W na 500W takođe je gubitak od -3dB. Decibel se isto tako koristi za merenje razlike u naponu. Uzimajući da je snaga proporcionalna kvadratu napona: Decibel je pogodan za određivanje sveukupne razlike snage u sistemu prenosa,koji se sastoji od linija na kojima dolazi do opadanja snage signala (slabljenja) i pojačavača koji se postavljaju da bi taj gubitak nadoknadili. Vrednost u decibelima odnosi se na relativnu veličinu ili promene u veličini, ne na apsolutni nivo.

32 Relativni nivoi signala

33 Apsolutni nivoi signala
Apsolutni nivo, takođe, predstavlja logaritamsku vrednost odnosa dve električne veličine, ali je taj odnos dat kao količnik posmatrane električne veličine (U, I, P) u nekoj tački sistema prema referentnoj respektivnoj električnoj veličini (U0, I0, P0). Za određivanje referentnih električnih veličina služi model električnog telefonskog kola prikazanog na slici koje predstavlja mikrofon, kao naponski generator, napona Ug =1.55 V, sa unutrašnjom otpornošću Rg =600Ω, dok otpor potrošača Rp =600Ω odgovara ulaznoj otpornosti vazdušnog voda. Napon na potrošaču je U0=0.755V. Struja kroz potrošač iznosi I0=1.29 mA. U tom kolu snaga koju mikrofon predaje potrošaču, odnosno liniji veze, iznosi P0=1mW. U odnosu na ove veličine dešinišu se apsolutni nivoi signala. Nekada je potrebno osloniti se na apsolutni nivo snage ili napona u decibelima. U upotrebi je nekoliko izvedenih jedinica: U mikrotalasnim aplikacijama koristi se jedinica dBW (decibel u odnosu na vat). Vrednost od 1W izabrana je kao referentna i označava 0 dBW. Apsolutni nivo snage u decibelima definiše se kao: Na primer, snaga od 1000W može se predstaviti kao 30dBW, a snaga od 1mW kao -30dBW. U video aplikacijama koristi se jedinica dBmV (decibel u odnosu na milivolt). Vrednost od 1mV izabrana je kao referentna i označava nivo napona od 0 dBmV. Apsolutna vrednost napona u decibelima definisana je kao Model kola za definisanje apsolutnog nivoa

34 Apsolutni nivoi signala
:

35 Apsolutni nivoi signala
U nekim telekomunikacionim sistemima se uzimaju i drugačije referentne električne veličine. Tako se u radiokomunikacionim sistemima nivo snage često izražava i u odnosu na referentni predajnik snage 1kW, tj kao dok se apsolutni nivo električnog polja definiše uobičajeno u odnosu na vrednost od 1μV, kao: U televizijskoj tehnici se apsolutni nivo napona definiše kao

36 Relacija između relativnih i apsolutnih nivoa signala
Relativni nivo signala između dveju tačaka jednak je razlici apsolutnih nivoa u tim tačkama

37 Sabiranje nivoa signala
Dijagram promene nivoa signala na liniji veze Izlazni apsolutni nivo signala n2 se dobija kao algebarski zbir ulaznog nivoa, slabljenja na trasi (A) i ukupnog pojačanja pojačavača (G) : Relativni nivo signala je je nr2= -8 dBr, što znači da je signal, pri prenosu oslabio za 8 dB. Isto se dobija i kao razlika apsulutnih nivoa: