Elektrická energie a přenos informací

Transkript

1 Historický přehled přenosu informací Principy přenosu informací po vedeních Princip činnosti mobilní sítě GSM ESEM4/ 1

2 HISTORICKÝ PŘEHLED ZPŮSOBŮ PŘEDÁVÁNÍ ZPRÁV 1184 př.n.l. První doložený přenos zprávy pomocí kouřových signálů 450 př.n.l. - Kloexénis a Demokritos rozdělili abecedu do 5 skupin po 5 písmenech. Počet mávnutí pravou rukou znamenal pořadí skupiny písmen. Počet mávnutí levou rukou znamenal pořadí písmene ve skupině 150 př.n.l. - vytvoření 4500 km dlouhé kouřové telegrafní sítě říše Římské ESEM4/ 2

3 TELEGRAF Telegrafie (z řeckých slov TELE = daleký a GRAPHO = psaní) telekomunikační metoda umožňující dopravování textových zpráv na velkou vzdálenost. OPTICKÝ TELEGRAF 1684 Robert Hook Zařízení ve tvaru dřevěné brány, s trojúhelníkovým terčem, posouvaným a natáčeným soustavou lan a kladek. Polohám trojúhelníku přiřazena písmena a číslice 1793 Claude Chappe Semaforový telegraf. Systém se skládal z věží, na nichž byla na stožáru umístěna pohyblivá ramena. Kombinací natočení ramen bylo možno zakódovat až 196 různých znaků. Věže byly postaveny na dohled a vzájemně si předávaly zprávy. Tento systém vydržel až do objevu elektrického telegrafu. ESEM4/ 3

4 Telegrafní linka Paříž Lille mechanicko-optický telegraf ESEM4/ 4

5 ELEKTRICKÝ TELEGRAF 1809 Sömmerringův elektrický telegraf s elektrolytickou detekcí znaků (paralelní přenos znaků 35 vodiči) ESEM4/ 5

6 1833 jehlový telegraf Gausse a Webera (jako indikátor znaků použit citlivý galvanoměr) Sériový přenos znaků po dvou vodičích ESEM4/ 6

7 Schéma Gaussova-Weberova jehlového telegrafu s abecedou ESEM4/ 7

8 1840 Elektrický zapisovací telegraf Samuela Finleye Morseho ESEM4/ 8

9 Elektrický zapisovací telegraf ESEM4/ 9

10 DALŠÍ MEZNÍKY 1848 Werner Simens položil základ výrobě kabelů (stroj na potahování vodičů gumovou izolací) 1850 Telegrafní spojení Berlín Ostende a Dover Calais pod kanálem La Manche Současnost teletex, telefax, tel. modem, ASDL - internet radiomajáky radioamateři (systém CW) ESEM4/ 10

11 TELEFON TELEFON (řecky: tele = vzdálený a fon = hlas) je telekomunikační zařízení, které přenáší hovor prostřednictvím elektrických signálů. Existují i telefony založené na neelektrických principech. TELEFON NA NELEKTRICKÉM PRINCIPU Trubkový telefon. První známý popis je z roku 968, podle něhož čínský vynálezce Kung-Foo-Whing využil roury k hovoru na dálku. Trubkové telefony se uplatnily v lodní dopravě, kde umožnily relativně spolehlivé zvukové spojení oddělených částí lodi. Lankový telefon. Je tvořen dvěma membránami, spojenými napnutým provazem, nití nebo strunou. Chvění jedné membrány je strunou přenášeno na druhou membránu. ESEM4/ 11

12 ELEKTRICKÝ TELEFON 1849 Antonio Mercucci - Ital Elektromagnetický systém mikrofon/sluchátko. Zvuk rozkmital membránu s permanentním magnetem v cívce, která převedla pohyb na elektrický proud. Ten pak byl přenesen dráty do stejného zařízení, které jej přeměnilo zpět na zvuk. Výhodou tohoto systému byla vysoká věrnost přenášeného zvuku, nevýhodou naopak nízká hlasitost a malý dosah Johan Philipp Reis - Němec Jemný kontakt - jehla přerušoval podle pohybu membrány proud. Přenos pouze nedokonalý dvoustavový (proud teče/neteče) a nikoliv alalogový. Bylo možné přenášet pouze tóny nebo nezřetelný šepot, nikoliv složitěji strukturovaný zvuk, jako například lidský hlas. Navíc byl přístroj velmi citlivý na pečlivé nastavení jehly. ESEM4/ 12

13 1874 Poul la Cour - Dán Vibrující vidlicová ladička přerušovala proud. Na druhém konci linky elektromagnet přitahoval rameno druhé stejné ladičky a ta vydávala stejný tón. Zároveň probíhal i zápis tohoto tónu na papír pomocí telegrafního přístroje Elisha Gray - Američan Vibrující ocelový jazýček přerušoval proud, který na druhém konci linky pomocí elektromagnetu rozvibroval stejně naladěný jazýček u jeho pólů. Kapalinový mikrofon jehla ponořovaná do kapaliny regulovala proud ESEM4/ 13

14 1874 Bellův telefon ESEM4/ 14

15 VYNÁLEZ UHLÍKOVÉHO MIKROFONU ( Edison, Hughes a Berliner) K uhlíkový váleček se zářezy m - uhlíková membrána uz uhlíková zrna Dopadajícím akustickým vlněním se mění elektrický odpor mikrofonu ESEM4/ 15

16 Kolem roku 1880 byly postaveny prvé telefonní ústředny s manuálním přepojováním hovorů Telefonní ústředna v Paříži ÚP ÚP ÚV ÚV ÚV ÚV TÚ ÚV ÚP ÚP ÚV ÚP ÚP Od 20. let 20. století automatické místní telefonní ústředny ESEM4/ 16

17 Generace Řízení Bloky Prvky Signál 1 Přímé synchronní Krokové voliče Analogový 2 Nepřímé asynchronní Relé Voliče Relé Motorové křížové voliče Analogový 3 Programové Elektronické Jazýčková relé Pol. prvky Analogový 4 Programové Elektronické Časové pole Digitální 5 Programové (ISDN) Elektronické Mikropočitač Digitální ESEM4/ 17

18 Schéma telefonního přístroje, sluchátka a uhlíkového mikrofonu (70. leta 20. století) ESEM4/ 18

19 Funkce mechanické telefonní číselnice Impulzní volba ESEM4/ 19

20 Funkce telefonní číselnice Tonová volba ESEM4/ 20

21 Sestava současného technického zařízení pro účastnický přenos zpráv UP účastnický přístroj PKV přenosové zařízení pro krátkou vzdálenost PM poslední míle Účastnické vedení mezi účastnickým přístrojem a zařízením spojovací techniky je tzv. poslední míle. Ta může být realizována i bezdrátovým spojem ESEM4/ 21

22 SDĚLOVACÍ KABELY Druhy sdělovacích kabelů: kroucené metalické páry, koaxiální, světlovodné ESEM4/ 22

23 SYSTÉMY PRO VÍCENÁSOBNÉ VYUŽITÍ PŘENOSOVÝCH CEST Kmitočtový multiplex ESEM4/ 23

24 SYSTÉMY PRO VÍCENÁSOBNÉ VYUŽITÍ PŘENOSOVÝCH CEST Časový multiplex Jako přenosová cesta může být použit metalický kabel, optické vlákno nebo rádiový mikrovlnný spoj ESEM4/ 24

25 SYSTÉMY MOBILNÍCH KOMUNIKACÍ GSM (Global System for Mobile communication) Musí řešit problém pohyblivé poslední míle možnost připojení na rozsáhlých území dostatek přístupových kanálů pro místa s vysokou hustotou účastníků bez vzájemného rušení Po dříve používaných systémech s analogovým přenosem signálu se prosadil digitální systém ESEM4/ 25

26 PULZNĚ KÓDOVÁ MODULACE (PCM Pulse-code modulation) Modulační metoda převodu analogového zvukového signálu na signál digitální, vytvořená roku (1937 Alec Reeves). Princip PCM spočívá v pravidelném odečítání hodnoty signálu a jejím záznamu v binární podobě. Určujícími parametry jsou vzorkovací frekvence a jemnost rozlišení jednotlivých hodnot. Vzorkovací frekvence se pohybuje od 8 khz u digitálních telefonních linek ISDN (8000 vzorků za sekundu, o 8 bitech, tj. 64 kbps) přes 44,1 khz u zvukového CD po ještě vyšší hodnoty u profesionálních záznamových zařízení a ovlivňuje kvalitu (tedy kostrbatost ) reprodukovaného záznamu. ESEM4/ 26

27 ZPŮSOBY RÁDIOVÉHO PROVOZU ESEM4/ 27

28 Dvojí frekvence ESEM4/ 28

29 Časové posunutí ESEM4/ 29

30 BLOKOVÉ SCHÉMA MOBILNÍ STANICE PRO SÍŤ GSM ESEM4/ 30

31 Buňkový (celulární)systém ESEM4/ 31

32 STRUKTURA SÍTĚ GSM Při přechodu účastníka do jiné buňky dochází k automatickému přepnutí (i během hovoru)- handover BSC Base station controller řídicí stanice pro svazek základnových stanic BTS Base Transceiver Station základnová stanice MS mobilní stanice ESEM4/ 32

33 V pásmu 900 MHz je to 124 kanálů pro příjem a 124 kanálů pro vysílání duplexním provozem do 915 MHz pro tzv. uplink a MHz pro downlink. 124 kanálů (odstupňovaných po 200 khz od sebe). Pomocí techniky časového multiplexu kanál rozdělen na 8 částí (slotů). Každý slot má časovou délku 15/26 (0,557 ms tj cca 156 bitů). Rozdělení kmitočtového pásma v okolí 1800 MHz na 374 kanálů pro příjem a 374 kanálů pro vysílání mobilních stanic ESEM4/ 33

34 Rozdělení kanálu na sloty Na každý z nich připadá 33,8 kbps Režijní data 11 kbps Hlasová data 22,8 kbps ESEM4/ 34

35 Kódový multiplex (CDMA, Code Division Multiple Access), využito celé frekvenční pásmo, zakódování obsahu několika dílčích přenosů. Každý příjemce si pak z tohoto celku "odkóduje" jenom to, co je určeno jemu (nedokáže dekódovat to, co mu nepatří). ESEM4/ 35

36 Datové přenosy v síti GSM - CSD (Circuit Switched Data). ESEM4/ 36

37 ESEM4/ 37

38 GPRS (General Packet Radio Service) G2,5 Funguje na bázi přenosů "paketů" neboli datových balíčků a sdružování "timeslotů EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) G3 Efektivnější kódování a modulaci signálu než GPRS rozšíření GPRS ESEM4/ 38

39 Otázky pro opakování 3. Na jakém principu pracoval Morseův telegraf 4. Vysvětlete princip Bellova telefonu 5. Jak pracuje uhlíkový mikrofon? 6. Na jakém principu pracují systémy vícenásobného využití vedení? 5. Proč se pro systém mobilní komunikace používá též označení buňková síť? ESEM4/ 39