Úvod do zabezpečovací a spojové techniky, ÚZS díl 1: Úvod do spojové techniky Ing.Milada Veselá,CSc. K 614,m.306 díl 2 : Úvod do zabezpečovací techniky Ing.Milan Marvan,CSc.

SPOJE = pošta a telekomunikace Úvod do techniky poštovního provozu Význam techniky v poště Přemísťovací proces v poště Mechanizace a automatizace v poštovních službách

Úvod do telekomunikační techniky Princip telekomunikačního přenosu, sdělovací řetězec, základní pojmy přenosu informací elektrickou cestou Přehled modulačních metod v telekomunikačních přenosech Řešení telekomunikační sítě, sestava uzlu sítě Způsoby přenosu informací v telekomunikačních sítích Řešení sítí s přepojováním okruhů Řešení sítí s přepojováním paketů

SPOJE - úvod SPOJE jsou definovány jako soubor zařízení a služeb sloužící k přenosu informací, příp. věcí od zdroje (odesilatele) k příjemci (adresátovi).   Úkol spojů : zajištění informační komunikace Informační komunikace – tok informací z jednoho nebo více zdrojů (aktivních) k příjemcům informace (pasivních)

Dva základní způsoby zprostředkování informací POŠTA a TELEKOMUNIKACE Pošta – zajišťuje zprostředkování informací, zboží a peněz . Jedná se o fyzickou přepravu informace, která neprobíhá v reálném čase. Telekomunikace – zprostředkování informací v reálném čase, prostřednictvím elektrické energie.

ZÁKLADNÍ POJMY INFRASTRUKTURY SPOJŮ INFORMACE – ODRAZ REÁLNEHO SVĚTA VYJÁDŘENÝ FORMOU ZPRÁVY ZPRÁVA – JE INFORMACE VYJÁDŘENÁ V URČITÉ FORMĚ, JE TO FORMALIZOVANÁ INFORMACE V PODOBĚ HLASU,OBRAZU,TEXTU (JINAK: INFORMACE VNIMATELNÁ LIDSKÝMI SMYSLY) KOMUNIKACE = PŘEPRAVA INFORMACE (FYZICKOU CESTOU), NEBO PŘENOS INFORMACE (ELEKTRICKOU CESTOU)

Společné znaky pošty a telekomunikací · Jsou součástí technické infrastruktury · Síťový charakter odvětví,síť infrastrukturních zařízení Průřezové odvětví - tzn. pošta i telekomun. se stávají podmínkou rozvoje ekonomiky státu a naplnění oprávněných potřeb občanů Společný řídící orgán státní správy, společný regulační orgán státní správy

Úkol poštovního sektoru : poskytovat poštovní služby Poštovní služba : příjem zásilek od různých odesilatelů , jejich přeprava a dodání různým adresátům Do poštovního sektoru patří jakýkoliv subjekt, poskytující poštovní služby Specifikum pošty : na vymezené služby má monopol jediný operátor, je to Česká pošta,s.p., která ale na druhé straně musí poskytovat tzv.základní služby

Úkol telekomunikačního sektoru: poskytovat telekomunikační služby Telekomunikační služba spočívá v přenosu informací elektrickou cestou a to výhradně pro potřeby třetí osoby Do telekomunikačních činností patří také radiokomunikační služba : je to služba jakéhokoliv užití rádiového zařízení pro účely sdělování,spočívá v přenosu,vysílání nebo příjmu informací prostřednictvím radiových vln, radiová vlna : 9 kHz – 3000 GHz

Úvod do techniky v poště Přemísťovací proces Je to proces produkce poštovních služeb Realizuje se v prostředí poštovní sítě

Oblasti technizace v provozu pošty Proces informatizace poštovních technologií : implementace Integrovaného technologického a informačního systému, označení : ITIS Využití prostředků mechanizace a automatizace technologických procesů ve všech fázích přemísťovacího procesu Modernizace parku dopravních prostředků

Integrovaný technologický a informační systém ITIS Integrovaný technologický a informační systém

Automatizovaný systém zpracování poštovních agend (AUTOMATED POST) – A POST PT- přepážkové terminály, TZ – terminály v zázemí pošty Vybavení přepážek : počítač + periferní zařízení (tiskárna dokladů, váha, zákaznický displey, snímač čárového kódu, snímač čipových karet)

Architektura systému Traceing and Tracking T+T Systém monitorování pohybu zásilek v poštovní sítí

Další technologické projekty ITIS Automatizace platebního styku jako integrální součást A POST : příjem a výplata poštovních poukázek, SIPO, důchodová služba Kontinuální měření produktu : vyhodnocování objemu provozu ve vybraných místech poštovní sítě Automatizované zpracování balíku přes datové centrum Jednotný systém evidence dodacích míst poštovní sítě

Integrace automatizovaných poštovních technologií Výrazný trend soudobého poštovnictví : - implementace VT do všech oblastí poštovní činnosti(technolog.,soc.-ekon.,podpůrné,…) - integrace automatizovaných úloh INTEGRACE = užití společného technického prostředí pro dílčí technologie Technickou podmínkou integrace je datová síť, která celý systém ITIS zastřešuje a propojuje tak dílčí automatizované činnosti(vzájemné sdílení dat poštovního provozu)

Privátní datová síť Centralizovaná architektura – propojuje on-line síťové uzly do datového centra VAKUS (Výpočetní a kontrolní ústředna spojů)

Mechanizace a automatizace v poštovním provozu Mechanizace technologických procesů - klasický směr v technizaci pošty, ulehčuje fyzicky namáhavé, monotónní a časově náročné operace v poštovním provozu Podle stupně náhrady fyzické práce rozeznáváme - prostředky malé mechanizace - prostředky střední mechanizace - prostředky velké mechanizace - poloautomatická zařízení - automatizaci, realizuje operace bez přímé fyzické a a psychické spoluúčasti člověka – automatické linky

Úvod do telekomunikační techniky Úkol telekomunikační techniky : umožnit přenos informací na dálku mezi lidmi, mezi lidmi a stroji na zpracování informací a také mezi samotnými stroji Základní vlastnost telekomunikačního přenosu : zpráva se nepřenáší v původní podobě, v měniči zpráv se mění na ekvivalentní elektrický signál Elektrický signál se stává nositelem původní informace

Blokové schéma sdělovacího řetězce ZI- zdroj informace, PI-přijímač informace, K – kódování zprávy D – dekódování signálu, VS – vysílač signálu, PS – přijímač signálu

Princip telekomunikačního přenosu Na vysílací straně jsou technická zařízení na přeměnu zprávy na elektrický signál , měniče zpráv na elektrický signál(kódování) Na přijímací straně jsou technická zařízení , měniče elektrického signálu na zprávu (dekódování) Ve sdělovacím řetězci probíhá proces kódování zprávy, modulace , přenos signálu, demodulace, dekódování signálu na reprodukci původní zprávy

Další pojmy k telekomunikačnímu přenosu Signál – fyzikální jev nesoucí informaci - signál je definován jako určitá fyzikálně časově proměnná veličina,která prostřednictvím změn některých svých parametrů (amplitudy, kmitočtu, fáze)může přenášet přenosovým médiem informace - signál je vázán na nějakou fyzikální soustavu, pak rozlišujeme signály akustické, optické,elektrické,… V případě elektrického signálu je fyzikální formou pro přenos zprávy elektromagnetické vlnění

Telekomunikační kanál – soubor technických prostředků pro jednosměrný přenos signálu Telekomunikační okruh – pár protisměrně přiřazených kanálů Telekomunikační spoj- soubor technických prostředků umožňující přenos zpráv mezi dvěma místy (včetně koncových zařízení) KZ KZ

Klasifikace signálů v telekomunikacích

Rozdělení telekomunikačních signálu z hlediska spojitosti Analogový (spojitý) signál –vyjadřuje zprávu pomocí neomezeného počtu hodnot určité fyzikální veličiny (amplitudy,kmitočtu), je spojitý v čase i v amplitudě Diskrétní (nespojitý) signál – je nespojitý v čase, v amplitudě, případně v čase i v amplitudě Digitální (číslicové) signály- patří do kategorie mezi diskrétních signálu, vyjadřují zprávu pomocí omezeného počtu hodnot určité fyzikální veličiny,např.dvou hodnot: dvoustavový signál,..

Vývoj telekomunikačních přenosů Historicky první systém přenosu informací na dálku byl telegrafní přenos, který prostřednictvím telegrafních sítí přenášel textové zprávy (r.1852),první užití digitálních signálů R.1876 – počátek telefonních přenosů, objev telefonu –A.G.Bell,užití analogových signálu pro přenos hlasu

Původně telefonní přenosy byly analogové , až s rozvojem digitální techniky se realizuje digitalizace původně analogových signálů hlasových zpráv a to cestou modulace. S dalším technickým rozvojem souvisí služba označována jako přenos dat, Data – jsou informace vyjádřené diskrétní abecedě , tzn. data jsou formalizované informace Datové přenosy v telekomunikacích zajišťují dálkový přenos dat po telekomunikačních okruzích a to společně s určitým systémem zabezpečení dat

Význam digitalizace telekomunikačních signálu Kvalitnější přenos - digitální signál je odolnější vůči útlumu a skreslení (nebezpečí-chybovost) Vyšší kapacita přenosu,ekonomičnost systému Menší nároky na prostor a údržbu Předpoklad konvergence telekomunikačních sítí Univerzálnost digitální technologie,konvergence sítí IT a médií – sítě e-komunikací

Telekomunikační signály a telekomunikační kanály V telekomunikačních přenosech řešíme technické a ekonomické hledisko vztahu kvality přenosu signálu a technické vybavenosti sdělovacího řetězce Podmínka kvalitního přenosu signálu : propustnost kanálu musí být větší nebo rovna objemu příslušného signálu

Veličiny hodnocení signálu – objem signálu Vs Prvotní el. signál hodnotíme po technické stránce pomocí třech navzájem svázaných veličin , jejichž souhrn definuje objem signálu Vs Jsou to veličiny : dynamický rozsah signálu Ds (dB)- energetická hodnota signálu šířka pásma (frekvenčního spektra) signálu Fs (Hz) - souhrn všech frekvencí obsažených v signálu doba trvání signálového prvku Ts (s) – nejmenší část signálu, která musí být rozlišena(slabika, bit)

Objem signálu Vs Aby bylo možno daným telekomunikačním kanálem přenášet signál s definovanými vlastnostmi, musí být propustnost kanálu větší nebo rovna objemu přenášeného signálu

Propustnost telekomunikačního kanálu Vlastnosti telekomunikačního kanálu jsou analogicky dány : Dobou trvání signálového prvku Tk (s) Šířkou pásma Fk ( Hz) Dynamickým rozsahem kanálu Dk (dB)

Propustnost telekomunikačního kanálu Vzájemná optimalizace Vs a Pk je jedním ze základních úkolů telekomunikační techniky

Geometrický model vztahu Vs a Pk

Základní přenosové veličiny digitálních signálů Modulační rychlost udává počet signálových prvků přenesených za sekundu,vypočítá se jako převrácena hodnota jednotkového intervalu signálu, označeného písmenem „a“, Jednotka Vm je Baud - Bd ( dle francouzského vědce Baudota) Rozměr :

Modulační frekvence Definice vychází z představy nepřetržitého toku pravidelně se opakujících binárních stavů,ve kterém součet doby trvání jedné dvojice opačných binárních stavů (O,1) představuje periodu digitálního signálu

Modulační rychlost a modulační frekvence

fm – počet cyklů signálu za sekundu ( Hz) fm vyjadřuje maximální frekvenci při minimální periodě T digitálního signálu, je základní harmonickou frekvencí číslicového signálu fm tak určuje potřebnou šířku frekvenčního pásma přenášeného signálu, ozn. B (oblast kmitočtů, ve které je soustředěna základní energie signálu) - čím je menší T( resp.a), tím je vyšší fm a tím požadujeme větší šířku frekvenčního pásma Proto se veličina fm využívá při sledování vzájemného vztahu Vm a potřebné šířky pásma B

Přenosová rychlost Vp Číslicový signál, který je vyjádřen dvěma stavy je dvoustavový signál (stav 1=0V,stav 0=4V) Číslicový signál může nabývat více než dvou stavů – vícestavový signál a = 00,O1,10,OO – čtyřstavový signál (dibity) a = 000,010,001,101,111,…osmistavový(tribity),… Pak Vm již nevystihuje množství informace přenesené kanálem za jednotku času, proto se zavádí další veličina přenosová rychlost Vp

Čtyřstavový signál

Přenosová rychlost Vm … modulační rychlost m ….. počet stavů číslicového signálu Pro binární číslicový signál , kdy m=2 platí : Vp=Vm, logaritmus o základu 2 z čísla 2 je roven 1

Závěr z teorie přenosu digitálních signálů V reálném telekomunikačním systému nelze přenést neomezené množství informace za jednotku času V každém reálném systému je přítomen ŠUM – souhrn nepříznivých vlivů na el.signál (důsledek skreslení,rušení,…) Šum nedovoluje na přijímací straně rozlišovat jemnější změny užitečného signálu

Přenosová kapacita digitálního kanálu „C“ Shannon – Hartleyův teorém C…. maximální množství informace , které může být přeneseno telekomunikačním kanálem (bit /s), B … šířka frekvenčního spektra kanálu ( Hz ), S…..střední hodnota výkonu signálu na výstupu (dB) M….střední hodnota výkonu šumu na výstupu systému (dB)

Shannon – Hartleyův vztah respektuje vliv šumu na přenosovou kapacitu – Definuje tak : propustnost reálného telekomunikačního kanálu

Telekomunikační síť Telekomunikační kanály a telekomunikační okruhy se v zásadě neprovozují jako samostatná přenosová zařízení, obvykle se seskupují do telekomunikačních sítí. Telekomunikační síť kromě vlastního přenosu umožní i přepojování účastnických koncových zařízení do požadovaného směru. Obecně se tak telekomunikační síť dělí na tři části Přenosové cesty – metalická vedení, rádiové cesty, optická vlákna Přenosová zařízení- zpracování signálu k přenosu Spojovací zařízení – propojování příchozích a odchozích informačních toků v síti, příp. k jednotlivým KZ sítě

Vymezení koncového bodu telekomunikační sítě KB …koncový bod sítě , je přesně definované rozhraní mezi sítí a připojeným KZ(technicky, legislativně) SU…spojovací uzel sítě KZ…koncové zařízení

Struktura telekomunikační sítě Princip řešení struktury sítě : Celé území se rozdělí na menší územní celky,které se pak seskupují do větších územních celků a tyto ještě do větších, …atd, až se pokryje celé území Primární oblast(úroveň) je obsluhována spojovacím zařízením uzlu, na které jsou připojení všichni účastníci z dané oblasti Sekundární oblast (úroveň) je tvořena seskupením nižších sousedících územních celků a je obsluhována uzly sekundární úrovně Uspořádání sítě primární úrovně : radiální (hvězdicové) Uspořádání uzlů sekundární úrovně : polygonální (mřížové)

Fyzická topologie uspořádání telekomunikační sítě ÚP… ústředna (uzel) sítě v primární úrovni sítě ÚS…ústředna (uzel) sítě v sekundární úrovni sítě

Sestava uzlu telekomunikační sítě

ZÁVĚR : Telekomunikační síť můžeme chápat jako souhrn prostředků pro určitý způsob dálkové komunikace. Vybavení uzlu sítě : Přenosová zařízení navazují na přenosové cesty, zajišťují úpravu a vysílání, uživatelských a signalizačních informací. Ve sdělovacím řetězci přenášíme Uživatelské zprávy Doprovodnou signalizace(volání, adresace, závěr, stav volno a obsazeno,….) Spojovací zařízení slouží k přepojování v síti.

V přenosových zařízeních uzlu jsou zakončené přenosové cesty tzv. linkovým zakončením s funkcí : Impedančního přizpůsobení vedení Zesilování signálu Dálkové napájení opakovačů (k regeneraci digitálního signálu) Lokalizace poruch vedení

Přenosové cesty Existují tři základní druhy přenosových cest : Metalické přenosové cesty (symetrická, koaxiální) Optické přenosové cesty – přenos přes optická vlákna ( mnohavidová, jednovidová vlákna) Rádiové přenosové cesty – přes rádiové vlny Případně dochází ke kombinaci uvedených cest. Stručný popis jednotlivých druhů přenosových cest –viz doporučena literatura

MODULACE a DEMODULACE Modulace je proces, při kterém se v závislosti na změně signálu nesoucího informaci (hlas, obraz,text), vyvolá změna určitého parametru elektromagnetického vlnění – nosné vlny. Původní zpráva ovlivňuje některý z parametrů nosné vlny : amplitudu, kmitočet, fázi Modulace probíhá na vysílací straně Demodulace je proces opačný, založený na stejném principu – probíhá na přijímací straně Z fyzikálního hlediska není mezi modulaci a demodulaci rozdíl

Rozdělení modulací V procesu modulace se jedná o vzájemné působení minimálně dvou elektrických průběhu na prvek či obvod s nelinární charakteristikou. Jeden z průběhu vyjádřující původní informací je modulační signál, druhý je nosný signál Nosný signál může mít charakter harmonického signálu, nosná vlna – spojité modulace Posloupnosti impulsů , taktovací signál – impulsní modulace

Přehled spojitých modulací s harmonickou nosnou

Přehled impulzních modulací, taktovací signál