Kolegij: Arhitektura telekomunikacijske mreža Osnove ... telekomunikacijskih...

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


Osnove transmisije


Prijenosni mediji

Prijenosni sustavi


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.


Slika 2. Frekvencija (f) i valna duljina (λ)Izvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.


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


Osnove transmisije


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!


Slika 3. Najjednostavniji prikaz komunikacijskog sustava


Slika 4. Model digitalnog komunikacijskog sustava


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.


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.


o U digitalnom prijenosu javlja se pitanje:

Do koje mjere izobličenja i smetnje ograničavaju brzinu koju je moguće postići u kanalu prijenosa?


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��


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 ��

�


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


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.


(cont.)

Slika 6. Osnovna podjela analognih modulacija.Izvor: Valdar, A., (2006), Understanding telecommunication networks, The Institution of Engineering and Technology, London: United Kingdom.


(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.


(cont.) o Važni aspektni digital-to-analog konverzije:

• Bit vs. Baud (Simbol)

• Data rate vs. Signal rate

– Baud/s i bps


(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


(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


(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��/��


(cont.)

Slika 8. Podjela digitalnih modulacija.Izvor: Forouzan, B. A., (2007), Data Communications and Networking, McGraw-Hill, 4th Edition, Ney York: USA.


(cont.) o Keying je proces u kojem modulirani signal zauzima jednu od

unaprijed određenih broja vrijednosti ovisno o digitalnim podacima.


(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.


(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


(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:


(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.


(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.


(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.


(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


(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


(cont.)o Primjer 4. Objasniti princip rada QAM-4 modulacije.


(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.


(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.


(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.

��

�


(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.


(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?


(cont.)o Kod adaptivnih modulacija potrebno je uzeti u obzir moguće

degradirajuće faktore:

• Udaljenost

• Brzina prijenosa

• Bit Error Rate (BER)


(cont.)

Slika 14. Ovisnost brzine prijenosa i dosega.


(cont.)

Slika 15. Adaptivne modulacijske tehnologije i utjecaj vremena.Izvor: http://robrusnak.com/technical-illustration-for-hitless-adaptive-coding-and-modulation/


(cont.)

Slika 16. Adaptivne modulacijske tehnologije. Napomena: na područjima gdje je omjer Signal-to-Noise optimalan koriste se QAM modulacija za pružanje većih brzina.


(cont.)

S/N dB

BER

Slika 17. Ovisnost BER-a o korištenoj modulacijskoj tehnologiji.Izvor: http://www.dslreports.com/faq/11357


(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.


(cont.)

Slika 19. Princip rada Spread-Spectrum tehnologija (FHSS i DSSS).


(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.


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)


mediju (cont.)

Slika 20. Usporedba FDMA, TDMA i CDMA tehnologija. Izvor: http://www.itu.int/osg/spu/ni/3G/technology/


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.


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).


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/


mediju (cont.)

Mapira-nje s

konstelacijskim vrije-

dnostima

Serijski

u

paralelni Suma

Slika 22. Pojednostavljeni prikaz OFDM odašiljača


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


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


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


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


mediju (cont.)

Slika 24. Usporedba iskoristivost frekvencijskog spektra za OFDM i FDM.


mediju (cont.)

Slika 25. Razlike između OFDM i OFDMA


mediju (cont.)

Slika 26. Princip rada CSMA/CD (kod Ethernet LAN mreža)


mediju (cont.)

Slika 27. Princip rada CSMA/CA (kod Wi-Fi mreža)

Do kud smo stigli?

Uvod


Osnove transmisije


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


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”.


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.


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.


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.


Fizičke dimenzijeo Žičani sustavi:

• Veličina kabela – promjer, masa i sl…

o Bežični sustavi:• Veličina antena

• Veličina tornja

• Zaštita od vremenskih neprilika


Brzina ugradnje


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


Osnove transmisije


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


Tablica 3. ITU-T transmisijski prozoriIzvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.


Slika 34. Podjela vrsti optičkih vlakana.Izvor: Forouzan, B. A., (2007), Data Communications and Networking, McGraw-Hill, 4th Edition, Ney York: USA.


Slika 35. Mutlimode vlaknoIzvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.


Slika 36. Singlemode vlaknoIzvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.


Slika 37. Usporedba karakteristika Multimode i Singlemode optičkog vlaknaIzvor: Horak, R., (2007), Telecommunications and data communications handbook, Wiley, New Jersey: USA.


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.


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


Osnove transmisije


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.


Slika 42. Serijski prijenos.Izvor: Forouzan, B. A., (2007), Data Communications and Networking, McGraw-Hill, 4th Edition, Ney York: USA.


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


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.


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.


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.


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.


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.

Kolegij: Arhitektura telekomunikacijske mreža Osnove ... telekomunikacijskih...

Documents

Transcript of Kolegij: Arhitektura telekomunikacijske mreža Osnove ... telekomunikacijskih...