SADRŽAJ:

1. Uvod..............................................................................................2

2. Priroda poruka i karakteristike prenošenih signala.......................3

3. Priroda signala...............................................................................4

4. Osnovne karakteristike signala koji predstavljaju realne

poruke............................................................................................6

5. Šum..............................................................................................10

6. Spoljašnji šumovi.........................................................................12

7. Unutrašnji šumovi........................................................................12

8. Prirodni

šumovi............................................................................13

9. Tehnički šumovi..........................................................................16

10. Zaključak....................................................................................18

11. Literatura.....................................................................................18

UVOD

Telekomunikacije predstavljaju naučnu oblast koja se bavi prenosominformacija.Poruke koje treba prenijeti sa jednog mjesta (njihovog izvora) do udaljene tačke (mjesta prijema) mogu da budu u različitim formama: pisani tekst, govor, muzika, nepokretna i pokretna slika, podaci,...Potreba za komuniciranjem među ljudima stara je koliko i svijet, pa su ljudi koristili razne načine kako bi ostvarili komunikaciju: glasnici, golubovi pismonoše, paljenje vatre i dimni signali, heliograf u Grčkoj,

sistemi megafonskog prenosa u Egiptu... Daljim razvojem nauke i tehnike javlja se potreba za prenosom poruka ne samo u vidu pisane riječi i govora već i u obliku slika, pokretnih slika, a kasnije, razvojem računara, i prenos podataka između njih. 1927. god. je ostvaren prvi prenos televizijskog signala izmedu Njujorka i Vašingtona.

Druga polovina 20. vijeka donosi intenzivan razvoj mobilnih radiokomunikacija i optičkih komunikacija. Prvi pokušaji na tom polju su bili radiofoni (voki-toki), zatim dispečerski sistemi, radio-pejdžing sistemi, mobilni radio-telefonski sistemi koji obezbjeđuju sve što i fiksni telefonski sistemi. Osnovni trend današnjih telekomunikacija je ostvarivanje komunikacije bilo gdje, bilo kad sa bilo kim, nezavisno od terminala koji posjedujemo.

Svaka telekomunikaciona mreža može generalno da se predstavi različitim modelima. Jedan od uobičajenih modela za predstavljanje telekomunikacionih sistema je Shannon-ov model. Nakon Shannon-a, koji je dao opšti model telekomunikacionih sistema, predloženi su i drugi, nešto detaljniji modeli.

1

PRIRODA PORUKA I KARAKTERISTIKE PRENOŠENIH SIGNALA

Osnovni zadatak telekomunikacionog sistema je da se poruka u vidu signala prenese na udaljeno mjesto, a da pri tome primljeni signal što je moguće više odgovara poslatom signalu. Stoga je neophodno detaljno proučiti i analizirati sve osobine signala kojima se prenose poruke izmedju korisnika.

Sve poruke koje šalje neki izvor poruka možemo svrstati u dvije grupe:

1. diskretne poruke – one koje se pojavljuju kao nizovi odvojenih elemenata koji imaju konacan broj različitih vrijednosti. Ti elementi nazivaju se simbolima i pripadaju jednom konačnom skupu zvanom alfabet. Primjer ovakvih poruka su poruke koje se prenose u telegrafiji i računarskim komunikacijama.

2. kontinualne poruke - javljaju se kao neke funkcije vremena koje imaju sve moguće vrijednosti koje se nalaze između nekih određenih granica. Takve su, npr. poruke koje se prenose u telefoniji.

U zavisnosti od tipa poruke imamo i dvije vrste signala: 1. analogne 2. digitalne

a time i dvije vrste sistema za prenos: * analogni telekomunikacioni sistem * digitalni telekomunikacioni sistemi

Analogni prenos podrazumijeva niz od međusobno različitih signala, dok se kod digitalnog prenosa govori o nizu od međusobno različitih poruka. Kod digitalnog prenosa, podaci mogu biti poslati sa izvora

2

podataka kao što je miš ili tastatura, dok će analogni signal biti više u obliku telefonskog poziva ili video poziva.Analogni signal je kontinualno promjenjivi napon ili struja. Amplituda signala može imati bilo koju vrijednost, za razliku od digitalnog signala.

Primjeri analognog signala su zvuk, temperatura, pritisak vazduha, i velika većina drugih prirodnih signala.

Digitalni signal je nivo napona ili struje čija se vrijednost može mijenjati samo u određenom ograničenom broju stanja ili koraka. Amplituda signala može imati samo neki ograničeni broj vrijednosti, za razliku od analognog signala.

Primjeri digitalnog signala su stanja prekidača (uključen ili isključen), binarni kod u računarima (0 ili 1), Morzeov kod i drugi.

Kao prednost digitalnog signala se može navesti veća otpornost na šum i prigušenje šuma.

PRIRODA SIGNALA

Pored navedene klasifikacije signala uslovljene tipom poruke, postoje 1. deterministički signali - proizvoljni signali koji se mogu

potpuno opisati nekim analitičkim izrazom.

3

Slika: Primjer determinističkog signala

2. slučajni signali – nije moguće definisati anlitički izraz kojim se opisuje. Takav signal možemo da predstavimo nekom vremenskom funkcijom, ali vrijednosti te funkcije su poznate u prošlosti, a nepoznate u budućnosti.

Pošto su u potpunosti određeni i opisani u svakom trenutku, deterministički signali ne nose nikakvu informaciju. Stoga je jasno da se telekomunikacionim sistemima prenose slučajni signali.Deterministički signali se koriste kao pomoćni signali, neophodni u postupku obrade signala.

Deterministički signali se mogu podijeliti u dvije grupe: 1. Periodični 2. Aperiodični

U ispitivanju osobina determinističkih signala koristi se harmonijska analiza. Harmonijska analiza ima za cilj da prikaže signal u domenu učestanosti, a zasniva se na teoriji Fourierovih redova i Fourierove transformacije. Za periodične signale se primjenjuje analiza pomoću Fourierovih redova, a za aperiodicne Fourierova transformacija.

Periodičan je svaki signal koji zadovoljava uslov: f(t)=f(t+T)T je perioda signala f(t).

Slika: Primjeri periodičnih funkcija

4

Aperiodični deterministički signali mogu se opisati vremenskimaperiodičnim funkcijama, za koje ne važi f(t)=f(t+T) Periodična funkcija izražena Fourierovim redom može da predstavljaaperiodičnu funkciju ako njena prioda teži beskonačnosti.

OSNOVNE KARAKTERISTIKE SIGNALA KOJIPREDSTAVLJAJU REALNE PORUKE

1. SIGNAL GOVORA- Opseg učestanosti od 300Hz do 3400 Hz usvojen je od strane CCITT-a za standardnu širinu kanala za prenos govora.- Opsezi (300-2400)Hz i (300-2700)Hz primjenjuju se u vezama redukovanog kvalieta.

2. SIGNAL MUZIKE-Propisana potrebna širina opsega za prenos muzickog signala je 30-15000Hz. - Postoje sistemi čija je širina opsega 50Hz-10 000Hz, ali je u njima kvalitet prenosa nešto niži.

3. SIGNALI PODATAKA I TELEGRAFSKI SIGNALI- Spektar je povezan sa brzinom signaliziranja (više u Osnovama digitalnih komunikacija).

4. TELEVIZIJSKI SIGNAL (SIGNAL POKRETNE SLIKE) - Opseg koji zauzima video signal je od 10Hz do 5MHz

Prenosom signala poruke u izvornom obliku, pri čemu mu se eventualno mijenja amplituda (pojačanje) i način rasprostiranja (vazduh, voda, žica ...). Jedan često viđen primjer za navedeno je pojačanje signala mikrofona i potom reprodukcija zvuka. Impulsi digitalnog signala. Također se u izvornom obliku može prenijeti npr. između dva mrežna uređaja. Signali poruke spadaju uglavnom u niskofrekventno područje (NF). Signal koji koristi frekventni raspon od 0 Hz - 100 MHZ također se razmatra kao niskofrekventni, jer od niskih frekvencija započinje raspon frekvencija koje koristi. Karakteristika ovakve distribucije signala su male udaljenosti između predajnika i prijemnika.

5

Prenosom signala poruke uz pomoć signala koji ima bolja svojstva prenosa, kao visokofrekventni signal (VF). Uzmimo mikrofon, ali bežični. Signal visoke frekvencije tada služi samo kao nositelj signalu mikrofona do uređaja u kojem će se signal mikrofona od njega 'odvojiti'.

Osim toga VF signal ima svojstvo prenosa kroz prostor kao elektromagnetski talas. Ta osobitost uz učinkovitost modernih minijaturnih elektroničkih sklopova ima za rezultat vrlo brz razvoj mobilnih uređaja. Posve je svejedno dali VF signal u postupku rasprostiranja 'pomaže' analognom ili digitalnom NF signalu. Karakteristika ovakve distribucije signala je ostvarivost komunikacije pri prilično velikim udaljenostima između predajnika i prijemnika

Pri svakom prenosu VF signala kroz komunikacijski sistem, signal doživljava promjene, kojima je na izvoru cilj da se u njega 'utisne' poruka te se na odredištu iz njega 'izvadi'. To znači da na neki način treba utjecati na promjenu nekog od parametara VF signala (amplitudu, frekvenciju ili fazu) i znati je protumačiti. Postupak obrade signala u predaji s kojim se u visokofrekventni prijenosni signal - nositelj 'utiskuje' niskofrekventni (NF) signal poruke naziva se MODULACIJA. Na prijemnoj strani se vrši obratni postupak, nazvan DEMODULACIJA.

Kakve god promijene signal doživio, matematička analiza, tj. razvoj u Fourier-ov red, pokazaće da se on u suštini sastoji od niza 'sinusnih' komponenti od kojih svaka ima svoje parametre, koje zajedno daju signalu konačni oblik. Dakle, da bi se obrađeni signal, ili bolje reći složeni signal, prenio kroz komunikacijski kanal moraju se prenijeti sve njegove komponente koje su pojedinačno 'sinusne' prirode.

y(x) = A * sin (x)

Ako su promjene usklađene sa signalom poruke, ovaj postupak 'unošenja' signala poruke u signal koji se prenosi između izvora i odredišta (prenosni signal), naziva se MODULACIJA. Postupak 'očitavanja' signala poruke iz prenosnog signala naziva se DEMODULACIJA.

6

Osnovni uslov da bi se navedeno ostvarilo je da signal poruke ima mnogo manju frekvenciju od prenosnog signala - nositelja.

Kako je moguće uticati na različite parametre nosećeg signala poruke otuda i različiti nazivi i skraćenice za pojedine vrste modulacije - demodulacije. Osnovne vrste su:

AM (amplitudna modulacija) - promjena amplitude visokofrekventnog sinusnog signala u skladu s promjenama oblika niskofrekventnog signala poruke.

FM (frekventna modulacija) - promjena frekvencije visokofrekventnog sinusnog signala u skladu s promjenama oblika niskofrekventnog signala poruke.

PM (fazna modulacija) - promjena faze visokofrekventnog sinusnog signala u skladu s promjenama oblika niskofrekventnog signala poruke.

Svaki složeni signal sastoji se od mnoštva sinusnih signala, osnovne komponente i mnoštva harmoničnih komponenti, osobito signal pravougaonog oblika. Ako bi se kroz komunikacijski kanal prenosili svi sadržaji signala, frekventni raspon u frekventnoj domeni bio bi vrlo velik i tehnički neprihvatljiv.

7

Stoga se svjesno ograničava frekventni raspon koji se prenosi na štetu kvaliteta, uglavnom do mjere koja zadovoljava potrebe korisnika.

Sužavanje frekventnog raspona koji služi za prenos signala neizostavno dovodi do izobličenja, ali moderni elektronički sklopovi sa svojom analitičkom logikom i metodama za ispravljanje greške u velikoj mjeri mogu anulirati učinak spomenutih ograničenja.

Druga osobina signala, bez obzira na njegovu prirodu je da se signal poruke, uglavnom niske frekvencije, vrlo slabo rasprostire kao elektromagnetski talas kroz prostor, dok je signal visoke frekvencije po pitanu rasprostiranja znatno veći učinak.

Stoga se raznim postupcima MODULACIJE signal poruke utiskuje u visokofrekventni talas - nositelj, mijenjanjem nekog od parametara visokofrekventnog signala u skladu s promjenama signala poruke bez obzira dali je signal poruke analogan ili digitalan.

Digitalizacija signala poruke povećava otpornost na smetnje, omogućava uporabu manjeg frekventnog opsega i vremenski multipleks, ali u odnosu na analogni signal unosi se svjestan gubitak vjerodostojnosti tokom prenosa, zbog raspona nivoa digitalizacije.

8

ŠUM

Šum, u širem smislu, predstavlja svaku smetnju koja se u električnom kolu ili liniji komunikacije superponira na korisni signal.

Šumovi u elektronskim komponentama se najčešće modeluju ekvivalentnim naponskim ili strujnim generatorima lociranim na ulaznim priključcima idealne komponente.

Otpornici pokazuju različite šumove zavisno od načina izrade. Integrisani i metal-slojni otpornici imaju samo termički šum, dok ugljeni otpornici, pored termičkog, generišu i fliker šum.

9

Kondenzatori i kalemovi ako su idealni, ne sadrže izvore šuma. Realni pokazuju parazitne otpornosti , koje generišu šum kao i standardni otpornici.Poluprovodnička dioda ima šum sačme usled prolaska nosilaca naelektrisanja kroz PN spoj, kao i fliker šum. Ta dva šuma se predstavljaju ekvivalentnim strujnimj generatorom Ind. Zbog otpornosti rs silicijumskog materijala, dioda pokazuje i termički šum koji se predstavlja naponskim generatorom End.Cenerova dioda daje izuzetno veliki lavinski šum zbog rada u proboju, stoga se ove diode ne koriste u kolima sa malim nivom šuma.Bipolarni tranzistor sadrži sve dolje nabrojane vrste šumova osim lavinskog šuma, koji se javlja samo ako radi u proboju.Kolektorska struja pokazuje šum sačme koji nastaje prolaskom sporednih nosilaca kroz kolektorski spoj. Bazna struja pokazuje šum sačme nastao nastao prelaskom glavnih nosilaca iz baze u emitor. Zbog postojanja otpornosti rb poluprovodnika od kojeg je baza napravljena ,u njoj se generiše termički šum.Mosfetovi pokazuju termički šum usled otpornosti kanala i on dominira. Postoji i šum sačme struje na gejtu Ig i eksperimentalno dokazan fliker šum.Operacioni pojačavači posjeduju šum čija je vrijednost određena vrstom upotrebljenih komponenti i njihovom međusobnom vezom. Šum operacionih pojačavača se izračunava kada se modelira šum svakog njegovog sastavnog dijela. Zbog praktičnih razloga šum se prikazuje preko ekvivalentnih naponskih i strujnih generatora.

10

Prema izvoru koji ih generiše dijele se na:

spoljašnje unutrašnje

SPOLJAŠNJI ŠUMOVI

Spoljašnji šumovi se često označavaju kao smetnje. Oni nastaju usled neželjenih sprega između električnog kola i njegove sredine.Te sprege mogu biti: električne, magnetne, elektromagnetne, termičke, mehaničke.Na primjer, žice kojima su povezane komponente u električnom kolu djeluju kao antene i primaju signale radiodifuznih stanica koji se superponiraju sa korisnim signalima.Takođe je moguća pojava signal mrežnog napona superponiranog na korisni signal usled nedovoljnog kvaliteta izvora za napajanje.Priroda smetnji je najčešće deterministička, što znači da su to najčešće signali poznatih zakonitosti u ponašanju.Nekada je, međutim, priroda smetnji slučajna u smislu da se u sledećem trenutku ne može predvidjeti veličina smetnje.Smetnje u elektronskim kolima, bez obzira na svoju prirodu, mogu da se kontrolišu korišćenjem raznih tehnika za eliminisanje sprege između kola i okoline. Na primjer, protiv elektromagnetnih smetnji, kola se oklapaju metalom.Temperaturne smetnje se eliminišu postavljanjem uređaja u termostate. Mrežne smetnje se otklanjaju upotrebom filtera i kvalitetnih uzemljenja.

UNUTRAŠNJI ŠUMOVI

Unutrašnji šumovi se označavaju kao šum u užem smislu. Njihova priroda je slučajna a uzroci toga su slučajne fluktuacije (kolebanja, lelujanja) fizičkih procesa u komponentama električnog kola.

Unutrašnji šumovi se dijele na:

prirodne tehničke

11

PRIRODNI ŠUMOVI

Prirodni šumovi su termički i fliker (flicker) šum. Oni nastaju kao posledica diskretne prirode naelektrisanja (elementarno naelektrisanje je nedjeljivo).

Termički šum. Zbog slučajnog (Braunovog) termičkog kretanja elektrona, u materijalu (provodnoj sredini) elektronske komponente se generiše slučajni signal, koji predstavlja termički šum. On se javlja vezano za električnu otpornost i postoji nezavisno od spoljašnjeg električnog polja, odnosno izvora za usmjeravanja kretanja nosilaca naelektrisanja.

Spektralna gustina snage termičkog šuma je nezavisna od učestanosti:

gdje je k Bolcmanova konstanta, T apsolutna temperatura, a R otpornost sredine u kojoj se šum stvara. Na primjer, otpornik, čija je otpornost R=10 kΩ na sobnoj temperaturi u propusnom opsegu od 1 kHz oko neke učestanosti, proizvodi efektivnu vrijednost napona šuma:

12

Šumovi koji imaju spektralnu gustinu snage nezavisnu od učestanosti se označavaju kao bijeli šumovi, bez obzira na proces koji ih generiše. Otpornik, koji generiše šum, se modelira za potrebe analize raspodjele signala šuma u električnim kolima sa naponskim:

Ili strujnim:

Generatorom i otpornikom bez šuma, u propusnom opsegu ∆f.

Fliker šum se naziva i kontaktni šum. Uzroci ovog šuma su nesavršenosti u materijalu koje stvaraju zamke za slobodne nosioce ili fluktacije površine i intenzitetu dodira između čestica zrnaste structure koja provodi električnu struju. Zbog toga se u materijalu u kome teče neka struja I, javlja i slučajni signal koji pokazuje fluktuacije trenutne vrijednosti struje. Pored toga, fluktuacije u intenzitetu struje mogu nastati i zbog kolebanja provodnosti zrnaste structure kroz koju protiče

13

struja kada se mijenja broj i kvalitet dodira između zrnaca. Takav mehanizam postoji u ugljenim otpornicima, pa oni imaju veliki nivo „fliker“ šuma. Postojanje fliker šuma je uslovljeno postojanjem jednosmjerne struje u komponenti. Spektralna gustina snage fliker šuma je obrnuto proporcionalna sa učestanosti f:

Gdje su: K konstanta određenog primjerka komponente, I jednosmjerna struja, a koeficijent čija je vrijednost u intervalu (0,5:2). Fliker šum se označava i kao 1/f šum. Njegova snaga je koncentrisana na nižim učestanostima.

Prirodni šumovi su neizbježni, jer imaju korijen u diskretnoj prirodi naelektrisanja.

TEHNIČKI ŠUMOVI

Tehnički šumovi se javljaju kao nepoželjan nusproizvod pri konstrukciji elektronskih sklopova, usled stvaranja nekih specijalnih okolnosti.

14

Tehnički šumovi su:

šum sačme (shot noise) pri fluktuacijama broja nosilaca koji prolaze kroz direktno polarisan PN spoj

generaciono-rekombinacioni šum (burst noise) usled fluktuacija trenutnog broja slobodnih nosilaca naelektrisanja u poluprovodniku pri raskidanju i uspostavljanju valentnih veza.

lavinski šum (avalanche noise) u inverzno polarisanom PN spoju kao posledica slučajnih fluktuacija u broju generisanih slobodnih nosilaca kod lavinske multiplikacije, odnosno slučajnih fluktuacija u broju razgrađenih valentnih veza kod Zenerovog proboja. Pored ovih postoje i drugi tehnički šumovi ali su oni od manjeg interesa za poluprovodničke komponente.

Šum sačme nastaje zbog fluktuacije broja slobodnih nosilaca naelektrisanja pri prolasku kroz potencijalnu barijeru direktno polarisanog PN spoja kroz koji protiče jednosmjerna struja ID. Poznato je da je prolazak nosilaca kroz barijeru čisti slučajni proces, a jednosmjerna struja PN spoja predstavlja statističku srednju vrijednost tog procesa. Egzistencija šuma sačme uslovljena je postojanjem jednosmjerne struje PN spoja. Njegova spektralna gustina snage je nezavisna od učestanosti:

Gdje je q elementarno naelektrisanje. Iz tog razloga šum sačme spade u kategoriju bijelih šumova.

Šum sačme se modelira strujnim generatorom:

Koji se vezuje u paralelu sa idealnim direktno polarisanim PN spojem.

Zbog svoje sličnosti sa termičkim šumom, pošto pripadaju bijelim šumovima i imaju istu (Gausovu) raspodjelu amplitude, teško se mogu razdvojiti njihovi doprinosi u ukupnom šumu komponente.

15

Generaciono-rekombinacioni šum nastaje u poluprovodnicima usled fluktuacija trenutnog broja slobodnih nosilaca izazvanih slučajnim raskidanjem i uspostavljanjem valentnih veza zbog prisustva jona teških metala. Te fluktuacije dovode do pojave šuma superponiranog na jednosmjernu struju I, koja protiče kroz poluprovodnik. Spektralna gustina snage generaciono-rekombinacionog šuma opada sa porastom učestanosti:

gdje su K1 konstanta određenog primjerka komponente, f0 konstanta razmatranog slučajnog procesa (šuma), i b konstanta u opsegu (0,5:2). Funkcija gustine vjerovatnoće amplituda generaciono-rekombinacionog šuma nije Gausova.

Lavinski šum nastaje pri radu PN spoja u naponskom proboju dejstvom lavinskog ili Zenerovog mehanizma . Kod lavinskog proboja, slobodni nosioci naelektrisanja izazivaju generisanje elektrona i šupljina u zoni oblasti prostornog tovara, što predstavlja slučajni proces. Ovaj šum je vezan za proticanje jednosmjerne struje kroz inverzno polarisan PN spoj i ima visok nivo snage.

Kod Zenerovog proboja fluktuira broj razgrađenih valentnih veza. Za razliku od šuma kod lavinskog mehanizma, koji je vezan za proticanje struje, šum u Zenerovom proboju se predstavlja ekvivalentnim naponskim generatorom vezanim na red sa idealnom diodom.

Spektralna gustina snage lavinskog šuma je uniformna, a funkcija gustina vjerovatnoće amplitude generalno nije Gausova.

16

ZAKLJUČAK

Prenos poruke odvija se na način da se nekakvoj kombinaciji impulsa pridodaje neko značenje. Da bi prijemnik i predajnik znali 'razgovarati' značenje tih kombinacija mora im biti isto. Raznolikost u rješavanju navedenog problema gotovo je dovela do zbrke u komunikaciji između sastava različitih proizvođača. Stoga su na nivou cjelokupne zajednice (bolje rečeno svijeta) ustanovljene razne institucije kojima je briga da prate postojeće stanje, preporučuju ili nameću standarde i daju naputke za nove tehnologije. Ko se ne drži preporuka ili standarda nije konkurentan.

LITERATURA:

.

- Osnove telekomunikacije – Miomir Filipović- Osnovi analognih telekomunikacija - Doc. dr Zoran Veljovic- Osnovi telekomunikacije i komunikacione mreže – Odry Peter- http://sr.wikipedia.org/sr/ - http://en.wikipedia.org/wiki/Analog_signal - Principles of Electronic Communication Systems, Louis E.

Frenzel, Glencoe/McGraw-Hil

17