Transmisja to przesyłanie sygnałów między dwoma lub wieloma punktami oddalonymi w przestrzeni.

(1)

Media transmisyjne Media transmisyjne

Opracował:

Dr inż.. Sławomir KULA

(2)

2

Transmisja i medium transmisyjne Transmisja i medium transmisyjne

Transmisja to przesyłanie sygnałów między dwoma lub wieloma punktami oddalonymi w przestrzeni.

W telekomunikacji sygnały te mają postać fal elektromagnetycznych (radiowych, świetlnych), albo prądu elektrycznego i z reguły

reprezentują inne przetworzone na nie sygnały (np.. mowę, wideo), bądź dane.

Transmitowane sygnały przenoszą energię na odległość

wykorzystując do tego pewną przestrzeń - medium transmisyjne.

(3)

Kanał telekomunikacyjny Kanał telekomunikacyjny

+

Kanał

telekomunikacyjny bez zakłóceń

Kanał telekomunikacyjny (rzeczywisty - z zakłóceniami)

zakłócenia

x(t) y(t)

y(t) = x(t)∗k(t)+z(t) Y(ω) = X (ω)•K (ω)+Z (ω)

Odb Nad

(4)

4

Przykład kanału telekomunikacyjnego Przykład kanału telekomunikacyjnego

Krotnica nadawczaodbiorcza Krotnicanadawczaodbiorcza

Centrala telefoniczna

B Centrala

telefoniczna A

medium transmisyjne

(5)

Systemy transmisyjne a tor transmisyjny Systemy transmisyjne a tor transmisyjny

^*)^*)

Urządzenie

SDH (PDH) Tor transmisyjny

Sygnał elektryczny

albo optyczny

Sygnał elektryczny

albo optyczny

Przewodowy (kabel współosiowy,

skrętka, kabel koncentryczny,

Urządzenia konwertujące

Urządzenie SDH (PDH) Urządzenia

konwertujące

Kabel współosiowy

albo światłowód

Kabel współosiowy

albo światłowód

(6)

6

Media transmisyjne Media transmisyjne

^*)^*)

bezprzewodowe Media transmisyjne

przewodowe

kablowe

światłowodowe metalowe

współosiowe symetryczne drutowe falowodowe

*) Rysunek z książki: Sławomir Kula;

Systemy teletransmisyjne. WKŁ, 2004

(7)

Para przewodów symetrycznych Para przewodów symetrycznych

^*)^*)

l

d

φ D

(8)

8

Budowa kabla koncentrycznego (współosiowego) Budowa kabla koncentrycznego (współosiowego)

^*)^*)

osłona

dielektryk

Żyła albo linka

oplot miedziany

ekran

*) Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe xDSL (w przygotowaniu)

(9)

Budowa kabla światłowodowego Budowa kabla światłowodowego

^*)^*)

tuba (płaszcz)

Włókno optyczne wzmocnienie

powłoka D

d

(10)

10

Budowa falowodu

(11)

Budowa kabla telekomunikacyjnego Budowa kabla telekomunikacyjnego

^*)^*)

osłona

zapora przeciw wilgotnościowa

wypełnienie

ekran wiązka

żyła pancerz

Izolacja żyły

(12)

12

Budowa kabla telekomunikacyjnego Budowa kabla telekomunikacyjnego

^*)^*)

Kabel czwórkowy, pęczkowy

Kabel parowy warstwowy

(13)

Budowa kabla teleinformatycznego Budowa kabla teleinformatycznego

^*)^*)

UTP FTP STP

Izolacja żyły

żyły

powłoka ekran

żyła uziemiająca folia

estrofolowa

ekran pary

(14)

14

Pasmo przepustowe (kable teleinformatyczne) Pasmo przepustowe (kable teleinformatyczne)

amerykańska normy EIA/TIA europejska normy ETSI pasmo [MHz]

Kategoria 1 Klasa A 0,1

Kategoria 2 Klasa B 1

Kategoria 3 Klasa C 10

Kategoria 4 Klasa C 16

Kategoria 5 Klasa D 100

Kategoria 6 Klasa E 250

Kategoria 7 Klasa F 600

(15)

Para przewodów symetrycznych Para przewodów symetrycznych

^*)^*)

l

d

φ D

(16)

16

Model linii Model linii

^*)^*)

R L

G C

R L

G C

R L

G C

10 > λ l

Linia długa

Inaczej: przesunięcie fazy sygnału po przejściu przez linię nie jest większe niż 0,1 kąta pełnego

(17)

Równanie linii długiej Równanie linii długiej

^*)^*)

x x i + i ∆

δδ

x x u + u ∆

δ δ

R∆x L ∆x

G∆x C∆x u

i

∆x

x x+∆x czwórnik

t C u x Gu

i

t L i x Ri

u

δ δ δ

δ δ

δ

+

=

−

+

=

−

¸ ¹

¨ ·

©

§ + ∆

∆

¸ +

¹

¨ ·

©

§ + ∆

∆

¸ =

¹

¨ ·

©

§ + ∆

−

∆ +

∆

¸ =

¹

¨ ·

©

§ + ∆

−

x x u u

dt x d C x x

u u x G x x

i i i

t x i L xi R x x

u u u

δ δ δ

δ δ

δ

δ δ δ

δ

(18)

18

Linie pola elektrycznego i magnetycznego Linie pola elektrycznego i magnetycznego

^*)^*)

H

E

x . _x

E H

linia symetryczna linia koncentryczna

z y

x

E_x = H_x = 0

E

_r

= H

_φ

= 0

kierunek ruchu falowego energii elektromagnetycznej

(19)

Parametry pierwotne linii Parametry pierwotne linii

Rezystancja jednostkowa R [Ω/km]

) ( R ₀ R _n R _b R _p R = χ + + +

» ¼

« º

¬

ª +

¸¸¹ ·

¨¨© § −

≅ µ

φ ^q

L 0 , 1 4 ln 2 d 1

Indukcyjność jednostkowa L [mH/km]

Z reguły poniżej 2 mH/km

Z reguły w zakresie

od kilkudziesięciu

do kilkuset Ω/km

(20)

20

Efekt naskórkowości w parze symetrycznej Efekt naskórkowości w parze symetrycznej

^*)^*)

prąd stały prąd zmienny: f

₁

f

₂

(f

₂

> f

₁

)

(21)

Parametry pierwotne linii Parametry pierwotne linii

, 10 ln

36 ⋅

3

 

 

≅

φ α ε C D

Pojemność jednostkowa C [µF/km]

kf G

G ≅

₀

+

Konduktancja jednostkowa G [µS/km]

Praktycznie nie zależy od częstotliwości, zawiera się w zakresie od 25 do 50 nF/km

Silnie zleży od warunków

(wilgotności) i częstotliwości,

zawiera się w zakresie od kilkuset

(22)

22

Symetria pojemnościowa linii symetrycznej Symetria pojemnościowa linii symetrycznej

^*)^*)

C

₁

C

₃

C

₂

C

₃

C’

Wzajemna pojemność cząstkowa

4 3

2 1

3 2 4

' 1

C C

C C C

C C

+ +

+

= −

(23)

Zjawiska związane z przesyłaniem sygnałów Zjawiska związane z przesyłaniem sygnałów

^*)^*)

E ZN

odbicia

nadajnik U N

ZO

odbiornik

odbicia

tłumienie i dyspersja

odbicia odbicia

tłumienie przeniki

zakłócenia zewnętrzne

przeniki

(24)

24

Parametry wtórne linii Parametry wtórne linii

Impedancja falowa (charakterystyczna) linii

)]

( 2 )

( )][

( 2 )

( [ )

( )

(

) ; ( 2 )

(

) ( 2 )

) ( (

f fC j

f G f

fL j

f R f

j f

f

f fC j

f G

f fL j

f f R

Z

C

π π

β α

γ

π π

+ +

= +

=

+

= +

Współczynnik przenoszenia (tamowność)

α(f) - tłumienność jednostkowa, , β(f)

-

przesuwność jednostkowa

(25)

Impedancja charakterystyczna – metoda pomiaru Impedancja charakterystyczna – metoda pomiaru

^*)^*)

R L

G C

R L R L

Z_C

Z_C Z_C

∞

→ G C G C l

G C G C G C

R L R L R L

(26)

26

Moduł i argument impedancji falowej Moduł i argument impedancji falowej

^*)^*)

ZC

f

Skala liniowa [Hz]

C L G

R f

Skala liniowa [Hz]

)

C( f ϕ

LC π RG 2

Skala liniowa

0

(27)

Moduł i argument stałej propagacji Moduł i argument stałej propagacji

^*)^*)

} γ { f

f

Skala liniowa [Hz]

RG

LC arctg

Skala liniowa f

Skala liniowa [Hz]

) ζ( f

4

−π

Skala liniowa

(28)

28

Tłumienność i przesuwność jednostkowa Tłumienność i przesuwność jednostkowa

^*)^*)

) α ( f

f

Skala liniowa [Hz]

RG

¸¸¹·

¨¨©§ +

L G C L R C 5 , 0

Skala liniowa

) β ( f

f

Skala liniowa [Hz]

LC πf

a Skalliniowa 2

(29)

Transmitancja linii Transmitancja linii

^*)^*)

R L

G C

R L

G C

R L

G C

Napięcie indukowane w odbiorniku, gdy Z_C=Z_O

Transmitancja

U_N Z_O U_O(f)

) (

) ( )

( -

) (

) ( )

, (

; e

) , (

f l

l f N O

x f N

e f H

e U f

U f

l U U

f x U

γ

γ γ

−

=

(30)

30

Prędkość fazowa i grupowa Prędkość fazowa i grupowa

Prędkość fazowa v to prędkość z jaką poruszają się punkty ekwifazowe w linii:

x t=t

₁

x t=t

₂

Prędkość grupowa v_g opisuje zmiany prędkości fazowej w zależności od ω:

f

= v λ

β ω d v

_g

= d

β

= ω

∆

= ∆

t

v x

(31)

Linia

Linia niezniekształcajaca niezniekształcajaca (zrównoważona) (zrównoważona)

Tłumienność jednostkowa Prędkość fazowa

const )

( f = RG =

α ^v ⁽ ^f ⁾ ⁼ ^v

^g

⁽ ^f ⁾ ⁼ _LC ¹ ⁼ ^const

Linia niezniekształcająca, to taka linia, która nie wprowadza zniekształceń amplitudowych ani fazowych, a więc spełniająca

następujące warunki:

ω LC β =

C R L

Z

_C

=

₀

=

Przesuwność jednostkowa Impedancja charakterystyczna

(32)

32

Niedopasowanie Niedopasowanie

^*)^*)

E

nadajnik odbiornik

C O

O

C N

N

Z Z

+

= − ρ

+

= − ρ

l f O N

C C

e e Z

Z f Z

H ₂ ₍ ₎

) (

1

) 1 ) (

( ₋ _γ

γ

−

ρ ρ

− ρ +

= +

Z

_C

Z

_O

linia

U

_N

U

_O

transmitancja współczynniki odbicia

Z

_N

(33)

Odbicie w linii zwartej

Odbicie w linii zwartej półfalowej półfalowej

^*)^*)

2 k λ l =

E Z_N

Z_C kabel

nadajnik U N

x

= 0 ZO

) (x U

0 λ 2λ 3λ 4λ

(34)

34

Odbicia w linii rozwartej

Odbicia w linii rozwartej półfalowej półfalowej

^*)^*)

*) Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe xDSL (w przygotowaniu) E

Z_N

Z_C kabel

nadajnik U N U O

x

0 λ 2λ 3λ 4λ

∞

O = Z )

(x U

2 k λ l =

(35)

Przeniki

Przeniki między liniami o długości między liniami o długości dx dx

^*)^*)

Linia 1

Linia 2

. 2d

d 1 2 ) 1 d (

dU₂ x+ x = Z_C I_C − U_L

, ' j

oraz

1 Z L l

Z << >> ω dI_C ≅ jωC'U₁ (x) ,

IC

d x

C d` L d` x

UL

d

x d

) d

2(x x

U +

)

2(x U

)

1(x U

x ^{x d}⁺ ^x

IC

d ^U¹⁽^x⁺^d^x⁾

x C d`

(36)

36

Odcinek linii długiej o długości

Odcinek linii długiej o długości dx dx

^*)^*)

Linia 1

Linia 2

. )

0 ) (

(

, )

0 ( )

(

1 1

x C

N

x N

Z e x U

I

e U

x U

γ

− γ

−

=

. ' )]

( '

[ 2 j

) 1 0 (

) d (

d )

( )

(

1

0

2 ) ( 2

C C

l N

l x

x

x l FEXT

Z Z L

C l e

U

x x

U e

l U

−

⋅

=

= +

=

−

=

−

³

−

ω

γ

' )]

( '

[ 2 j 1

1 )

( ) (

' )]

( '

[ 2 j

1

1 )

( ) 0 (

2 2

1 2

C C FEXT

FEXT N

C C FEXT x

FEXT N

Z Z L

C l l

U

l SNR U

Z Z L

C l le

U A U

−

=

−

=

−

ω ω ^γ

*) Rysunek z książki: Sławomir Kula; Przewodowe systemy dostępowe xDSL (w przygotowaniu) IC

d x

C d` L d` x

UL

d

x d

) d

2(x x

U +

)

2(x U

)

1(x U

x ^{x d}⁺ ^x

IC

d ^U¹⁽^x⁺^d^x⁾

x C d`

(37)

Zakresy fal świetlnych Zakresy fal świetlnych

^*)^*)

λ [m]

10^-1 10-2 10^-3 10-4 10^-5 10^-6 10^-7 λ [nm]

920 860

Komunikacja satelitarna, dioliniera Podczerwień światłowody FSIRłąśćczno Światło widzialne Ultrafiolet

Podczerwień

*) Rysunek z książki: Sławomir Kula;

Systemy teletransmisyjne. WKŁ, 2004

(38)

38

Światłowód i rozchodzenie fali świetlnej Światłowód i rozchodzenie fali świetlnej

Profil skokowy

Profil gradientowy

dD

Jednomodowy skokowy

Wielomodowy skokowy

Wielomodowy gradientowy

D=125 µm d= 10 µm

D=125 µm d= 50 µm

(39)

Przenikanie i odbicie fali świetlnej Przenikanie i odbicie fali świetlnej

α₂

α₁ α₁

n₂

n₁

n_o=1 n_p n_r

płaszcz

rdzeń

2 2 1 2

1 1 2

2 2

1 1

sin

sin sin sin

n n

NA

n arc n

n n

m c

−

=

α α

α

α α

α_c α_c α_a

α

NA - apertura numeryczna

a

_c

- kąt krytyczny

(40)

40

Tłumienność światłowodu Tłumienność światłowodu

1250 1350 1450 1550 1650 0,6

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

O E S C L U

długość fali [nm]

światłowód jednomodowy

światłowód jednomodowy o poprawionych parametrach

tłumienność {dB/km]

(41)

Nadajniki optyczne Nadajniki optyczne

100 nm 3 nm << 1 nm

LED MLM SLM

(42)

42

Dyspersja chromatyczna Dyspersja chromatyczna

t

∆ x

x ∆ ^x = ^t [ ^v 1 ( ) λ 1 − ^v 2 ( ) λ 2 ]

(43)

Dyspersja światłowodu Dyspersja światłowodu

30 20 10 0 -10 -20 -30

O E S C L U

1300 1400 1600 1500

dyspersja [ps/nm*km} ujemna dyspersja

dodatnia dyspersja

nie przesunięta dyspersja

(44)

44

Dyspersja polaryzacyjna Dyspersja polaryzacyjna

t

x

∆x

∆t

v_z

v_y y

x z

Impulsy nadawane Impulsy odbierane

( )

z y

y z

v x v

t x

v v

t x

−

=

∆

−

=

∆

(45)

Dyspersja

Dyspersja modowa modowa

x

y x

z x₁

x₂

x₃ x₀

(46)

46

Propagacja fal radiowych Propagacja fal radiowych

• fala bezpośrednia

• fala odbita od powierzchni ziemi albo przeszkody

• fala odbita od troposfery albo jonosfery

• fala załamana

• fala ugięta

(47)

Rozchodzenie się fal radiowych w wolnej przestrzeni Rozchodzenie się fal radiowych w wolnej przestrzeni

π λ

π ⁴

4

2 2

R T

G R

G P = P ⋅

] [

log 20

] [

log 20

44 , 32 log

10 ]

[

₁₀

P

₁₀

R km

₁₀

f MHz

dB

L =

^T

≈ + +

Zakładając:

G

_R

= G

_T

= 1

mamy:

−

λ R G G P P

T R T

R moc w odbiorniku [W] : moc nadajnika [W] :

sprawność anteny odbiorczej [W] : sprawność anteny nadawczej [W] : odległość od anteny nadawczej [m] : długość fali [m] :

(48)

48

Rozchodzenie się fal radiowych Rozchodzenie się fal radiowych

α α

D

d₁ d₂

D

d₁ d₂ β

γ

Odbicie fali Załamanie fali

(49)

Ugięcie (refrakcja) fal radiowych Ugięcie (refrakcja) fal radiowych

standardowa refrakcja k=4/3

superrefrakcja k>2

dukt k<0

 

 

 + 

=

dh r dn k

1

(50)

50

Strefy

Strefy Fresnela Fresnela

A B

d₁ d₂

D F₁

F₁

F₁ F₁

fD d F

_n

= 17 , 3 nd

¹ ²

H

(51)

Zależność tłumienności od wysokości przeszkody Zależność tłumienności od wysokości przeszkody

0 0,6F₁

F₁ F₂ F₃ F₄ -6

0

Tłumienność względem wolnej przestrzeni [dB]

H-h_p

H h_p

h=0 h<0 h>0

D