Post on 21-Feb-2020
Sveučilište u Zagrebu
FAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI
Zavod za informacijsko-komunikacijski promet
Katedra za tehniku informacijsko-komunikacijskog prometa
Kolegij:
Sveučilište u ZagrebuFAKULTET PROMETNIH ZNANOSTIZavod za informacijsko-komunikacijski prometKatedra za informacijsko komunikacijske sustave i mreže
Kolegij:
Arhitektura telekomunikacijske mreža(ak. god. 2016./2017.)
Osnove transmisijskih sustava1. & 2. dio
prof. dr. sc. Dragan Perakovićdoc. dr. sc. Marko Periša
prof. dr. sc. Slavko Šarić
dr. sc. Ivan Forenbacher
Sadržaj
Uvod
Elektromagnetski spektar
Osnove transmisije
Kriteriji odabira prijenosnih medija
Prijenosni mediji
Prijenosni sustavi
Uvod
o Prikaz različitih transmisijskih sustava koji se koriste u telekomunikacijskim mrežama.
o Transmisijski sustavi su temelj svake telekomunikacijske mreže.
o Transmisijski sustavi su implementirani u različitim segmentima telekomunikacijske mreže.
o Ti segmenti jesu: korisnička mreža (engl. Customer premises), pristupna mreža (engl. Access network) i jezgrena (engl. Core/backbone network).
Uvod (cont.)
Sadržaj
Uvod
Elektromagnetski spektar
Osnove transmisije
Kriteriji odabira prijenosnih medija
Prijenosni mediji
Prijenosni sustavi
Elektromagnetski spektar
o Elektromagnetski spektar se sastoji od raspona frekvencija ili valnih duljina koje se mogu elektromagnetski emitirati.
o Koji je frekvencijski opseg glasa?
o Raspon između najniže i najviše frekvencije se naziva bandwidth.
o Ovisno o vrsti prijenosnog medija, bandwidth može varirati.
o Upotreba band-limiting filtera u transmisijskim sustavima koji propuštaju samo određeni raspon frekvencija.
Elektromagnetski spektar (cont.)
o Frekvencija je mjera koja označava broj kompletnih ciklusa npr. sinusoidalnog vala u jedinici vremena.
Slika 1. Sinusoidalni val.Izvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.
Elektromagnetski spektar (cont.)
Slika 2. Frekvencija (f) i valna duljina (λ)Izvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.
Elektromagnetski spektar (cont.)
Elektromagnetski spektar (cont.)
Elektromagnetski spektar (cont.)
o Što je viša frekvencija vala nosioca, više sinusoidalnih valova jedostupno za manipulaciju i veći je potencijal dostupnog bandwidtha.
o Istovremeno, viša frekvencija vala nosioca, više je podložnaatenuaciji, tj. prigušenju/slabljenju signala.
o Prigušenje signala utječe na iznos prostorne udaljenosti izmeđuodašiljača i prijamnika.
Sadržaj
Uvod
Elektromagnetski spektar
Osnove transmisije
Kriteriji odabira prijenosnih medija
Prijenosni mediji
Prijenosni sustavi
Osnove transmisije
o Transmisijsku sustav omogućuje povezivanje/link dviju udaljenih točaka ili čvora.
o Link može biti: undirekcionalan ili bidirekcionalan.
o Transmisijski sustav uzima ulazni signal (npr. jedan kanal ili skupina kanala) koji se prenosi, pretvara ga u pogodan oblik za slanje prijenosnim medijem, propagira signal do odredišta gdje se vrši konverzija signala u prvotni oblik.
o Koje je osnovno načelo koje treba poštivati kod komunikacija?
Osnove transmisije (cont.)
o Problem komunikacije
Temeljni problem komunikacije je
točno ili aproksimativno u točki
odredišta reproducirati poruku generiranu na izvoru!
Osnove transmisije (cont.)
Slika 3. Najjednostavniji prikaz komunikacijskog sustava
Osnove transmisije (cont.)
Slika 4. Model digitalnog komunikacijskog sustava
Osnove transmisije (cont.)
o IZVOR INFORMACIJA – generira ograničen skup simbola (poruka).
o KODER IZVORA – generirani skup simbola pretvara u oblik pogodanza prijenos i obradu. Sukladno teoriji informacije, cilj je da se sa štomanjim brojem kanalskih bita prenese što je moguće veći brojinformacijskih bita (optimalno kodiranje).
o KODER KANALA – preuzima formirane kodne riječi i dodaje imsistemsku zalihost/redundanciju (zaštitno/sigurnosno kodiranje).
o PRETVARAČ – kodne riječi iz kodera kanala pretvara u oblik koji jenajpovoljniji za prijenos po raspoloživom prijenosnom mediju.
Osnove transmisije (cont.)
o Svi prijenosni mediji na neki način uvode određenu degradaciju signalu koji se prenosi. Najčešće degradacije signala jesu:
• Gubitak snage – zbog apsorpcije, raspršenja, reflektiranja signala.
• Kašnjenje signala – zbog propagacije signala kroz medij.
• Distorzija faze – zbog različitih vremena kašnjenja.
• Distorzija amplitude – rezultira zbog gubitka snage signala.
• Šum – „hvatanje” neželjenog signala generiranog intrinzično od strane prijenosnog medija (npr. termalni šum) kao i šum od vanjskih izvora (npr. crosstalk od susjednih medija)
o Cilj transmisijskog sustava je minimizirati i kompenzirati razna oštećenja signala nastala zbog prijenosnog medija.
Osnove transmisije (cont.)
o U digitalnom prijenosu javlja se pitanje:
Do koje mjere izobličenja i smetnje ograničavaju brzinu koju je moguće postići u kanalu prijenosa?
Osnove transmisije (cont.)
o Prvu formulu za kapacitet kanala definirao je Nyquist:
o Gdje je C kapacitet kanala (bps), B bandwidth kanala (Hz), M brojsimbola/razina signala koji se koristi prijenos informacije.
o Formula vrijedi za prijenos bez smetnji (šuma) i nema praktičnoznačenje u proračunu kapaciteta kanala.
o Prikazuje isključivo teoretski maksimalni kapacitet kanala koji jemoguće ostvariti obzirom na M-narni prijenosa.
� � 2� log��
Osnove transmisije (cont.)
o Shannon je definirao konačnu formulu za kapacitet kanala koja uzima u obzir i djelovanje smetnji:
o Gdje je C kapacitet kanala (bps), B bandwidth kanala (Hz), S/N odnossignal-šum.
� � � log�1 ��
�
Osnove transmisije (cont.)
o Na koji način se prenosi signal transmisijskim sustavom?
o Odgovor: prenosi se modulacijom (analogno-digitalni prijenos) i linijskim kodiranjem (digitalni prijenos).
o Modulacija mijenja parametre signala nosioca koji prenosi signal koji sadrži informacije.
o Način prijenosa može biti:• Analogan
• Digitalan
Osnove transmisije (cont.)
o Modulacijske tehnike se mogu podijeliti na:
I. Analogne modulacije
• Koriste se za analog-to-analog konverziju/prijenos. Koristi se kod
radio stanica.
II. Digitalne modulacije
• Koriste se za digital-to-analog konverziju/prijenos. Koriste se kod
mobilnih UMTS/LTE/WiMAX mreža, digitalne televizije (DVB),
WLAN mreža…
III. Spread Spectrum modulacije
• Koriste se primarno kod bežičnih mreža (Wi-Fi, Bluetooth, RFID,
NFC). Frekvencija odašiljanog signala varira u vremenu što rezultira
učinkovitijem iskorištenju ionako ograničenog bandwidtha.
Osnove transmisije – Analogni prijenos
Slika 5. Podjela analognih modulacija.Izvor: Forouzan, B. A., (2007), Data Communications and Networking, McGraw-Hill, 4th Edition, Ney York: USA.
Osnove transmisije – Analogni prijenos
(cont.)
Slika 6. Osnovna podjela analognih modulacija.Izvor: Valdar, A., (2006), Understanding telecommunication networks, The Institution of Engineering and Technology, London: United Kingdom.
Osnove transmisije – Analogni prijenos
(cont.)o Za konverziju analognog signala u digitalni najčešće se koristi:
• Pulse amplitude modulation (PAM)
• Pulse code modulation (PCM)
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.)
Slika 7. Digital-to-Analog konverzija.Izvor: Forouzan, B. A., (2007), Data Communications and Networking, McGraw-Hill, 4th Edition, Ney York: USA.
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.) o Važni aspektni digital-to-analog konverzije:
• Bit vs. Baud (Simbol)
• Data rate vs. Signal rate
– Baud/s i bps
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.) o Odnos između baud i bit rate opisan je formulom:
o Gdje je:
• S = baud rate – baud/s,
• C = kapacitet kanala (data rate) – bps
• r = broj bitova po simbolu
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.) o Primjer 1: Analogni signal nosi 4 bita po signalnoj jedinici (simbolu).
Ako se 1000 simbola prenosi u sekundi, koliki je kapacitet kanala?
o Rješenje:
r = 4 bit S = 1000 baud/s C = ? bps
� � �
��→ � � � ∙ �
� � 1000 ∙ 4 � 4000bps
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.) o Primjer 2: Kapacitet kanala iznosi 8000 bps a baud rate iznosi 1000
baud/s. Koliko je bitova sadržano u jednom simbolu (baudu)?
o Rješenje:
C = 8000 bps S = 1000 baud/s r = ? bit
� � �
��→ � �
�
��
8000
1000� 8���/������
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.)
Slika 8. Podjela digitalnih modulacija.Izvor: Forouzan, B. A., (2007), Data Communications and Networking, McGraw-Hill, 4th Edition, Ney York: USA.
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.) o Keying je proces u kojem modulirani signal zauzima jednu od
unaprijed određenih broja vrijednosti ovisno o digitalnim podacima.
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.)o Amplitude-Shift Keying (ASK)
o Amplituda vala nosioca varira kako bi se kreirali signalni elementi
(simboli)
Slika 9. Binary Amplitude Shift Keying.Izvor: Forouzan, B. A., (2007), Data Communications and Networking, McGraw-Hill, 4th Edition, Ney York: USA.
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.)o Primjer 3: Slobodan je bandwidth od 100 kHz (200 – 300 kHz). Koja je
centralna frekvencija (fc) i kapacitet kanala (bit rate) ako su podaci
modulirani pomoću ASK sa d=1. Broj bitova po simbolu jednak je 1.
o Rješenje:
B = 100 kHz r = 1 bit C = ? fc
= ?
� � 1 � � � � 1 � � ∙�
� 1 � 1 ∙
�
1� 2�
� ��
2�
100
2� � ����
fc = sredina bandwidtha = 250 kHz
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.)o Primjer 4: U komunikaciji je najčešći preduvjeti full-duplex. Stoga,
potrebno je podijeliti bandwidth iz primjera 3 (200 – 300 kHz) na dva dijela sa dvije f
c.
o Rješenje:
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.)o Amplitude-shift keying (ASK)
• U prethodnim primjerima koristili smo samo dvije razine amplitude (npr. 0 i 1.5) te je broj bita po simbolu jednak 1.
• Modulacije koje koriste više razina amplituda nazivaju se Multilevel Amplitude Shift Keying (ASK) kako bi se modulirali podaci koristeći 2, 3, 4, ili više bitova istovremeno.
• U tim slučajevima r = 2, r = 3, itd.
• To nije implementirano kod „čistog” ASK već kod QAM modulacija.
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.)o Frequency-Shift Keying (FSK)
o Mijenja se frekvencija vala nosioca za predstavljanje digitalnih podataka.
Slika 10. Binary Frequency Shift Keying.Izvor: Forouzan, B. A., (2007), Data Communications and Networking, McGraw-Hill, 4th Edition, Ney York: USA.
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.)o Frequency-Shift Keying (FSK)
• Može se koristiti i više od dvije frekvencije.
• Multilevel Frequency-Shift Keying (FSK) koristiti više od dvije frekvencije. Npr. može se koristiti osam frekvencija za slanje 3 bita (23) odjednom.
• U tim slučajevima frekvencije moraju biti razmaknute za 2Δf.
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.)o Phase-Shift Keying (PSK)
o Mijenja se faza vala nosioca za predstavljanje digitalnih podataka.
Slika 11. Binary Phase Shift Keying.Izvor: Forouzan, B. A., (2007), Data Communications and Networking, McGraw-Hill, 4th Edition, Ney York: USA.
1 = 0o 0=180o
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.)o Quadrature Phase-Shift Keying (QPSK)
o Koristi dvije različite BPSK modulacije; jedan val u fazi (in-phase) i drugi
kvadraturni (out-of-phase).
o Moguće je predstaviti ukupno 4 simbola pomoću 2 bita (22) jer koristi
dvije vrijednosti amplitude {-1, 1} za faznu i kvadraturnu komponentu.
o Rezultat su četiri vala sa različitim fazama (45o, 135o, 225o i 315o) koji su
rezultat zbrajanja 2 vala (u fazi i kvadradturnog) koji predstavljaju
određeni kombinaciju bitova.
o QPSK se vrlo često naziva i QAM-4 jer imaju isti rezultat modulacije
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.)o Primjer 4. Objasniti princip rada QAM-4 modulacije.
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.)o Konstelacijski dijagrami
Slika 12. Konstelacijski dijagrami za ASK, BPSK, i QPSKIzvor: Forouzan, B. A., (2007), Data Communications and Networking, McGraw-Hill, 4th Edition, New York: USA.
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.)o Quadrature Amplitude Modulation (QAM-N)
o QAM je kombinacija ASK i PSK
o Dominantna je u digitalnoj modulaciji – UMTS, LTE, WiMAX, Wi-Fi, DVB.
o Verzije: QAM-4 (QPSK), QAM-8, QAM-16, QAM-32, QAM-64, QAM-128, QAM-256, QAM-1024, QAM-4096
Slika 13. Konstelacijski dijagrami za QAMIzvor: Forouzan, B. A., (2007), Data Communications and Networking, McGraw-Hill, 4th Edition, Ney York: USA.
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.)o Jedan od indikatora kvalitete digitalnih komunikacijskih sustava i
digitalnih modulacije postupaka je spektralna učinkovitost.
o Spektralna učinkovitost (SE) definira broj prenesenih bitova usekundi (bps) po jedinici širine pojasa (Hz).
o Mjeri se u jedinicama bit/s/Hz ili bps/Hz.
�� ��
�
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.)o Primjer 5. Za digitalni komunikacijski sustav potrebno je odrediti:
a) okupirani bandwidth (BQAM) potreban za prijenos 1 Mbps (C)korištenjem QAM-4 (M = 4) modulacijskog postupka uz faktormodulacije d = 0.
b) spektralnu učinkovitost (SE) sustava koji koristi QAM-4modulaciju.
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.)o Primjer 6. Telekom operator ima na raspolaganju ukupni frekvencijski
pojas (Bukupno) od 1 MHz. Operator mora kreirati 10 neovisnih kanala sposobnih za slanje brzinom 1 Mbps (C). Operator je odlučio koristiti QAM tehnologiju. Neka je faktor modulacije d = 0.
a) Koliki je broj bitova po simbolu (r) potreban za svaki kanal?
b) Koliko je broj točaka u konstelacijskom dijagramu (M) za svaki kanal?
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.)o Kod adaptivnih modulacija potrebno je uzeti u obzir moguće
degradirajuće faktore:
• Udaljenost
• Brzina prijenosa
• Bit Error Rate (BER)
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.)
Slika 14. Ovisnost brzine prijenosa i dosega.
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.)
Slika 15. Adaptivne modulacijske tehnologije i utjecaj vremena.Izvor: http://robrusnak.com/technical-illustration-for-hitless-adaptive-coding-and-modulation/
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.)
Slika 16. Adaptivne modulacijske tehnologije. Napomena: na područjima gdje je omjer Signal-to-Noise optimalan koriste se QAM modulacija za pružanje većih brzina.
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.)
S/N dB
BER
Slika 17. Ovisnost BER-a o korištenoj modulacijskoj tehnologiji.Izvor: http://www.dslreports.com/faq/11357
Osnove transmisije – Digitalni prijenos
(cont.)o Što onda konkretno znači primjena QAM modulacija korisnicima?
• Postupno veće brzine prijenosa za isti broj korisnika.
• Iste brzine prijenosa kao prije za veći broj korisnika (ako se broj korisnika u međuvremenu povećao).
Osnove transmisije – Spread Spectrum
Slika 18. Osnovna podjela Spread-Spectrum tehnologija.
Osnove transmisije – Spread Spectrum
(cont.)
Slika 19. Princip rada Spread-Spectrum tehnologija (FHSS i DSSS).
Osnove transmisije – Spread Spectrum
(cont.)o Prednosti FHSS u odnosu na DSSS:
• Imun na razne smetnje tijekom prijenosa (refleksije, interferencije i sl.)
• Bolji u zatvorenim prostorima
• Učinkovitiji u okruženjima sa multi-path propagacijom
• Jeftiniji i jednostavniji za implementaciju
• Niska vjerojatnost presretanja signala
• Privatnost prometa
• Otpornost na blokiranje signala (engl. Jamming)
Osnove transmisije – Višestruki pristup
medijuo Pristupne tehnologije koje omogućavaju korištenje istog prijenosnog
medija za nekoliko terminalnih uređaja/korisnika istovremeno.
o Još se i nazivaju Multiple Channel Access.
o Primarno se koriste u bežičnim mrežama za pristupanje frekvencijskog spektru.
Osnove transmisije – Višestruki pristup
mediju (cont.)o Neke od pristupnih tehnologija koje će biti obuhvaćene kolegijem:
• Frequency-Division Multiple Access (FDMA) – koristi se u 1G mrežama.
• Time-Division Multiple Access (TDMA) – koristi se u 2G mrežama.
• Code-Division Multiple Access (CDMA) – koristi se u 3G mrežama
• Orthogonal-Frequency Division Multiplex (OFDM) – koristi se u WiMAX/LTE mrežama.
• Orthogonal-Frequency Division Multiple Access (OFDMA) - koristi se u WiMAX/LTE mrežama.
• Carrier Sense Multiple Access (CSMA) – koristi se u LAN mrežama.
– CSMA/Collision Detection (Ethernet LAN)
– CSMA/Collision Avoidance (Wi-Fi)
Osnove transmisije – Višestruki pristup
mediju (cont.)
Slika 20. Usporedba FDMA, TDMA i CDMA tehnologija. Izvor: http://www.itu.int/osg/spu/ni/3G/technology/
Osnove transmisije – Višestruki pristup
mediju (cont.)o Orthogonal-Frequency Division Multiplex (OFDM)
• Omogućava slanje velike količine podataka na način da se dijele u puno manjih dijelova.
• Umjesto jednog signala nosioca koristi ih se puno više čija je frekvencija ortogonalna (neovisne su jedna o drugoj) što omogućava podjelu frekvencijskog spektra u puno manjih dijelova (subcarriers).
• Podaci se tada moduliraju koristeći neku od adaptivnih modulacija.
• Na taj način dolazi do puno bolje iskoristivosti frekvencijskog spektra jer su kanali puno bliže i nije potrebno koristiti tzv. guard kanale radi sprječavanja interferencije.
Osnove transmisije – Višestruki pristup
mediju (cont.)o Orthogonal-Frequency Division Multiple Access (OFDMA)
• Slično kao i OFDM samo omogućava većem broj korisnika da u istom vremenskom periodu koriste medij na način da se svakog korisniku dodijeli određeni broj podnosilaca (enlg. Subcarriera).
• Ta grupa podnosilaca se naziva podkanalima (engl. subchannels).
Osnove transmisije – Višestruki pristup
mediju (cont.)
Podaci modulirani pomoću četiri sub-carriera
Sub-carrier 1
Sub-carrier 2
Sub-carrier 3
Sub-carrier 4
Slika 21. OFDM valovi podnosioci (subcarrier)Izvor: http://www.itu.int/osg/spu/ni/3G/technology/
Osnove transmisije – Višestruki pristup
mediju (cont.)
Mapira-nje s
konstelacijskim vrije-
dnostima
Serijski
u
paralelni Suma
Slika 22. Pojednostavljeni prikaz OFDM odašiljača
Osnove transmisije – Višestruki pristup
mediju (cont.)o Primjer. Niz binarnih brojeva 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1,
0, 0, 1,1 potrebno je poslati putem OFDM odašiljača koristeći BPSK modulaciju.
1. Konverzija iz serijskog u paralelni prijenos
Vrijeme d0 d1 d2 d3 d4
t1 1 0 1 0 1
t2 1 1 1 0 1
t3 0 0 0 1 0
t4 1 0 0 1 1
Osnove transmisije – Višestruki pristup
mediju (cont.)2. Mapiranje podataka prema BPSK konstelaciji
Vrijeme S0 S1 S2 S3 S4
t1 1 -1 1 -1 1
t2 1 1 1 0 1
t3 -1 -1 -1 1 -1
t4 1 -1 -1 1 1
Osnove transmisije – Višestruki pristup
mediju (cont.)3. Moduliranje ortogonalnih podnosilaca
Vrijeme k0 k1 k2 k3 k4
t1+Δ 1∙sin(2πf0t) -1∙sin(2πf
1t) 1∙sin(2πf
2t) -1∙sin(2πf
3t) 1∙sin(2πf
4t)
t2+Δ 1∙sin(2πf0t) 1∙sin(2πf
1t) 1∙sin(2πf
2t) 0∙sin(2πf
3t) 1∙sin(2πf
4t)
t3+Δ -1∙sin(2πf0t) -1∙sin(2πf
1t) -1∙sin(2πf
2t) 1∙sin(2πf
3t) -1∙sin(2πf
4t)
t4+Δ 1∙sin(2πf0t) -1∙sin(2πf
1t) -1∙sin(2πf
2t) 1∙sin(2πf
3t) 1∙sin(2πf
4t)
∑ = OFDM0
∑ = OFDM1
∑ = OFDM2
∑ = OFDM3
Osnove transmisije – Višestruki pristup
mediju (cont.)
Serijski
u
paralelni
Mapira-nje s
konstelacijskim vrije-
dnostima
IFFT
FFT
Kanal
OFDM signal
Primljeni signal
Paralelni
u
serijski
De-mapiran
je
(BPSK/QPSK/QAM)
Slika 23. OFDM komunikacijski sustav
Osnove transmisije – Višestruki pristup
mediju (cont.)
Slika 24. Usporedba iskoristivost frekvencijskog spektra za OFDM i FDM.
Osnove transmisije – Višestruki pristup
mediju (cont.)
Slika 25. Razlike između OFDM i OFDMA
Osnove transmisije – Višestruki pristup
mediju (cont.)
Slika 26. Princip rada CSMA/CD (kod Ethernet LAN mreža)
Osnove transmisije – Višestruki pristup
mediju (cont.)
Slika 27. Princip rada CSMA/CA (kod Wi-Fi mreža)
Do kud smo stigli?
Uvod
Elektromagnetski spektar
Osnove transmisije
Kriteriji odabira prijenosnih medija
Prijenosni mediji
Prijenosni sustavi
Kriteriji odabira prijenosnog medija
o Odabir najučinkovitijeg transmisijskog sustava za određenu primjenu mora se temeljiti na određenim ključnim parametrima:
• Karakteristike prijenosa -
• Bandwidth, razina greške (engl. Error performance), prigušenje
signala i udaljenost između čvorova.
• Propagacijsko kašnjenje
• Sigurnost
• Mehanička čvrstoća
• Fizičke dimenzije
• Brzina ugradnje
• Trošak
Kriteriji odabira prijenosnog medija -
Karakteristike prijenosa
Bandwith vs. Throughput
Kriteriji odabira prijenosnog medija -
Karakteristike prijenosa (cont.)o Bandwidth, razina greške i udaljenost su međusobno povezani.
o Primjerice: povećanje bandwidtha� povećanje frekvencija signala � slabljenje signala veće kod viših frekvencija � povećava se razina greške u prijenosa.
o Moguće rješenje je implementacija pojačala/ponavljače signala.
o Signal manje frekvencije putuje dalje u odnosu na signal visoke frekvencije i otpornost na „zapreke”.
Kriteriji odabira prijenosnog medija -
Karakteristike prijenosa (cont.)
Prigušenje snage signala po jedinici duljine o frekvenciji signala za različite prijenosne medijeIzvor: Bažant, A., (2007), Osnovne arhitekture mreža, 2. izdanje, Element, Sveučilište u Zagrebu, Zagreb.
Pri
gu
šen
je [
dB
/Km
]
Kriteriji odabira prijenosnog medija –
Propagacijsko kašnjenje (cont.)
Tablica 1. Brzina elektromagnetske propagacije signala.Izvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.
Kriteriji odabira prijenosnog medija –
Sigurnosto Sigurnost se u kontekstu transmisijskih sustava odnosi na zaštitu od
presretanja podataka koje se prenose mrežom.
o Digitalni sustavi nude veće mogućnosti zaštite tim više što se podati mogu enkriptirati kako bi se „sakrio” njihov stvarni oblik.
Kriteriji odabira prijenosnog medija –
Mehanička čvrstoćao Odnosi se prvenstveno na žičane sustave.
o Parametri mehaničke čvrstoće:• Bend radius – tolerancija na pucanje i lom.
• Flex radius – tolerancija na uvijanje i savijanje.
• Tensile strength – tolerancija na težinu koju može podnijet (vodoravni) prijenosni medij.
• Break strength – tolerancija na deformaciju.
• Diurnal wander – tolerancija na promjenu početnih svojstva prijenosnog medija.
Kriteriji odabira prijenosnog medija –
Fizičke dimenzijeo Žičani sustavi:
• Veličina kabela – promjer, masa i sl…
o Bežični sustavi:• Veličina antena
• Veličina tornja
• Zaštita od vremenskih neprilika
Kriteriji odabira prijenosnog medija –
Brzina ugradnje
Kriteriji odabira prijenosnog medija –
Trošako Troškovi uključuju nabavku opreme, ugradnju opreme, rad i
održavanja opreme, nadogradnju i zamjenu.
o Primjerice, žičani transmisijski sustavi zahtijevaju osiguravanje pravnih aspekata zbog kopanja kanala, polaganja kablova, provlačenje…
o S druge strane, radio sustavi zahtijevaju ugradnju antena/baznih stanica, osiguravanje potrebnih dozvola za korištenje frekvencijskog spektra…
Sadržaj
Uvod
Elektromagnetski spektar
Osnove transmisije
Kriteriji odabira prijenosnih medija
Prijenosni mediji
Prijenosni sustavi
Prijenosni mediji
o Osnovna podjela prijenosnih medija:
Slika 28. Osnovna podjela prijenosnih medija.Izvor: Forouzan, B. A., (2007), Data Communications and Networking, McGraw-Hill, 4th Edition, Ney York: USA.
Prijenosni mediji – Bakrena parica (UTP)
Slika 29. UTP kabel.Izvor: http://www.intelix.com/intlx_prod_details.php?pitem=TRUPHASE.
Prijenosni mediji – Bakrena parica
Tablica 2. Kategorije Unshielded Twisted-pair (UTP) parica.Izvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.
Prijenosni mediji – Bakrena parica
o Glavne značajke:• Karakteristike prijenosa - ovisi o radijusu parice, frekvenciji i izolacijskom
materijalu. Osim prijenosa glasa (4 KHz) može se koristiti za T1 (1.544 Mbps pri 0.75 MHz), LAN (Cat5e – 100+ Mbps), ADSL.
• Udaljenost – najviše problema s udaljenosti od svih medija (optimalno < 5.5 km).
• Sigurnost – vrlo nesiguran medij – podložan preslušivanju.
• Trošak – vrlo niski troškovi.
Prijenosni mediji – Bakrena parica (STP)
Slika 30. UTP kabel (lijevo) i STP kabel (desno)Izvor: http://www.lanshack.com/cat6a.aspx.
Prijenosni mediji – Koaksijalni kabel
Slika 31. Koaksijalni kabel.Izvor: https://www.cablewholesale.com/support/technical_articles/coaxial_cables.php.
Prijenosni mediji – Optička vlakna
Slika 32. Optički kabel.Izvor: http://remee.com/products.php?slug=fiber-optic-cables
Prijenosni mediji – Optička vlakna (cont.)
o Temeljni elementi svjetlovodnih transmisijskih sustava:A. Izvor svjetla (LED dioda ili laser)
B. Predajnik
C. Regenerator/pojačalo
D. Prijamnik (foto dioda – Positive Intrinsic Negative, Avalanche Photo Diode)
E/O O/E E/O O/E
E/O O/E
PojačaloPred. Prij.
OPTIČKO POJAČALO
Pred. Prij.
ili
Slika 33. Elementi svjetlovodnih prijenosnih sustava
Prijenosni mediji – Optička vlakna (cont.)
Tablica 3. ITU-T transmisijski prozoriIzvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.
Prijenosni mediji – Optička vlakna (cont.)
Slika 34. Podjela vrsti optičkih vlakana.Izvor: Forouzan, B. A., (2007), Data Communications and Networking, McGraw-Hill, 4th Edition, Ney York: USA.
Prijenosni mediji – Optička vlakna (cont.)
Slika 35. Mutlimode vlaknoIzvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.
Prijenosni mediji – Optička vlakna (cont.)
Slika 36. Singlemode vlaknoIzvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.
Prijenosni mediji – Optička vlakna (cont.)
Slika 37. Usporedba karakteristika Multimode i Singlemode optičkog vlaknaIzvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.
Prijenosni mediji – Optička vlakna (cont.)
o Prednosti optičkih vlakana u odnose na metalne kablove:
• Veći kapacitet prijenosa zbog viših frekvencija rada.
• Mali gubitak snage (npr. < 0.5 dB/Km) ovisno o prozoru
• Otporan na električnu interferenciju.
• Nema gubitka energije iz optičkog vlakna što ne rezultira transmisijskom interferencijom između dva susjedna vlakna.
• Manje fizičke dimenzije.
Prijenosni mediji – Optička vlakna (cont.)
o Tijekom svog razvoja optički komunikacijski sustavi koristili su različita frekvencijska (valna) područja, tzv. “prozore”:
• I prozor 850 [nm]
• II prozor (S pojas) 1310 [nm] S ≡ short wavelength
• III prozor (C pojas) 1550 [nm] C ≡ centralni
• IV prozor (L pojas) 1625 [nm] L ≡ Long Wavelength
Prijenosni mediji – Radio valovi
Slika 38. Različite vrste radio propagacije.Izvor: Valdar, A., (2006), Understanding telecommunication networks, The Institution of Engineering and Technology, London: United Kingdom.
Izravan val
(free space
wave))
Valovi
reflektirani
od zemaljske
površine
Površinski
valoviRaspršivanje
od troposfere
Skywave
Zemlja
IonosferaA.
B.
C.
D.
E.
Prijenosni mediji – Radio valovi (cont.)
o Osnovne vrste propagacije radio valova:A. Direct wave (ili free space wave) – radio signal zahtjeva line-of-sight (LOS)
između odašiljača i prijamnika (> 30 MHz). Koristi se VHF/UHF televiziju, FM radio, radar, mobilne mreže, zemaljski wireless, itd.
B. Ground reflacted wave – osim direct wave, biti će i nekoliko reflektiranih valova od zemaljske površine.
C. Ground ili surface wave - valovi koji će slijediti zakrivljenost tla između odašiljača i prijamnika (< 2 MHz). Koristi se za AM radio, podvodno komunikaciju, analogne telefonske linije.
D. Skywave – reflekcija valova od djela atmosfere (Ionosfera) te je zbog toga moguće postići velike udaljenosti (2 – 30 MHz). Koristi se za amaterski radio, vojnu komunikaciju, međunarodnih broadcast i sl.
E. Tropospheric scattering – putanja vala je kreirana raspršenjem u atmosferi te omogućuje komunikaciju kada LOS nije prisutan.
Prijenosni mediji – Radio valovi (cont.)
Slika 39. Načini korištenja elektromagnetskog spektra.Izvor: Valdar, A., (2006), Understanding telecommunication networks, The Institution of Engineering and Technology, London: United Kingdom.
Sadržaj
Uvod
Elektromagnetski spektar
Osnove transmisije
Kriteriji odabira prijenosnih medija
Prijenosni mediji
Prijenosni sustavi
Vrste prijenosa
Slika 40. Osnovne vrste prijenosa.Izvor: Forouzan, B. A., (2007), Data Communications and Networking, McGraw-Hill, 4th Edition, Ney York: USA.
Modovi transmisije (cont.)
Slika 41. Paralelni prijenos.Izvor: Forouzan, B. A., (2007), Data Communications and Networking, McGraw-Hill, 4th Edition, Ney York: USA.
Modovi transmisije (cont.)
Slika 42. Serijski prijenos.Izvor: Forouzan, B. A., (2007), Data Communications and Networking, McGraw-Hill, 4th Edition, Ney York: USA.
Modovi transmisije (cont.)
Slika 43. Serijski prijenos – asinkroni način.Izvor: Forouzan, B. A., (2007), Data Communications and Networking, McGraw-Hill, 4th Edition, Ney York: USA.
Tok podataka
Asinkroni prijenos Trenutak kada nema prijenosa
Modovi transmisije (cont.)
Slika 44. Serijski prijenos – sinkroni način.Izvor: Forouzan, B. A., (2007), Data Communications and Networking, McGraw-Hill, 4th Edition, Ney York: USA.
Prijenosni sustavi - multipleksiranje
o Troškovi telekomunikacijske mreže značajno ovise o prethodnospomenutim prijenosnim medijima.
o Trošak po nosivom kanalu se smanjuje kako se kapacitettransmisijskog sustava povećava.
o Multipleksiranje omogućuje prijenos korisničkih podataka na način dase signali sa različitih izvora „slažu” u kompozitne signale (engl.Payloads).
o Takvi složeni signali se prenose zajedničkim prijenosnim medijemdigitalnim transmisijskim sustavima.
Prijenosni sustavi
o PCM 30/32 sustav
o Pleziokrona digitalna hijerarhija (PDH)
o Sinkrona digitalna hijerarhija (SDH)
o SONET
Digitalni transmisijski sustavi - Multipleksiranje –
Time Division Multiplexing
Slika 45. TDM.Izvor: Valdar, A., (2006), Understanding telecommunication networks, The Institution of Engineering and Technology, London: United Kingdom.
Digitalni transmisijski sustavi -
Multipleksiranje – 30 kanalni PCM multiplex
Slika 46. Struktura okvira 30/32 kanalnog PCM multipleksa.Izvor: Valdar, A., (2006), Understanding telecommunication networks, The Institution of Engineering and Technology, London: United Kingdom.
Digitalni transmisijski sustavi - Multipleksiranje –
24 kanalni PCM multiplex
Slika 47. Struktura okvira 24 kanalnog PCM multipleksa.Izvor: Valdar, A., (2006), Understanding telecommunication networks, The Institution of Engineering and Technology, London: United Kingdom.
Digitalni transmisijski sustavi - Multipleksiranje –
Pleziokrona digitalna hijerarhija (PDH)
Slika 48. Pleziokrona digitalna hijerarhija (PDH) – Europski standard.Izvor: Valdar, A., (2006), Understanding telecommunication networks, The Institution of Engineering and Technology, London: United Kingdom.
Multipleksiranje – Pleziokrona digitalna
hijerarhija (cont.)
Tablica 4. Različite brzine prijenosa kod PDH – Europski standard.Izvor: Valdar, A., (2006), Understanding telecommunication networks, The Institution of Engineering and Technology, London: United Kingdom.
Digitalni transmisijski sustavi - Multipleksiranje –
Pleziokrona digitalna hijerarhija (cont.)
Slika 49. Pleziokrona digitalna hijerarhija (PDH) – Američki standard.Izvor: Valdar, A., (2006), Understanding telecommunication networks, The Institution of Engineering and Technology, London: United Kingdom.
Digitalni transmisijski sustavi - Multipleksiranje –
Pleziokrona digitalna hijerarhija (cont.)
Tablica 4. Različite brzine prijenosa kod PDH – Američki standard.Izvor: Valdar, A., (2006), Understanding telecommunication networks, The Institution of Engineering and Technology, London: United Kingdom.
SONET i SDH
o Synchronous Digital Hierarchy (SDH).
o 1980. godina uveden je SDH kao odgovor na zahtjeva za povećane brzine prijenosa (Gbps) veće količine podataka.
o U principu, SDH sustav se temelji na optičkim umjesto na elektroničkim sučeljima.
o SONET je međunarodni standard za SDH (prema ITU).
o Temelji se na multipleksiranju sinkronih pritoka (svi rade na konstantom bit rate-u).
o Djeluje na fizičkom sloj OSI modela.
o SONET definira hijerarhiju pomoću kojih se multipleksiraju pritoci podataka različitih brzina (ATM, Internet podaci, E1/T1) korištenjem Add/Drop multipleksera.
SONET i SDH (cont.)
o Glavne značajke SONET/SDH sustava:• Direktan pristup pritocima (engl. Tributaries) korištenjem Add/Drop
multipleksera
• Standardna optička sučelja
• Kompatibilan sa europskim i američkim standardima
• Smanjeni troškovi rada u odnosu na PDH sustave
• Mogućnost održavanja/upravljanja mrežom
• End-to-end monitoring performansi mreže
SONET i SDH (cont.)
o Svi pritoci se „pakiraju” u tzv. virtualni spremnik (engl. VirtualContainer) koji se naziva različito za SONET/SDH:• Elektronička domena:
– SDH - Synchronous Transport Modul (STM)
– SONET – Synchronous Transport Signal (STS)
• Optička domena:
– SONET– Optical Carrier
o Moguće je i povezivanje (engl. Concatenation) osnovnih STM okvira kako bi se povećao kapacitet.
o SDH okvir se može promatrati kao „transportni kamion” kod kojeg ako želimo povećati kapacitet možemo dodati još prikolica (STM okvira)
SONET i SDH (cont.)
Slika 50. Osnovna struktura STM-1 okvira.
SOH SOH SOH
125 µs
1 2
271
9 10 11
279 280 281
270
540
2430
9 r
ed
ak
a
9 stupaca 261 stupac
ZAGLAVLJE
SOHVIRTUALNI SPREMNIK
VC
SONET i SDH (cont.)
Slika 51. SONET/SDH osnovni koncept.Izvor: Valdar, A., (2006), Understanding telecommunication networks, The Institution of Engineering and Technology, London: United Kingdom.
SONET i SDH (cont.)
Slika 51. SDH struktura multipleksiranjaIzvor: Valdar, A., (2006), Understanding telecommunication networks, The Institution of Engineering and Technology, London: United Kingdom.
SONET i SDH (cont.)
o Nekoliko pritoka sprema se u virtualne spremnike (VC) niže razine.
o Nekoliko VC-a niže razine čine Transfer Unit (TU).
o Nekoliko TU čine Transmission Unit Group (TGU).
o Nekoliko TGU se sprema u VC više razine.
o I na kraju, VC više razine spremaju se u administrativnu jedinicu (AU) koje čine čitav STM-1 payload.
SONET i SDH (cont.)
Tablica 5. SONET i SDH hijerarhija.Izvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.
.
SONET i SDH (cont.)
o Prednosti SDH u odnosu na PDH:
• Jedinstven standard (kompatibilna oprema)
• Prihvaća sve tipove pritoka (engl. Tributaries) PDH, kao i ostalih formata (npr. ATM)
• Fleksibilnost prilagodbe na nove usluge
• Ugrađeno 5% ukupnog kapaciteta za upravljanje i održavanje mreže
• Direktno sinkrono demultipleksiranje
Wavelength Division Multiplexing
o Wavelength Division Multiplexing (WDM)• Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM)
• Coarse Wavelength Division Multiplexing (CWDM)
o WDM je tehnologija koja multipleksira više optičkih nosioca signala na jedno optičko vlakno koristeći različite valne duljine (λ) za prijenos različitih informacija (ekvivalent FDM-u u električnoj domeni).
o Omogućavaju proširenje bez polaganja dodatnih kablova.
o Kapacitet linka se može povećati nadogradnjom multipleksora i demultipleksora na krajevima linka.
o Današnji WDM sustavi uglavnom rade u trećem prozoru: • λ
0= 1550 [nm]
• Najmanji gubici
• Raspoloživost izvrsnih optičkih pojačala
WDM vs. SONET/SDH
o SONET/SDH agregira električne ili optičke signale nižih brzina u jedinstveni signal veće brzine za prijenos preko jednog optičkog vlakna koristeći jednu valnu duljinu. Za to se koristi Time divisionmultiplexing (TDM) ili statistički TDM.
o WDM prednosti su da svaka valna duljina može prenositi signal različite brzine i protokola, neovisno o ostalim valnim duljinama. U kontrastu sa SONET/SDH, kod WDM sustava svi signali stižu u isto vrijeme umjesto da su distribuirani u različite vremenske slotove.
o SONET/SDH se može prenositi preko WDM sustava; ali ne i obrnuto.
Realnost – IP over WDM
Migracija na
sve-optički
prijenos
IP
konvergencija
Porast
potražnje za
podatkovnim
prometom
Pitanja
Literatura
1. Bažant, A., (2007), Osnovne arhitekture mreža, 2. izdanje, Element, Sveučilište u Zagrebu, Zagreb.
2. Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications
handbook, Wiley, New Jersey: USA.
3. Valdar, A., (2006), Understanding telecommunication networks, The Institution of Engineering and Technology, London: United Kingdom.
4. Forouzan, B. A., (2007), Data Communications and Networking, McGraw-Hill, 4th Edition, Ney York: USA.