Stredná priemyselná škola, Ulica Fraňa Kráľa 20, Telekomunikácie

Transcript

1 Stredná priemyselná škola, Ulica Fraňa Kráľa 20, Nitra Telekomunikácie 1

2 STREDNÁ PRIEMYSELNÁ ŠKOLA ŠKOLA NITRA ul. Fraňa.Kráľa KOMPLEXNÁ ODBORNÁ PRÁCA Odbor: 2675 M elektrotechnika Šk. rok: 2014/2015 Trieda: 4.B Konzultant: Ing. Soňa Szalaiová V ypracoval: Patrik Hamar 2

3 Stredná priemyselná škola škola v Nitre,ul.Fraňa Kráľa Patrik Hamar, IV.B Komplex ná odborná práca: Digitalizovaná učebnica predmetu Telekomunikácie pre 3.ročník Zadanie: Spracujte obsah učiva predmetu Telekomunikácie pre 3,ročník do elektronickej podoby. Dodržujte odbornú terminológiu a obsahovú správnosť učiva. Ku každej kapitole vytvorte pracovný list. Vytvorte aspoň 2 prezentácie a 1 video. Technické parametre: Učebný text odovzdajte spracovan ý na CD alebo DVD nosiči a jeden krát vtlačenej forme. Riešenie musí obsahovať: - učebný tex t a obrázky v tlačenej forme. -digitalizovaný tex t spracovan ý prostredníctvom softvéru Office verzie schém y spracované prostredníctv om softvéru Eagle alebo Microcap. - obrázky vkladané pomocou skenovania. - video prípadne videá,zoznam literárn ych alebo elektronick ých zdrojov. Konzultant: Ing. Soňa Szalaiová Vedúci práce: In g. Soňa Szalaiová Termín odovzdania: V Nitre, In g. Jozef Gerhát riaditeľškoly 3

4 Poďakovanie Dovoľujem si poďakovať Ing. Soni Szalaiovej za odborné konzultácie a za poskytnutie literatúry a materiálu potrebného na zhotovenie tejto komplexnej odbornej práce. 4

5 Čestné prehlásenie Dolu podpísaný Patrik Hamar čestne prehlasujem, že prácu som zhotovil samostatne a s použitím odbornej literatúry, ktorá je uvedená v tejto práci. 5

6 Obsah Význam, rozdelenie a vývoj telekomunikačných zariadení... 8 Konštrukčné prvky... 9 Prenos zvuku Telefónny prístroj Slúchadlo Tlačidlová číselnica Spojovacie systémy Ústredňa S Digitálne spojovacie pole Pobočková telefónna ústredňa Elektromagnetické vlnenie Antény Parametre antény Modulácia Amplitúdová modulácia - AM Frekvenčná modulácia Fázová modulácia - PM Nespojité modulácie PCM modulácia Telekomunikačná sieť Signalizačné systémy Služby v ISDN Transportné služby Telefónia IP Oznamovacie vedenia Metalické vedenia Optické vedenie vlákna Použitie vlákien Vrstvy OSI Družicové spoje

7 Úvod Telekomunikácie patria k najrýchlejšie sa rozvíjajúcim odvetviam v súčasnom svete. Mnohí z nás by si život bez moderných technológií nevedeli ani predstaviť. Stali sa neodmysliteľnou súčasťou každodenného života. Telekomunikácie je odvetvie oznamovacej techniky, ktoré vytvára teoretické a praktické systémové podmienky na realizáciu verejných komunikačných sietí na prenos informácií medzi skupinami alebo dvojicami účastníkov obidvoma smermi dialógovým spôsobom. Úlohou mojej práce je snaha vytvoriť na predmet telekomunikácie elektronickú učebnicu pre 3.ročník študijného odboru elektrotechnika na stredných priemyselných školách elektrotechnických. Témou práce sú telekomunikácie ktoré ma zaujali na základe rýchleho rozvoja a snaha napredovať a ísť s dobou. Vďaka tomu je dorozumievanie a prenos informácií čoraz jednoduchšia. Prácu som písal v programe Word, kde som použil informácie z kníh, zošita a internetu. Obsahuje rôzne technické obrázky a schémy. 7

8 Význam, rozdelenie a vývoj telekomunikačných zariadení Po objave telefónu v roku 1876 sa postupne vybudovala spolu s ďalekopisnou sieťou celosvetová telefónna sieť založená na metalických vedeniach. Dospela k plne automatickej voľbe žiadaného či volaného účastníka hoci aj na druhej strane zemegule. Podobne, na šírení elektromagnetických vĺn, vznikli rozhlasové siete vysielajúce programy poslucháčom a krátko za nimi nasledovalo televízne vysielanie. Napokon vznikol počítač. Jeho realizácia na báze mikroprocesorov s malým objemom i spotrebou priniesla osobné počítače, ktoré sa začali prepájať do miestnych počítačových sietí LAN a pokračovali cez rozsiahle počítačové siete WAN až po celosvetové siete sietí. Telekomunikačnú sieť tvorí viac druhov telekomunikačných zariadení. Koncepcia tejto siete je založená z miestneho hľadiska na centralizácii spojení do jedného miesta - spojovacieho systému, ale z hľadiska celosvetovej siete na decentralizácii do množstva medzi sebou prepojených systémov. Hlavnými časťami sú: - spojovací systém, - koncové zariadenie, - prenosový systém. Koncové zariadenia: - sú zariadenia, ktoré menia prenášaný signál na formu zrozumiteľnú našim zmyslom a naopak Patrí sem napríklad- telefón, zariadenia GPS, rozhlasový prijímač, rádio, PC. Prenosové zariadenia: - slúžia na úpravu signálu. Patria sem: zosilňovače, filtre, opakovače. Spojovacie zariadenia: - slúžia na vytvorenie cesty na určitú dobu alebo na smerovanie informácie.je to napríklad router, ústredňa, smerovače. 8

9 Konštrukčné prvky Patria sem všetky prvky z ktorých sa skladajú telekomunikačné zariadenia. Rozdelenie konštrukčných prvkov: - mechanické diely, - elektromechanické súčiastky, - elektrické súčiastky, - elektroakustické súčiastky, - elektrooptické súčiastky, - magnetické súčiastky, - elektronické súčiastky, - optoelektronické a fotonické súčiastky. Mechanické diely sú prvky, ktoré neovplyvňujú elektrický signál (stojany, DPS). Obr.č. 1: Telefónna šnúra Obr.č 2: Kryt mobilu Elektromechanické konštrukčné prvky - menia elektrický signál na mechanický pohyb a naopak (voliče, spínače, relé) Relé je diaľkovo ovládaný spínač. Skladá sa z primárneho obvodu a sekundárneho obvodu. Primárny obvod je tvorený cievkou a sekundárny jedným alebo viacerými kontaktami. Kontakty môžu byť spínacie (v kľudovom stave sú rozopnuté, v pracovnej polohe sú 9

10 zopnuté), rozpínacie (v kľudovom stave sú zopnuté, v pracovnej polohe sú rozopnuté) alebo prepínacie. Podľa princípu delíme relé na: - elektromagnetické, - elektrotepelné, - elektronické. Z hľadiska vyhotovenia môžeme relé rozdeliť na: - ploché, - valcové, - jazýčkové. Obr.č. 3: princíp relé Obr.č. 4: značka relé - vľavo je primárny obvod, vpravo je sekundárny obvod Princíp činnosti relé: Cievka s jadrom tvorí elektromagnet, ktorý pri priechode prúdu pritiahne kovovú kotvu, mechanicky spriahnutú s pružným kontaktom. Jazýčkové relé vznikli miniaturizáciou klasických relé s menším objemom, spotrebou i dobou zopnutia. Je to vlastne sklenená banka naplnená inertným plynom s maximálne 10

11 štyrmi spínacími kontaktmi. Je to špeciálny typ relé, nezávislý na poveternostných podmienkach. Cievka s bankou sú uzatvorené krytom z magneticky mäkkého materiálu. Pri prechode prúdu cievkou sa vytvorí magnetické pole, ktoré zmagnetizuje jazýčky opačným pólom - nastane pritiahnutie. Výhoda: -veľmi krátke spínacie časy -malé rozmery -odolnosť voči chemickým vplyvom Nevýhoda: -malý počet spínacích bodov Obr.č. 5: Konštrukcia jazýčkového relé Tepelné relé je pomalobežná prúdovo závislá ochrana elektrických zariadení. Tepelné relé je tvorené bimetalickým článkom, ktorý je vyhrievaný priamo prechádzajúcim prúdom, alebo nepriamo odporovým článkom. Pri dlhšie trvajúcej záťaži sa bimetal nahreje, prehne sa a tým rozpojí kontakt spínacej cievky stykača. Čas preťaženia, ktorý je nutný na vypnutie stykača je v malom rozsahu regulovateľný a závislý na veľkosti prechádzajúceho prúdu. Tepelné relé teda predstavuje prúdovo závislú ochranu. Po vychladnutí je možno stykač znova zapnúť pomocou tlačidla. 11

12 Elektrické konštrukčné prvky - slúžia na úpravu el. signálu (kondenzátor, cievka, odpor). Obr.č. 6: cievky Obr.č. 7: kondenzátory Elektroakustické konštrukčné prvky - menia elektrický signál na akustický a naopak (reproduktor, slúchadlo, mikrofón) Elektrooptické konštrukčné prvky - menia el. signál na optický a naopak (žiarovky,displej, fotoprvky) Magnetické konštrukčnéprvky - používali sa ako záznamové médiá (diskety,kazety) Obr.č. 8: Magnetofónová kazeta Obr.č. 9: Disketa Elektronické konštrukčné prvky - slúžia na úpravu signálu - smerovanie, zosilňovanie (tranzistory, tyristor, diak triak, dioda, IO, spínacia matica) Často používaná je spínacia matica 8*4 s technológiou CMOS, ktorá obsahuje riadiacu časť (operačná pamäť RAM 4*8 bitov), dekóder a meniče logickej úrovne (Tesla MHB 8804). Používa sa v pobočkových elektronických ústredniach 12

13 Optické konštrukčné prvky - pracujú s optickým signálom (rozbočovače, zlučovače, optické vlákna) Otázky a úlohy 1.Ktoré prvky patria medzi konštrukčné prvky? 2.Ako delíme konštrukčné prvky? 3.Charakterizuj elektrické, elektronické, elektroakustické, elektromechanické konštrukčné prvky a uveď príklady prvkov príslušnej skupiny. 4.Popíš činnosť relé. 5.Do ktorej skupiny patrí spínacia matica a na čo sa používa? Prenos zvuku Najrozšírenejšou formou prenosu informácie medzi ľuďmi je zvuk. Vzniká rozochvením hmotného prostredia a šíri sa ním vlnením. Dôležitými veličinami zvuku sú: - akustický tlak, vyjadrujúci zmeny atmosferického tlaku pri šírení zvuku. - frekvencia,čiže frekvenčné pásmo, v ktorom je ľudské ucho schopné zvuk počuť. ( približne 16 Hz až 20 khz) Základné podmienky prenosu: Prenosová cesta: je cesta medzi vysielačom a prijímačom signálu. Jej úlohou je zrozumiteľne a spoľahlivo preniesť reč ( informáciu). Spoľahlivosť: Schopnosť zariadení vybudovať požadované spojenie rýchlo a v každom čase. Zrozumiteľnosť: Závisí od hlasitosti, vernosti a čistoty prenášaného hovoru. Hlasitosť hovoru: závisí od výkonu elektroakustického meniča a od tlmenia prenosovej cesty. Vernosť prenášanej informácie závisí od - šírky prenášaného pásma - lineárneho (útlmového) skreslenia 13

14 - nelineárneho (amplitúdového) skreslenia Čistota prenášanej informácie závisí od veľkosti šumu a iného rušenia Prenosová cesta pri telefónnom spojení sa skladá: - vysielača - vedenia - prenosových zariadení - prepojovacích zariadení - prijímača - a iných zariadení Princíp telefónneho spojenia: Telefón je zariadenie, ktoré umožňuje prenos reči na diaľku premenou zvuku na elektrický signál a naopak premenou elektrického signálu na akustický signál zvuk. Prvým telefónnym prístrojom bol Bellov prístroj, ktorý umožnil spojenie len na malé vzdialenosti, pretože získaná elektrická energia mala len nepatrný výkon. Bellov telefón Princíp spočíval vtom že membrána bola rozvibrovaná zvukovými vlnami, ktoré spôsobili pohyb vodivého drôtu hore a dole v nádobke s kyselinou, kam bol privedený prúd. Ako drôt stúpal a padal, menil sa tým odpor obvodu. To spôsobilo že prúd do prijímača kolísal, pričom membrána prijímača vibrovala a vytvárala zvuk. Obr.č.10 Princíp Bellovho telefónu K výraznému pokroku prispelo vynájdenie uhlíkového mikrofónu, ktorý bol napájaný z batérie. Zmena odporu mikrofónu vyvolávala zmenu prúdu v obvode. 14

15 Telefónny prístroj Telefónny prístroj bol pôvodne určený na prenos zvuku, dnes už aj obrazu, textu. Hovorovú časť tvorí mikrofón, slúchadlo, hovorový transformátor. Signalizačnú časť tvorí zvonček, vidlicový prepínač, číselnica. Hovorová časť: Mikrofón je elektroakustický menič, ktorý premieňa akustickú energiu na elektrický signál. Podľa konštrukcie a princípu premeny delíme mikrofóny na: - uhlíkové - elektromagnetické - elektrodynamické - elektrostatické - piezoelektrické Uhlíkový mikrofón je vlastne elektroakustický menič, ktorý mení na základe akustického signálu svoj elektrický odpor v obvode jednosmerného prúdu, čím spôsobuje superpozíciu striedavého prúdu, úmerného akustickému signálu dopadajúcemu na membránu. Ide o pasívny a nerecipročný elektroakustický menič. Výhodou je vysoká úroveň signálu a nízka cena. Nevýhodou je veľké skreslenie, horšia frekvenčná charakteristika, závislosť pokojového odporu od fyzickej polohy mikrofónu a spekanie uhlíkových zrniečok pri veľkom napájacom prúde. Obr.č. 11: Konštrukcia uhlíkového mikrofónu Kondenzátorový mikrofón je recipročný elektroakustický menič, ktorý môže pracovať aj ako kondenzátorové či elektroakustické slúchadlo alebo reproduktor. 15

16 Tento druh mikrofónu obsahuje dve tenké kovové doštičky, ktoré navzájom tvoria kondenzátor. Napájací obvod vytvára v kondenzátore elektrický náboj. Jedna z týchto doštičiek je pevne uchytená a druhá je pohyblivá má funkciu akustickej membrány. Vzájomné približovanie a odďaľovanie týchto doštičiek spôsobuje zmenu kapacity a tým aj zmenu výstupného napätia. Kondenzátorové mikrofóny vyžadujú napájanie.pri vhodnej konštrukcii mikrofónovej vložky je možné polarizačným napätím meniť smerovú charakteristiku mikrofónu, čo sa využíva pri štúdiových mikrofónoch. Kondenzátorové mikrofóny sa používajú hlavne pre profesionálny štúdiový záznam a na účely merania. Výhodou je široká frekvenčná charakteristika v rozsahu 5 Hz až 30 khz so zvlnením ± 0,5 db a vysoká citlivosť. Nevýhodou je že sa vyžaduje napájací zdroj. Používa sa ako najkvalitnejší štúdiový mikrofón, ale nie je vhodný na prácu v exteriéroch ani na reportážne nahrávky. Obr.č. 12: Konštrukcia a zapojenie kondenzátorového mikrofónu Slúchadlo Slúchadlo je elektroakustický menič premieňajúci elektrickú energiu na akustickú. V telefónnom prístroji plní funkciu citlivého prijímača a spolu s mikrofónom tvorí funkčný celok mikrotelefón. 16

17 Elektromagnetické slúchadlo je jedno z najstarších slúchadiel. Pracuje na elektromagnetickom princípe. Obr.č. 13: Elektromagnetické slúchadlo Tento princíp nie je dnes príliš používaný. Základom je membrána, napr. Z tenkého železného plechu, ktorú priťahuje pevne umiestnená cievka s jadrom (elektromagnet), alebo malý magnet, umiestnený v poli budiacej cievky, ktorý pohybuje s membránou. Výhodou je pomerne jednoduchá konštrukcia, nevýhodou väčšinou značné skreslenie a obmedzený frekvenčný rozsah. Piezoelektrický menič využíva tzv. piezoelektrický jav, pri ktorom niektoré látky pri svojej deformácii vytvárajú na svojich stenách elektrický náboj, a opačne privedením náboja na steny sa látka deformuje. Deformácie sú veľmi malé. 17

18 Hovorový transformátor Používa sa len u starších typov telefónov. Obr.č. 14: Transformátorová vidlica Činnosť: 1. Oddeľuje elektrický obvod mikrofónu od obvodu slúchadla. 2. Prispôsobuje impedanciu telefónneho prístroja impedancii vedenia. 3. Potláča miestnu spätnú väzbu. Zabraňuje prechodu jednosmerného napájacieho prúdu určeného pre mikrofón obvodom slúchadla, zabezpečuje impedančné prispôsobenie, pri prístroji MB transformuje hovorové prúdy a potláča elektrickú väzbu medzi mikrofónom a slúchadlom. Signalizačná časť: Číselnica Slúži na generovanie voľby. Účastník pomocou číselnice vysiela informáciu o volenom čísle. Z pohľadu vývoja najstaršou číselnicou bola rotačná číselnica. Rotačná číselnica Voličom starších telefónov bola rotačná číselnica, ktorej pružina bola napínaná otočením dierovaného kotúča číselnice, ktorý musel byť prstom natočený pre voľbu každej číslice telefónneho čísla do príslušnej polohy. Pri návrate číselnice do počiatočnej polohy (regulovanou rýchlosťou) sú ovládané tri kontakty s rôznymi funkciami či (impulzovací kontakt), čr (zapínací kontakt), čz (rizpínací kontakt). 18

19 Obr.č.15: Rotačná číselnica Tlačidlová číselnica Úlohou tlačidlovej číselnice s voľbou DTMF nie je len spohodlniť voľbu, ale ju aj urýchliť. Používala sa v spojovacích systémoch 2. a 3. generácie. Impulzy neprenáša v kóde ASC, ale jednotlivé impulzné signály s určitými frekvenciami vybratými z pásma telekomunikačného kanála. Systém tlačidlovej voľby umožňuje vysielať až 12 (16) signálov, z ktorých sa 10 využíva na voľbu čísel a ostatné sa môžu použiť na rôzne služby. Podľa spôsobu prenosu rozoznávame jednosmernú a frekvenčnú voľbu. Jednosmerná používa diódovo odporový alebo diódovo zemniaci systém. Využíva sa vtedy keď je potrebná impulzná voľba. Frekvenčná voľba používa systém dvoch frekvencii pre jedno tlačidlo. Po stlačení tlačidla sú generované dve frekvencie, ktoré sa zmiešajú a výsledná frekvencia určuje dané tlačidlo. Obr.č.16: Tlačidlová číselnica s frekvenčnou voľbou DTMF 19

20 Zvonček Obr.č.17: Zvonček na striedavý prúd Na obrázku je principiálna schéma zvončeka na striedavý prúd ako súčasť telefónneho prístroja. Zvonček je v podstate polarizovaný magnetický obvod.. Na polarizovaných nadstavcoch sú upevnené dva elektromagnety. Zavedením striedavého vyzváňacieho prúdu do vinutia obidvoch elektromagnetov sa pri jednej pólvlne na jednej strane zoslabia a na druhej strane zosilnia toky, takže kotva zvončeka sa neustále prekladá zľava doprava a naopak. Rýchlosť týchto zmien závisí od kmitočtu vyzváňacieho prúdu. Po skončení vyzváňania kotva zvončeka ostane v tej pracovnej polohe, do ktorej ju dopravila posledná polvlna striedavého vyzváňacieho prúdu. Vidlicový prepínač slúži na pripojenie hovorovej časti ku zdroju. Je realizovaný tlačidlom, kolíkom, závesným aparátom. Otázky a úlohy 1.Ako vzniká a ako sa šíri zvuk? 2.Vymenuj základné podmienky prenosu zvuku. 3.Aké zariadenie je telefón? 4.Popíš činnosť kondenzátorového mikrofónu. 5.Na akom princípe pracuje slúchadlo? 6.Popíš činnosť číselnice. 20

21 Spojovacie systémy Spojovací systém umožňuje uskutočniť spojenie medzi dvoma miestnymi alebo vzdialenými účastníkmi prostredníctvom miestnych prenosových a spojovacích ciest na dobu potrebnú na prenos informácie. Spojovanie sa môže realizovať manuálne alebo automaticky. Z toho vyplýva, že hlavnou úlohou spojovacích zariadení je elektricky prepojiť účastníka A s účastníkom B a umožniť im prenos správy spôsobom dopyt odpoveď a po skončení prenosu spojovaciu cestu uvoľniť. Volajúci účastník A je zdrojom dopredných signálov, ktoré realizuje zodvihnutím mikrotelefónu štartom do ústredne, vytáčaním čísla volaného a položením mikrotelefónu. Spätne dostáva výzvu k voľbe, kontrolné signály sprostredkujúce stav spojovacieho procesu. Volaný účastník B prijíma z ústredne jeden dopredný signál (vyzváňanie) a vysiela dva spätné signály (prihlásenie a záver). Spojovacie zariadenie uskutočňuje dohľad nad stavom účastníckych vedení a spojovacích ciest pomocou vnútorných logických obvodov. Tieto obvody majú svoje úlohy pri budovaní, zabezpečovaní a uvoľňovaní spojenia. Vývoj Spojovacie systémy môžeme rozdeliť do takzvaných generácií. Číslovanie jednotlivých generácii sa začína zvyčajne až od automatických spojovacích systémov, takže manuálne spojovacie systémy môžeme považovať za nultú generáciu. Historicky prvými telefónnymi ústredňami boli manuálne ústredne. Keď sa hovorí o generáciách telefónnych ústrední, myslia sa tým automatické ústredne. Rozdelenie spojovacích systémov: - manuálne - poloautomatické - automatické: - elektromechanické - elektronické Hlavné časti spojovacích systémov : - spojovacie pole - riadenie 21

22 Generácie : 1. generácia - Voličové systémy 2. generácia - Systémy s krížovými spínačmi 3. generácia - Systémy s jazýčkovým relé 4. generácia - Elektronické a digitálne systémy Rozdelenie v rámci generácií je podľa spôsobu riadenia a technológie spojovacieho poľa. Prvá generácia Spojovacie pole: analógové, elektromechanické, použité sú krokové voliče Riadenie: priame, spriahnuté so spojovacím poľom (synchrónne), radenie bolo decentralizované - riadenie je rozdelené na väčšie množstvo podsystémov, synchrónnepriame, spriahnuté so spojovacím poľom Prepájanie bolo okruhové to znamená, že medzi účastníkom A a B je jedna dočasná spojovacia cesta, po ktorej sa prenáša signál od hlasu aj potrebné signalizačné značky. Druhá generácia Spojovacie pole: analógové, prenášal sa analógový signál elektromechanické, realizované krížovými spínačmi. Riadenie: elektromechanické, centralizované, asynchrónne. Tretia generácia Spojovacie pole bolo analógové, čo znamená, že analógový signál od hlasu sa cezeň prenášal nezmenený elektronické, s analógovými spojovacími maticami Riadenie: nepriame, oddelené od spojovacieho poľa (asynchrónne) riadilo sa centrálnym počítačom a programovým vybavením. Štvrtá generácia Spojovacie pole: digitálne, cez ktoré sa prenášajú digitalizované hlasové signály. Došlo k zblíženiu elektronických obvodov riadenia a spojovacieho poľa, ktoré sú jednotne digitálne. sú použité polovodičové súčiastky Riadenie: je distribuované, realizované počítačmi a programovým vybavením. Je to modulárny systém a má okruhovo aj paketovo orientované služby - paketové prepájanie sa začalo používať na prepojenie dátových tokov medzi počítačmi. Je to v súčasnosti používaná technika. 22

23 Ústredňa S12 Jedná sa o digitálnu ústredňu s plne distribuovaným riadením. Podstata distribuovaného riadenia spočíva v umiestnení riadiacich jednotiek do samostatných modulov, ktoré spolu komunikujú cez spojovacie pole. Každý modul pozostáva z dvoch častí: z aplikačne orientovaného terminálu a z terminálovej riadiacej jednotky. Riadiaca jednotka v každom riadiacom module riadi funkcie terminálu a pripája ho na digitálne spojovacie pole. Komunikácia medzi riadiacimi jednotkami rôznych terminálových modulov sa uskutočňuje cez digitálne spojovacie pole v podobe správ štandardného formátu. Pre túto výmenu správ je k dispozícii úplný súbor ciest v digitálnom spojovacom poli. Dôsledkom je to, že nie je potrebný komplexný systém zberníc. Možno ju použiť ako: a) miestne ústredňu b) tranzitné ústredňu c) kombinovanú ústredňu Táto ústredňa pracuje so signalizačným systémom CCS7 a možno ju použiť v sieťach ISDN a rádiotelefónnych sieťach. Obr.č.18: Ústredňa S12 23

24 Alcatel 1000 S12 pozostáva z digitálneho spojovacieho poľa (DSN), na ktoré je pomocou štandardných rozhraní pripojené množstvo typov terminálových modulov. Riadiace funkcie pre každý modul sú lokalizované v samotnom module. Takzvané pomocné riadiace jednotky (ACE) vykonávajú úlohy, ktoré nemôžu byť pridelené terminálovým modulom. Digitálne spojovacie pole Základnou funkciou digitálneho spojovacieho poľa je prepojenie digitálne vyjadrenej informácie z ľubovoľného vstupu na ľubovoľný výstup. Prepojiť dve digitálne koncové zariadenia je vo všeobecnosti možné pomocou: - krížového digitálneho spojovacieho poľa, - kolíznej metódy CSMA/CD, - ATM spojovacieho poľa, - časového článku. Článok T je určený na zmenu časovej polohy kanála. Na vstup T- poľa prichádza napríklad 32 časových kanálov s formou PCM - vzoriek v poradí 0 až 31, ale na výstupe T - článku sa tie kanály môžu objaviť v zmenenom poradí. Obr.č.19: Prepájanie pomocou T- článku 24

25 Výhody T - článku: - nemá blokovanie - všetky vstupné PCM vzorky sa môžu dostať na daný výstup za predpokladu, že počet časových kanálov na vstupe je menší alebo rovnaký ako počet časových kanálov na výstupe, - plná dostupnosť, - menší objem a nízka spotreba. S - pole prepája vstupné a výstupné vzorky bez zmeny časovej polohy, a to medzi jednotlivými časovými multiplexami. Ide o priestorové krížové spojovacie pole, ktoré sa podobá klasickému spojovaciemu poľu tým, že je zložené zo spínacích prvkov v krížových bodoch, ale tie spínajú iba v intervale jedného časového kanála. Obr.č.20: Prepájanie pomocou S-článku Výhody S - článku: - nemá blokovanie za predpokladu, že počet vstupných multiplexov je menší alebo rovnaký ako počet výstupných multiplexov, - plná dostupnosť, - menší objem a nízka spotreba. Z hľadiska realizácie T - článku a S - článku vychádza, že T - článok je jednoduchší, má menší objem, ale je menej spoľahlivý; S - článok je, naopak, komplikovanejší a zaberá väčší objem. 25

26 Spojovacie pole S -T -S S - články, ktoré sú na vstupe a výstupe, majú taký počet vstupov alebo výstupov, aký je počet vstupných alebo výstupných PCM multiplexov. Zmena časovej polohy sa uskutočňuje v T- článkoch v príslušných multiplexoch. Výhodou je, že pri poruche T- článku, ktorý je menej spoľahlivý, nie je daný časový multiplex vyradený z činnosti, pretože cez vstupný S- článok sa môže dostať na iný T- článok. Nevýhodou je, že vstupný a výstupný S- článok je pri väčšom počte vedení komplikovanejší, čo má vplyv na celkovú ekonomiku a zložitosť zariadenia. Obr.č.21: Štruktúra digitálneho spojovacieho poľa typu S-T-S Spojovacie pole T-S-T Každému multiplexnému vstupu či skupine n multiplexných vstupov je priradený jeden T- článok, ktorého výstup ide na jeden vstup do S- článku, na výstupe naopak. Zmena časovej polohy sa môže uskutočniť tak vo vstupnom, ako aj výstupnom T- článku. Výhodou je, že S- článok spájajúci len výstupy alebo len vstupy T -článkov je podstatne jednoduchší. Nevýhodou je menšia spoľahlivosť T -článku, ktorý pri poruche vyradí z prevádzky jeden, ba i skupinu multiplexov. Spoľahlivosť sa dá zvýšiť zdvojením T - článkov. 26

27 Obr.č.22: Štruktúra digitálneho spojovacieho poľa typu T-S-T Pobočková telefónna ústredňa Pobočková ústredňa je privátne spojovacie zariadenie, ku ktorému môže byť cez pobočkové prípojky pripojené jedno alebo viac účastníckych koncových zariadení, ktoré je jedným alebo viacerými hlavnými spojeniami napojené na verejnú telekomunikačnú sieť. Slúžia na sprostredkovanie výmeny informácií v domácom (vnútornom) styku medzi účastníkmi (pobočkami) v rámci podniku, ako aj v štátnom (vonkajšom) styku s účastníkmi verejnej telefónnej siete. Medzi hlavné parametre patria: - typ a kapacita vstupných liniek, - typ a kapacita pobočkových liniek, - spôsob distribúcie prichádzajúcich hovorov, - služby a funkcie. Vývoj bol rovnaký, ako u verejných ústrední. Odlišnosť od verejnej telefónnej ústredne: -v pobočkovej ústredni je menší počet účasníkov - hovory medzi účastníkmi v rámci pobočkovej ústredne sú zdarma - špeciálne číslovanie a číslo nie je uvedené vo verejnom zozname - vlastné oznamovacie tóny 27

28 - kategorizácia účasníkov : oprávnení účastníci môžu volať ľubovoľne do verejnej siete, polooprávnení môžu volať do verejnej iba na určité čísla a neoprávení nemôžu volať do verejnej siete, existuje prestupový znak na prepojenie do verejnej ústredne. Otázky a úlohy 1.Čo rozumieme pod pojmom spojovací systém? 2.Popíš vývoj spojovacích systémov. 3.Aké sú rozdiely prípadne zhody systémov druhej a štvrtej generácie? 4.Charakterizuj spojovací systém S Popíš spojovacie pole typu T. 6.Popíš spojovacie pole typu S. 7.Charakterizuj pobočkovú ústredňu. 8.Uveď rozdiely medzi verejnou a pobočkovou ústredňou. Elektromagnetické vlnenie Obsahuje elektrickú a magnetickú zložku a platí že obidve zložky E (intenzita elektrického poľa jednotkou je V.m -1 ) a H (intenzita magnetického poľa jednotkou je A.m 1 ) sú na seba kolmé. Elektromagnetické vlnenie sa šíri v nevodivom prostredí a tam sa šíri ideálne. V polovodivom sa šíri s tlmením a fázovým posunom a vo vodivom prostredí sa nešíri. Obr.č 23: Priebeh elektromagnetickej vlny 28

29 Vlastnosti elektromagnetického vlnenia Základné pojmy: Interferencia - ak sa do jedného miesta dostanú dve elektromagnetické vlny, interferujú a výsledné vlnenie má buď väčšiu alebo menšiu amplitúdu, čo závisí od dráhového rozdielu. Ak sa dráhový rozdiel rovná párnemu násobku polovíc vlnových dĺžok nastáva zosilnenie a naopak ak sa dráhový rozdiel rovná nepárnemu násobku polovíc vlnových dĺžok, nastáva zoslabenie. Odraz elektromagnetického vlnenia - elektromagnetické vlnenie sa odráža pričom platí zákon odrazu: Uhol odrazu je rovný uhlu dopadu, pričom odrazené vlnenie zostáva v rovine dopadu. Odrazený lúč zostáva v rovine dopadu (v rovine danej dopadajúcim lúčom a kolmicou dopadu) a zviera s kolmicou dopadu uhol odrazu, ktorý je rovnako veľký ako uhol dopadu. Obr.č.24: Dopad a odraz vlny Ohyb vlnenia - Ak má prekážka rozmery rádovo väčšie ako je vlnová dĺžka vlnenia nastáva za ňou tieň. Ak má prekážka rozmery rádovo porovnateľné s vlnovou dĺžkou nastáva ohyb vlnenia. Polarizácia - keď sa smer vektorov intenzity (E) a indukcie (B) nemení, hovoríme o lineárne polarizovanej vlne. Vektor E leží v rovine dipólu a vektor B v rovine kolmej na dipól. 29

30 Lom elektromagnetického vlnenia - vlnenie sa dostane k rozhraniu dvoch prostredí, v ktorých má vlnenie rôznu fázovú rýchlosť, môže dôjsť pri prechode vlnenia týmto rozhraním k zmene smeru šírenia vlnenia. α je uhol dopadu a β je uhol lomu. Obr.č.25: Lom vlny Priama priestorová vlna sa šíri v priestore priamočiaro, pokiaľ ju napríklad ohyb, alebo odraz neprinúti zmeniť smer. Povrchová vlna, ak má veľkú vlnovú dĺžku, šíri sa nepriamočiaro a pre difrakciu (ohyb vĺn) spôsobenú nerovnosťami zemského povrchu sa udržuje pri povrchu. Vlnová dĺžka je vzdialenosť medzi dvoma bodmi v priestore, kde má elektromagnetická vlna rovnakú fázu. Antény Sú to zdroje elektromagnetického vlnenia. Anténou je každý odizolovaný vodič, ktorým prechádza striedavý elektrický prúd. Najjednoduchšou anténou je vedenie naprázdno, ktorého konce sú od seba vzdialené, vznikne tak dipól. Rozlišujeme vysielaciu a prijímaciu anténu. Okrem toho delíme antény podľa rozloženia vysokofrekvenčného napätia alebo prúdu pozdĺž nich takto: - antény so stojatou vlnou (rezonančné antény), - antény s postupujúcou vlnou (rezonančné antény). 30

31 Podľa smeru vyžarovania rozlišujeme antény: - všesmerové, - smerové. Podľa druhu aktívnych vyžarovacích prvkov môže byť anténa: - dipólová, - slučková, - štrbinová. Parametre antény Charakteristická impedancia Závisí od frekvencie druhu a počtu vyžarovacích členov vysielacej antény. Jej veľkosť ovplyvňuje prispôsobovanie antény napájaciemu vedeniu alebo zvodu antény. Efektívna plocha antény Účinná plocha prijímacej antény rozhoduje o zachytení energie prichádzajúceho elektromagnetického poľa a o jej premene na vysokofrekvenčnú energiu, ktorá postupuje na vstup prijímača. Smerovosť Anténa prijímača najlepšie signál z jedného smeru je smerová. Vlastnosti takej antény zvyčajne vyjadruje diagram pomernej smerovosti: graficky je znázornená veľkosť napätia na svorkách antény v závislosti od uhla, pod ktorým dopadá na anténu rovinná vlna s konštantnou intenzitou elektrického poľa. Zisk Zisk antény udáva, koľkonásobne väčšie napätie dodá na svoje svorky anténa prijímacia v smere svojho hlavného maxima v porovnaní s referenčnou anténou. Bežnou referenčnou 31

32 anténou v pásme dm vĺn je normalizovaný polvlnový dipól, niekedy sa používa izotrópny (všesmerový) žiarič alebo elementárny dipól. Širokopásmovosť Udáva rozsah, v akom sa môže meniť prijímaná frekvencia bez podstatnej zmeny vlastností antény. Tento údaj je dôležitý pri konštruovaní antén pre skupinu kanálov alebo i celé pásmo. Obr.č.26: Elementárny dipól Elementárny dipól je zložený z dvoch krátkych oddelených rovných vodičov, ktoré sú napájané uprostred vysokofrekvenčným prúdom. Celková dĺžka dipólu je veľmi často rovná polovici vlnovej dĺžky prijímanej (vysielanej) elektromagnetickej vlny. Vtedy je impedancia antény pre oblasť prijímaných frekvencií reálna a má hodnotu blízku 75 Ω. Parabolická anténa odráža prijímaný signál do svojho ohniska, v ktorom je buď prijímač - anténa a vonkajšia jednotka s nízkošumovým zosilňovačom), alebo len anténa. Čím je väčšia plocha paraboly, tým silnejší signál bude prijímačom v jej ohnisku detekovaný. Má teda väčší zisk, rastie tým ale jej smerovosť a tým aj nároky na presné nastavenie. 32

33 Obr.č. 27: Parabolická anténa Yagi anténa Tento anténny systém je nazýva podľa japonského objaviteľa Yagiho. Tento typ antény je pre svoju jednoduchosť často používaný pre rozhlas na veľmi krátke vlny a všetky televízne pásma. Hlavným znakom antény je, že k dipólu je pripojený vysokofrekvenčný napájač. Mimo tohto žiariča pridávame ďalšie prvky - direktory a reflektory. Direktor sa nastavuje do vplyvu elektromagnetických vĺn. Činnosť týchto prvkov spočíva v tom, že zachytávajú značnú časť energie vyžiarenej vlastným zariadením. Tú spojí s energiou prijatou z vplyvu elektromagnetických vĺn. Musí sa dbať na to, aby sa nerušila energia vyžiarená a prijaté. Čím viac pasívnych prvkov má anténa, tým lepšie bude mať vlastnosti. Najlepší príjem má z jedného smeru (tam, kam mieria direktory). Anténu Yagi možné rôzne kombinovať do patričných sústav či iných zapojenia. Obr.č. 15: Yagi anténa Obr.č. 16: Smerový diagramsmerovej antény 33

34 Otázky a úlohy 1.Vymenuj zložky elektromagnetického vlnenia. 2.V akých prostrediach sa šíri elektromagnetické vlnenie? 3.Aké zákony platia pre odraz a lom elektromagnetickej vlny? 4.Čo je zdrojom elektromagnetického vlnenia? 5.Aké druhy antén poznáme? 6.Vymenuj parametre antény. Modulácia Modulácia je spôsob zmeny nízkofrekvenčného signálu na vysokofrekvenčný za pomoci elektrického zariadenia nazývaného modulátor. Nosný signál je ovplyvňovaný modulačným signálom. Modulačný signál je signál v základnom pásme, napr. analógový signál z mikrofónu, televíznej kamery, alebo číslicový (digitálny) signál. Opačný proces sa nazýva demodulácia. Modulácie môžeme rozdeliť do dvoch základných skupín: 1. Spojité modulácie - výsledkom je spojitý signál (AM, FM, PM ) 2. Nespojité modulácie - kvantované ( PCM, ΔM) - nekvantované ( AIM, ŠIM, PIM) Spojité modulácie (analógové) Medzi základné analógové (spojité) modulácie patria: - Amplitúdová modulácia AM - Frekvenčná modulácia FM - Fázová modulácia PM 34

35 Amplitúdová modulácia - AM Amplitúdová modulácia bola prvou moduláciou, ktorá bola použitá pre prenos rádiových signálov v rozhlase. Vďaka jednoduchým modulátorom sa táto modulácia v počiatkoch rádiotechniky presadila. Pri amplitúdovej modulácii sa mení amplitúda nosnej vlny v rytme okamžitej hodnoty modulačného signálu. Frekvencia aj fáza modulovanej vlny sa nemenia, sú konštantné. Obr.č. 28: Amplitúdové časové priebehy signálov pri modulácii AM: a) modulačný signál, b) nosný signál, c) modulovaný signál pomocou modulácie AM. 35

36 Obr.č.29: Kruhový modulátor Činnosť modulátora: Modulačný signál sa privádza na primárne vinutie transformátora Tr1, nosný signál medzi stredy sekundárneho vinutia Tr1 a primárneho vinutia Tr2. Modulované napätie sa odvádza zo sekundárneho vinutia Tr2. Nosný prúd z oscilátora s nosnou frekvenciou tečie v priebehu kladnej polvlny zo svorky do stredu Tr1, kde sa rozdeľuje na dve polovice a tečie cez diódy D1 a D3, ktoré otvára, a cez stred Tr2 sa vracia do svorky. Na sekundárnom vinutí Tr2 sa neindukuje žiadne napätie, lebo účinky prúdov sa rušia. Diódy D2 a D4 sú teraz, naopak, zatvorené. Výhody modulácie AM: - jednoduchá konštrukcia modulátorov a demodulátorov AM signálov - pri prenose užitočného signálu má výsledný modulovaný signál presne definované pásmo - na prenos informácie nám stačí preniesť iba jedno postranné pásmo, pretože z informačného hľadiska sú obidve postranné pásma identické. Nevýhody modulácie AM: - malá účinnosť - náchylnosť na rušenie v ľubovoľnom mieste prenosového reťazca. Požitie samotnej modulácie AM bolo dané analógovým prenosom hlasu v pozemných rozhlasových sieťach a prenosom obrazu v pozemných sieťach. 36

37 Pri amplitúdovej modulácii vznikne nosný signál a dve rovnaké postranné pásma. Pri prenose môžeme jedno z nich odfiltrovať a získať tým frekvenčné pásmo pre prenos ďalších informácií. Obr.č. 30: Frekvenčné spektrum AM signálu Každé postranné pásmo obsahuje úplnú informáciu o modulačnom signáli, a keďže ide o zrkadlový obraz jedného postranného pásma voči druhému, stačí preniesť iba jedno postranné pásmo a ušetrí sa polovica šírky pásma prenosového kanála B. Preto sa používa modulácia s jedným postranným pásmom. Frekvenčná modulácia Frekvenčná modulácia je modulácia, pri ktorej sa mení frekvencia nosnej vlny, amplitúda a fáza zostávajú konštantné. Pôsobením modulačného signálu sa okamžitá hodnota frekvencie nosnej vlny mení tak, že veľkosť frekvenčnej zmeny, frekvenčný zdvih, závisí iba od veľkosti modulačného signálu a rýchlosť zmeny frekvencie okolo pôvodnej frekvencie (t. j. počet frekvenčných zdvihov za sekundu), závisí od výšky modulačného signálu. Používa sa na prenos zvuku. 37

38 Obr.č. 31: Frekvenčné časové priebehy signálov pri FM modulácii Výhody modulácie FM: - možnosť vylúčenia porúch amplitúdového charakteru použitím obmedzovača amplitúdy v prijímači, pretože amplitúda neprenáša žiadnu zložku informácie - jednoduchší modulátor a tým aj jednoduchší vysielač - vysielač FM signálu je z hľadiska výkonu dobre využitý - menšie vzájomné rušenie dvoch vysielačov - lepší odstup užitočného užitočného signálu od hluku a šumu - podstatne lepšia dynamika prenosu Nevýhody modulácie FM: - zložitejší modulátor - potrebná podstatne väčšia šírka prenášaného pásma 38

39 Fázová modulácia - PM Spojitá fázová modulácia nie je príliš využívaná, pretože vyžaduje pomerne zložitý demodulátor a v určitých situáciách môže byť problematické rozoznať správne fázový posuv (napríklad rozoznanie 0 a 180 ). Jedným z mála širších využitie tejto modulácie je nasadenie v elektronických hudobných nástrojoch Obr.č. 32: Modulovaný signál pomocou FM a PM Nespojité modulácie Pre všetky nespojité modulácie platí Shanonov-Koteľníkov teorém ktorý hovorí že keď máme nízkofrekvenčný signál s definovanou hornou a dolnou hraničnou frekvenciou, potom vzorky odoberané z toho signálu nesú informáciu nízkofrekvenčného signálu ak je splnená podmienka: vzorkovacia frekvencia je väčšia ako dvojnásobok hornej frekvencie nízkofrekvenčného signálu. fvz 2fn - vzorkovacia frekvencia je minimálne dvojnásobok hornej hraničnej frekvencie nízkofrekvenčného signálu. 39

40 Obr.č.33: Vzorkovanie analógového signálu PCM modulácia Prvým krokom v prevode analógového signálu na digitálny, a to modulovaný signál PCM je vzorokovanie. Je to odoberanie vzoriek z nízkofrekvenčného signálu. Na vstup modulátora sa privádza nízkofrekvenčný signál. Vysokofrekvenčný vstup otvára a zatvára diody, čím sa na výstup dostávajú vzorky nízkofrekvenčného signálu v čase keď sú diody otvorené. S týmito vzorkami pracujeme v druhom kroku. Obr.č.34: Vzorkovací obvod Druhým krokom je kvantovanie. Lineárne kvantovanie znázorňuje obr. 35, kde je použitých iba 16 kvantizačných intervalov. Pri lineárnom kvantovaní sú kvantizačné intervaly rovnaké. Každej vzorke treba prideliť príslušný kvantizačný interval. Rozhodovacie úrovne tvoria hranice medzi susednými kvantizačnými intervalmi, preto môže na vysielacej strane patriť viac analógových hodnôt do toho istého kvantizačného intervalu. V danom prípade po lineárnom kvantovaní pridelíme jednotlivým kvantizačným intervalom bitové slovo PCM v priamom binárnom kóde, takže môžeme hovoriť aj o lineárnom kódovaní. V praxi potom nasleduje aj štvrtý krok, ktorým je kompresia. 40

41 Obr.č.35: Vzorkovanie, kvantovanie a kódovanie analógového signálu V praxi sa používa 2 8 = 256 nerovnakých kvantizačných intervalov (nelineárne kvantovanie), pričom: - nižšie úrovne signálov budú kvantované po menších kvantizačných intervaloch - vyššie úrovne budú kvantované po väčších kvantizačných intervaloch Pri PCM modulácii je nositeľom informácie kombinácia elektrických impulzov a medzier, teda logických núl a jednotiek. Výhoda je, že pri príjme postačí rozoznať iba impulz od medzery bez ohľadu na presný tvar.pcm signály sú oproti analógovým menej citlivé na presluchy medzi susednými vedeniami.pcm modulácia má iba jeden druh skreslenia - kvantizačné - aj to vieme zmenšovať pridávaním počtu kvantizačných úrovní. Nevýhodou je vyššia požadovaná prenosová rýchlosť. Tretím krokom je kódovanie - pridelenie bitového slova PCM každému kvantizačnému intervalu. 41

42 Otázky a úlohy Vysvetli pojem modulácia. Vymenuj základné druhy modulácií. Popíš princíp a použite amplitúdovej modulácie. Vysvetli činnosť amplitúdového modulátora. Popíš princíp a použite frekvenčnej modulácie. Ako znie Shannon-Kotelnikov teorém? Popíš postup realizácie PCM modulácie. Aké je použitie PCM modulácie? Telekomunikačná sieť Telekomunikačnú sieť tvoria spojovacie systémy prepojené spojovacími vedeniami s použitím spojovacích, prenosových a multiplexných prostriedkov. O vzniku siete rozhodla nevyhnutnosť decentralizovať spojovacie zariadenia na väčší počet menších a pritom umožniť spojenie ľubovoľných účastníkov tejto siete. Pri prepájaní spojovacích systémov možno vytvoriť rozmanité topológie telekomunikačnej siete, no najčastejšia je hviezdicová a mrežová Pri hviezdicovej sieti sí zväzky spojovacích vedení sústredené na stredový spojovací systém, cez ktorý musia prechádzať všetky spojenia spojovacích systémov. Pri mrežovej sieti sú prepojené zväzkami spojovacích vedení všetky spojovacie systémy navzájom, takže náklady na zväzky sú väčšie. Výhodou hviezdicovej siete sí menšie náklady, no ak zlyhá stredový spojovací systém, všetky spojenia medzi spojovacími systémami padnú. Preto je vo veľkej prevádzke vhodnejšia mrežová sieť s väčším počtom zväzkov spojovacích vedení. V malej prevádzke sa zlučujú spojovacie vedenia do jedného zväzku idúceho do stredového spojovacieho systému v topológii hviezdicovej siete. V praxi sa však používa zmiešaná sieť: na nižších úrovniach prevláda hviezdicová, na vyšších mrežová. Telekomunikačnú sieť môžeme rozdeliť na miestnu, medzimestskú a medzinárodnú. 42

43 Obr.č.36: Hviezdicová topológia Obr.č.37: Mriežková topológia Miestna sieť Každý účastník je pripojený na svoju miestnu ústredňu Miestna telekomunikačná sieť je základná úroveň telekomunikačnej siete. Tvoria ju účastnícke vedenia, miestne ústredne, prenosové zariadenia a spojovacie vedenia medzi miestnymi ústredňami. Územie, ktoré pokrýva, sa nazýva miestny telefónny okruh. Obr.č.38: Štruktúra miestnej siete Medzimestská sieť Medzimestskú sieť vo všeobecnosti tvoria všetky prostriedky na spájanie a prenos signálov od hlasu i riadiacej signalizácie medzi okruhmi. Obsahuje medzimestské ústredne a medzimestské spojovacie vedenia. 43

44 Medzinárodná telekomunikačná sieť Celosvetová medzinárodná telekomunikačná sieť má zabezpečovať Obr.č.39: Štruktúra primárnej oblasti Tarifovanie Tarifovanie je vlastne poplatok za telekomunikačné služny. Platí sa za : - zriadenie linky - zriadenie služby - využité služby - prevolané minúty 44

45 Číslovanie Číslovanie je jednoznačné priradenie čísla k účastníkovi. Volajúci účastník vysiela pri voľbe do spojovacieho systému číselnú informáciu zloženú z dvoch častí: smerového a systémového čísla. Smerové číslo sa používa na smerovanie spojenia cez telekomunikačnú sieť k spojovaciemu systému volaného, systémové číslo na smerovanie spojenia v tomto spojovacom systéme až k volanému účastníkovi. Aby sa nemuselo voliť vždy celé smerové číslo, vytvárajú sa oblasti niekoľkých spojovacích systémov a smerové číslo sa rozdeľuje na zjavné smerové číslo a skryté smerové číslo. Obr.č.40: Zjavné a skryté číslovanie Otázky a úlohy Aké typy sietí poznáme? Čo obsahuje medzimestská sieť? Vysvetli pojem tarifovanie. Čo je to číslovanie? Z čoho sa skladá úplne číslo účastníka? 45

46 Signalizačné systémy Signalizácia je súhrn dopredných a spätných riadiacich značiek. Sú to všetky obvody, ktoré sú určené pre spoluprácu obsluhy, koncového zariadenia so spojovacím zariadením a spojovacích zariadení navzájom. S rozvojom spojovacej techniky sa rozrástol záujem o medzinárodné spojovanie(najprv v rámci jedného kontinentu, neskôr aj o medzikontinentálne spojovanie). Jednou z podmienok pre realizáciu medzinárodného spojovania je zjednotenie signalizácie. Touto zjednovacou činnosťou sa zaoberal medzinárodný poradný orgán pre telekomunikácie (CCITT), dnes je to ITU-T. Signalizačné úseky Podľa miest, kde sa riadiace signály prenášajú rozlišujeme: - signalizáciu na účastníckych vedeniach (účastnícka), -vnútorná signalizácia v ústredni (niekedy označovaná tiež ako medzistupňová), - signalizácia medzi ústredňami neboli sieťové. Signalizácia na účastníckych vedeniach tvorí jednotný súbor riadiacich signálov: na vedení volajúceho účastníka: - volanie, - voľba, - závery; na vedení volaného účastníka: - účastník je volaný(vyzváňanie), - prihlásenie, - závery. 46

47 Vnútorná signalizácia v ústredni nie je jednotne špecifikovaná, závisí od výrobcu spojovacieho systému. Signalizácia sa vyvíjala podobne ako spojovacie systémy. 1. generácia - ASC kód (aditívny sériový kód) - prerušovanie napájacieho prúdu - len dopredný smer - jednoduchá realizácia -nebola spätná väzba, nebolo možné vytvárať služby 2. generácia MFC - multifrekvenčný kód - 2 frekvencie = 1 značka - dopredný smer (od volajúceho k volanému) - má vyhradených 6 frekvencií => kód 2 zo 6 => 15 značiek - každá značka má 2 významy: 1.význam - číslice a prestupný znak 2. význam - informácie o volajúcom (kredit, zaplatené služby) - spätný smer: - od volaného k volajúcemu 5 frekvencií - kód 2 z 5 10 značiek 1 značka má 2 významy : 1. informácia o účastníkovi 2. informácia o ceste Kód MFC-R2 je viazaný- značka sa vysiela dovtedy, kým nepríde odpoveď. Keď určovateľ zistí, že dopredná značka sa nevysiela, tak prestane vysielať spätnú značku. Cyklus výmeny značiek začína vysielaním doprednej značky a končí dobrehom spätnej značky. V súčastnosti sa medzi ústredňami používa systém SS7. Prenáša sa iba v digitálnej forme v špeciálnom signalizačnom kanály. Prenosová rýchlosť je nižšia ako pre hovorové kanály.v 1 kanáli je informácia o 2 hovorových kanáloch 47

48 Integrované služby digitálnej siete Digitálna sieť s integrovanými službami ISDN (Integrated Services Digital Network) vznikla ako výsledok snáh o jednotnú digitálnu sieť, ktorá by bola schopná prepájať všetky služby v jednotnej forme. Digitalizácia analógovej telekomunikačnej siete prechádzala týmito etapami: - digitalizáciou prenosového systému, - digitalizáciou spojovacieho poľa, - digitalizáciou účastníckeho vedenia Obr.č.41: Pripojenie účastníka k digitálnej sieti Otázky a úlohy Na čo slúži signalizácia? Aký bol vývoj signalizačných značiek? Čo je úlohou medzinárodného poradného orgánu pre telekomunikácie CCITT (dnes sa označuje ITU-T)? Popíš signalizáciu používanú v prvej generácii spojovacích systémov. Popíš kód MFC R2. Kde sa používa? Čo znamená, že kód MFC R2 je viazaný kód? 48

49 Vývoj ISDN ISDN vznikla ako jednotná telekomunikačná sieť, ktorá umožňuje prepájať všetky služby v jednotnej forme. Definujeme 4 etapy vývoja k ISDN: analógová telefónna sieť všetky zariadenia pracujú s analógovým signálom, koncové zariadenia, prípojka k miestnej ústredni, spojovacie systémy a prenosové zariadenia sú analógové analógové spojovacie zariadenia s digitálnym prenosom - v tejto etape sa budujú digitálne prenosové trasy, medzi ústredňami v miestnej sieti a na tranzitných trasách je signál prenášaný v digitálnom tvare, štandardizovaná je PCM modulácia, ostatné zariadenia sú analógové digitálna sieť zostáva analógová účastnícka prípojka a koncové zariadenie, zavádzajú sa digitálne spojovacie zariadenia ústredne a prenosové zariadenia, prepájaný je synchrónny kanál 64 kbit/s, v ústredniach sú spojovacie polia s priestorovým aj časovým multiplexom ISDN signál sa spracováva v jednotnej podobe bez ohľadu na koncové zariadenie, všetky systémy sú digitálne, len koncové zariadenie je možné aj analógové aj digitálne. Služby v ISDN Základné delenie telekomunikačných služieb: Telekomunikačné služby Transportné (bearer) služby Štandardné (teleservices) služby Základné transportné služby Základné transportné + doplnkové služby Základné štandardné služby Základné štandardné + doplnkové služby 49

50 Transportné služby Zabezpečujú informačný prenos medzi ISDN prístupovými bodmi na rozhraní S alebo T. Sú tvorené dvomi kategóriami: 1.transportné služby s prepájaním okruhov prenos užívateľskej informácie v jednom type kanála a prenos signalizácie pre každé spojenie. 2.transportné služby s prepájaním paketov. zahŕňa funkcie pre spracovanie paketov, umožňuje zriadenie virtuálnych spojení, služby bez spojovej orientácie a prenos užívateľskej signalizácie.. Štandardné služby Doporučenia ITU definujú 6 štandardných služieb v ISDN: Telefónne spojenie zabezpečuje prenos a prepájanie hovorového signálu so šírkou pásma 3,1 khz. Komunikácia je obojsmerná, v obidvoch smeroch spojitá. Teletex medzinárodná služba, ktorá dovoľuje účastníkom výmenu korešpondencie vo forme dokumentov kódovaných vo formáte Teletex. Videotex v ISDN je rozšírením klasickej videotex služby (podobná komunikácii terminálu s mainframe serverom) obohatenej o retrieval a mailbox službu. Retrieval služba vo všeobecnosti znamená možnosť prístupu k banke dát pomocou telekomunikačnej siete. Telex zabezpečuje interaktívnu textovú komunikáciu. Doplnkové služby rozširujú základné služby, nemôžu byť poskytované samostatne, počet nie je konečný, rozširuje sa podľa potreby. Telefónia IP Telefónia IP je služba založená na technológii VoIP (Voice over IP) umožňujúcej prenos hlasu v dátových sieťach s prepájaním paketov a založených na protokole IP. Základom IP telefónie je: - pripojenie do IP siete, - kodek, -prenos hlasu v sieťach IP. 50

51 Pripojenie do siete IP Kvalita pripojenia, jednotlivca alebo firmy do siete IP veľmi závisí od parametrov spojenia, ako je oneskorenie, šírka pásma, chybovosť či skreslenie. Možnosti realizácie IP telefónie: - prípojka cez technológie ADSL alebo SHDSL, - prípojka cez sieť káblovej televízie CATV, - bezdrôtové prípojky vo vyhradených pásmach, - prenajaté okruhy. Vývojové fázy telefónie IP 1. Telefón IP Používali sa samostatné telefóny IP vo forme softvérových aplikácii na PC a ešte nebolo realizované spojenie cez sieť VTS. Cieľom tejto fázy bolo odskúšať možnosť telefónie IP prepojením cez sieť IP. Obr.č.42: Prepojenie telefónov IP cez sieť s protokolom IP 2. Prepojenie cez sieť VTS V tejto fáze s prepojením cez sieť VTS sa realizovali dva modely: Model prepojenia pobočkových spojovacích systémov cez sieť VTS sa realizuje v korporatívnom segmente, teda v rámci firemných sietí, a prepája pobočkové spojovacie systémy geograficky vzdialených miest, kde má firma pobočky 51

52 Obr.č.43: Model prepojenia pobočkových spojovacích systémov cez sieť VTS 3. Centrex IP V tejto fáze sa ponúka telefónia IP ako plnohodnotná náhrada telefónnych prípojok a klasických pobočkových spojovacích systémov. Na spoločnom širokopásmovom pripojení sa poskytujú všetky služby - hlasové, aj prístup na Internet. Pripojenie analógových prípojok a faxových zariadení sa musí vykonať cez bránu s analógovým rozhraním, pretože Centrex IP je založený na poskytovaní služieb prednostne cez sieť IP. Obr.č.44: Centrex IP 52

53 Otázky a úlohy Čo znamená skratka ISDN? Aký bol vývoj sietí? Ako delíme telekomunikačné služby? Vysvetlite rozdiel medzi službami s prepájaním okruhov a službami s prepájaním paketov. Vymenujte štandardné služby. Čo rozumieme pod pojmom IP telefónia? Oznamovacie vedenia Oznamovacie vedenie slúži na prenos signálov, ktoré nesú isté informácie. Podľa fyzickej formy signálov rozlišujeme vedenia metalické a optické. Metalické vedenia Sú vhodne realizované sústavy medených vodičov a káblov, prenášajú jednosmerné signály a signály s nízkymi a vysokými frekvenciami. Zjednodušene sa vedenie považuje za homogénne vedenie, uvažuje sa, že má vo všetkých častiach rovnaké elektrické vlastnosti, parametre sa udávajú na 1m dĺžky vedenia. Z hľadiska symetrie vedenia voči zemi sú vedenia: symetrické vedenie je tvorené dvojicou signálových vodičov so zhodnými parametrami ( meď, bronz, hliník, oceľ) v základnom usporiadaní: symetrický pár je to dvojica stočených vodičov v kábli krútená dvojlinka, dvojica paralelných vodičov zavesených na izolátoroch nesymetrické jeden signálový vodič, spoločný zemniaci vodič, koaxiálny pár dvojica súosových vodičov Obr.č.45: Konštrukcia metalického kábla 53

54 Podľa uloženia sa delia vedenia na: nadzemné vedenia sú realizované zavesením vodičov na nosných podperách stĺpoch, ich prenosové vlastnosti závisia od poveternostných vplyvov a do veľkej miery sú ovplyvňované elektromagnetickými poľami od iných rušivých zdrojov. káblové vedenia sú uložené v zemi, čím sú chránené proti klimatickým vplyvom, mechanickému poškodeniu a čiastočne proti elektromagnetickému rušeniu, symetrické káblové vedenia a koaxiálne káble. Obr.č.46: Náhradná schéma základnej časti homogénneho vedenia Vedenie možno nahradiť elektrickým obvodom s rozloženými parametrami. Celé vedenie dĺžky l môžeme rozdeliť na elementárne časti dĺžky Δl. Charakteristické parametre homogénneho vedenia sú tzv. primárne parametre merný odpor R [Ω/km], merná indukčnosť L [mh/km], merná kapacita C [nf/km] a merný zvod G [μs/km]. Pri prenose harmonického signálu prechodom prúdu cez pozdĺžnu časť impedancie R a L dochádza k úbytku napätia a v priečnej časti G a C vzniká úbytok prúdu: ΔU = I.( R + jωl )Δl ΔI = U (G + jωc )Δl Prenosové vlastnosti homogénneho vedenia popisujú sekundárne parametre relatívna zmena prúdu a napätia v každom elemente na jednotku dĺžky vyjadrená vlnovou mierou prenosu γ. Sekundárne parametre závisia od primárnych parametrov a od frekvencie, udávajú sa na 1 km dĺžky. Špecifický posun α [rad/km], ktorý udáva uhol medzi fázorom napätia (prúdu) na začiatku a vo vzdialenosti 1 km vedenia. Špecifické tlmenie β [db/km], udáva aká časť signálu sa utlmí na 1km. Špecifický prenos γ je opak tlmenia, udáva aká časť signálu sa prenesie na 1km. Impedancia Z [Ω] je odpor vedenia, závisí od frekvencie. 54

55 Optické vedenie vlákna Prenosové parametre optických vlákien Merný útlm vlákna - prejavuje sa ako pri metalických vodičoch, označuje sa α (db/km). Útlm je spôsobený viacerými faktormi: - vlastná absorbcia - je to absorbcia výkonu svetla na vlastných molekulách optického materiálu, vzhľadom na to sú súčasné optické systémy prevádzkované v okolí troch vlnových dĺžok 850, 1300, 1500 nm. - nevlastná absorbcia - absorbcia svetla na nečistotách - lineárny rozptyl - tento spôsobuje hlavnú zložku útlmu, jeho hodnota klesá so štvrtou mocninou vlnovej dĺžky vlákna, optické vlákna vykazujú menší útlm pre väčšie vlnové dĺžky - nelineárny rozptyl - pri časti optického žiarenia sa pri prenose zmení vlnová dĺžka, toto žiarenie sa prejaví ako prídavný útlm - straty mikroohybmi - polomery ohybu vlákna sú milimetre a menšie, závisia od výroby vlákna a jeho inštalácie do optického kábla, pri jednovidových vláknach pri nevhodnej technológii môžu značne zvýšiť útlm - straty makroohybmi - vznikajú pri nevhodnej inštalácii optického kábla, sú rádovo desiatky milimetrov, minimálna hodnota polomeru ohybu sa udáva často ako katalógový údaj. Disperzia optického vlákna - je to parameter, ktorý charakterizuje vlákna z hľadiska prenosovej rýchlosti. Pri vyslaní pravouhlého impulzu do vlákna sa tento postupne rozširuje a zmenšuje sa špičková veľkosť výkonu, pri vysokých prenosových rýchlostiach sa impulzy vzájomne prelínajú na výstupe vlákna, prijímač nie je schopný správne rozlíšiť prijatý impulz. S disperziou súvisí šírka prenosového pásma, disperzia rastie s dĺžkou vlákna priamo úmerne, takže po trase sa šírka pásma zmenšuje (príklad: Vlákno má súčiniteľ šírky pásma 500MHz/km, na dĺžke trasy 10 km je možné očakávať výslednú šírku pásma len 50 MHz). Disperzia má viacej zložiek: a) Vidová disperzia prevažuje pri mnohovidových vláknach každý lúč dorazí vďaka rozdielnosti ich dĺžiek dráh na koniec vlákna v inom časovom okamihu. b) Chromatická disperzia je spôsobená tým, že jednotlivé vlnové dĺžky sa šíria vláknom odlišnou rýchlosťou, táto disperzia závisí od šírky spektra vyžiareného zo zdroja. 55

56 Použitie vlákien mnohovidové so skokovou zmenou indexu lomu sú vhodné pre krátke trasy prenos medzi budovami, miestnosťami, s ;malým nárokom na šírku pásma, výhodou je nižšia cena - mnohovidové gradientné v súčasnosti pre aplikácie v LAN - jednovidové vlákna pre dlhé trasy a veľké prenosové rýchlosti v telekomunikáciách, budenie prevažne polovodičovým laserom pre zmenšenie disperzií Obr.č.47: Snellov zákon odrazu a lomu: a) odraz a lom od kolmice, b) totálny odraz. Optické konektory Konektory na spájanie optického vlákna musia spĺňať podmienky - plochy optických vlákien musia byť rovné a presne na seba dosadať - musí byť zabezpečená súostrosť vlákien - spoj sa musí znehybniť, slúžia na to ochranné krúžky -po rozpojení musí byť vlákno zakryté - spájanie môže byť skrutkové alebo zaklápacie 56

57 Obr.č.48: Najčastejšie používané typy optických konektorov Otázky a úlohy Popíšte konštrukciu metalického kábla. Nakreslite elektrickú náhradnú schému metalického vedenia. Vymenuj primárne a sekundárne parametre metalických vedení. Vymenuj parametre optických vlákien. Ako sa šíri signál v optickom vlákne? Aké druhy optických vlákien poznáme? Vrstvy OSI Na zjednotenie existujúcich technológií používaných na prenos informácie bol navrhnutý a uvedený do praxe systém OSI otvorený integrovaný systém. V rámci systému je prenos informácie rozdelený na určité funkcie, ktoré sú označované ako vrstvy. V každej vrstve je možné riešiť realizáciu príslušnej funkcie rozličným spôsobom. Pri prechode z vrstvy do vrstvy však musia byť striktne dodržané medzivrstvové protokoly. Protokoly definujú mechanické, elektrické a funkčné parametre rozhrania. 57

58 1. Fyzická vrstva - bitový prenos po fyzickom médiu Táto vrstva tvorí fyzické rozhranie medzi koncovým zariadením používateľa a prenosovým médiom. Jej úlohou je preniesť tok bitov cez prenosové médium. Na tejto vrstve pracujú rozbočovače (hub) a opakovače (repeater). 2. Linková vrstva - protokoly na úrovni dátového rámca Úlohou linkovej vrstvy je prenášať bity správ medzi koncovými zariadeniami v skupinách, ktoré sa nazývajú rámce, detekovať a korigovať chyby prenosu, ktoré sa vyskytnú vo fyzickej vrstve, napríklad opakovaním dát, a tým prípadne maskovať nedostatočnú kvalitu prenosu. Na tejto vrstve pracujú napríklad mosty a prepínače 3. Sieťová vrstva - tvorba spojení prepájaním okruhov alebo paketov Zabezpečuje smerovanie informácií podľa toho, ako sú zväzky okruhov vyťažené, podľa chybovosti atď. Adresná schéma je logická, to znamená, že jej hodnoty volí sieťový technik, a je hierarchická. Na tejto vrstve pracuje napríklad smerovač. Služby vrstiev 1 až 3 sú orientované sieťovo. 4. transportná vrstva - kontrola chybovosti prenosu, úprava dĺžky paketov. Zabezpečuje optimálny prenos informácií medzi systémami používateľov podľa typu telekomunikačnej služby, napríklad s oneskorením.jej cieľom je poskytovať transparentný prenos medzi koncovými používateľmi, čím zbavuje tejto povinnosti vyššie vrstvy; dbá o spoľahlivosť dátového spojenia. Niektoré protokoly sú orientované spojovo, čo znamená, že vrstva je schopná sledovať a znova posielať pakety, ktoré nie sú správne doručené. Príkladom je protokol TCP používaný v sieti Internet. Služby vrstiev 1 až 4 sú orientované prenosovo. 5. Relančná vrstva - určuje, kto s kým bude komunikovať, zabezpečuje prenos pri výskyte chýb. Poskytuje mechanizmus správy dialógu medzi aplikačnými procesmi koncového používateľa. Riadi komunikáciu vybudovaním, rozpojením aj kontrolou logického spojenia, napríklad medzi programom mikroprocesorov koncovom zariadení a databankou v serveri s cieľom preniesť informácie. Umožňuje riadenie korekcie chýb pri prenose, ktoré neboli odstránené v transportnej vrstve opakovaným prenosom, napríklad jednej strany textu. 58

59 6. Prezentačná vrstva - určuje prevod formátov a kódov dát (ak sú rôzne), komprimovanie a šifrovanie prenosov. Obsahuje funkcie súvisiace s tvarom informácie, ako je tvar písma, grafická úprava, formát a štruktúra dokumentu. Príkladom môže byť konverzia súboru s EBCDIC kódovaním na kódovanie ASCII. 7. Aplikačná vrstva - plní priame požiadavky používateľov, tvorí nástroje na prenos dát. Je najvyššou vrstvou referenčného modelu. Implementuje rozhranie aplikačných procesov a poskytuje im služby. Špecifikuje koncový systém v jeho záväzných parametroch. Zabezpečuje i riadenie komunikačného procesu z hľadiska vyhodnocovania údajov, ktoré súvisia s prenášanou správou, ako je druh správy, požiadavky na kvalitu, adresa komunikačného partnera, oprávnenie či ochrana dát. Príkladom spoločných aplikačných služieb môže byť virtuálny súbor, virtuálne koncové zariadenie (napríklad telnet) a pod. Obr.č.49: Model otvorených systémov prepojenia RM OSI 59

60 Otázky a úlohy Vysvetli skratku OSI systém. Prečo bol zavedený systém OSI? Koľko vrstiev rozlišujeme v rámci OSI systému? Ktoré vrstvy zabezpečujú prenos? Ktoré vrstvy pracujú v rámci siete? Družicové spoje Družicové spojenie využíva mikrovlnovú frekvenčnú oblasť pri šírení elektromagnetickej vlny v zemskej atmosfére. Úlohou je nájsť na spojenie Zem- družica- Zem také frekvenčné pásmo, ktoré bdue z hľadiska strát pri prenose prijateľné. Príslušné pásmo sa musí voliť aj s ohľadom na prípadné rušenia, ktoré môžu pri príjme v danom frekvenčnom pásme vyskytnúť. Obr.č.50: Družica Obežné dráhy družíc Družica obieha okolo Zeme po kruhovej alebo eliptickej dráhe. Rovina obežnej dráhy zbiera s rovinou rovníka určitý uhol. Tvar dráhy, jej rozmery aj rovina, v ktorej leží, rozhodujú o tom, či a ako ju bude vidieť z istých dvoch bodov. Kozmické komunikácie používajú štyri základné druhy telekomunikačných družíc: GEO (geostacionárnej Earth Orbit) - geostacionárnej družice, ktorých obežná dráha je vo výške cca km, doba obehu je zhodná s rýchlosťou otáčania Zeme, pre pozemského pozorovateľa sú teda nehybné. 60

61 MEO (Medium Earth Orbit) - družice so strednou kruhovou dráhou, výška km, doba obehu okolo 5-10 hodín. LEO (Low Earth Orbit) - družice s nízkou kruhovou dráhou, obežná dráha týchto družíc sa nachádza vo výške zhruba km, doba obehu je minút. Umiestnenie telekomunikačných družíc na obežnej dráhe okolo Zeme obmedzujú takzvané Van Allenove pásy VAP (obr.51). Sú to pásma s vysokou energiou. Vznikajú pôsobením magnetického poľa Zeme, ktoré zachytáva elektróny a ionizované častice vznikajúce pôsobením slnečného žiarenia. Obr.č.51:Obežné dráhy družíc Využitie... snimanie pocasia gps Využitie umelých družíc: 1.meteorologické družice -sledujú vodné zrážky, búrky, oblaky, merajú teploty na pevnine i na mori 2.telekomunikačné družice -prenášajú televízne signály a telefonické hovory 3.špionážne družice - pozorujú vojenské ciele z malých výšok a vysielajú do pozemných staníc podrobné snímky sledovaných objektov 61