יום שני, 25 במאי 2015

תקשורת סלולרית תקשורת תאית הנדסאיhttp://www.youtube.com/watch?v=P3CxhBIrBho&feature=player_embedded#! אלקטרוניקה כיתה יד' כל מה שצריך לדעת חומר תיאורטי חומר לימודי סיבית אופטים

תקשורת ב': תקשורת סלולרית תקשורת תאית סיבית אופטיים תיאוריה חישובים תרגילים עם פתרונות מלאים הנדסאי אלקטרוניקה כיתה יד' כל מה שצריך לדעת חומר תיאורטי חומר לימודי

מבוא לתקשורת ב' (מבוא לתקשורת תאית):
רשת תאית (רשת סלולרית) היא רשת תקשורת אלחוטית המשרתת מנויים ניידים: הולכי רגיל נוסעים וכ'ו,  אשר מספקת להם שירותי תקשורת מגוונים כגון: דיבר, העברת הודעות, וידאו ותקשורת נתונים.

הרשת מחולקת לתאי שטח קטנים ובכל תא מותקן משדר, מקלט המכסה את התא.
כאשר המנוי נימצא בתנועה הוא עובר מתא אחד למשנהו בלי לרציפות השירות.
התקשורת התאית חוללה מהפכה בחיינו ולכולנו יש היום מכשיר טלפון תאי המאפשר לנו לצרוך מגוון של שירותים בכל עת וכמעט בכל מקום בעולם.

הקצאת תדרים לרשתות תאיות:
התקשורת התאי כוללת בתוכה מקטע של שירותי רדיו בין מכשיר הקצה (הטלפון הנייד) ובין מקטעי הרשת הנייחים.
כדי ליישם את המקטע האלחוטי יש להקצות לרשת התאים תחום של תדרי רדיו שבו תפעל, כך שההפרעות ההדדיות בינה לבין שאר המערכות האלקטרוניות הפועלות באותה סביבה יהיו קטנות ככל האפשר.
תדרי רדיו הם המשאב היקר ביותר במערכת.

העקרונות של המערכות התאיות:
חברת DELL שבמעבדותיה פותחה הרשת התאית הראשונה הגדירה שלושה עקרונות מנחים כביסוס לפיתוח הטכנולוגיה:
א. שטח הכיסוי של הרשת מחולק לאזורים קטנים הנקראים תא.
כל תא מכיל מגדל (אנטנה) המכסה שטח בגודל משתנה.
כאשר התאים מחוברים בשיטת כוכב הם המרכזייה התאית.
ב. ניתן להשתמש בערוצי הרדיו השונים מספר פעמים כל עוד אין משתמשים באותו ערוץ בשני תאים סמוכים, כתוצאה מכך ניתן להגדיל את מספר השיחות המתנהלות ברשת בו בזמן מבלי לצרוך משאבי רדיו נוספים.
ג. כאשר משתמש ברשת נוסע ממקום למקום ומשוחח בטלפון השיחה מועברת מתא אחד למשנהו, תהליך זה נקרא HAND OFF.

הדורות של המערכות התאיות:
הטכנולוגיות התאיות מתחלקות לדורות, במושגי היום יום מציין דור תקופה של עשרות שנים, אך בתקשורת התאית הדורות מתחלפים מהר יותר:
מערכות הדור הראשון:
אלו הם מערכות המבוססות על תקשורת אלחוטית אנלוגית, מערכות אלו החלו לפעול באופן מסחרי לקראת סוף שנות השבעים.
כאשר הטכנולוגיה הנפוצה ביותר היית AMPS (אשר כיום אינה קיימת יותר) והופעלה בארצות הברית ובמספר רב של מדינות.
בארץ הוקמה הרשמת AMPS על ידי חברת "פלאפון" בשנת 1986.

מערכות הדור השני:
אלו מערכות מבוססות על תקשורת אלחוטית סיפרתית (דיגיטלית). מערכות אלו החלו לפעול באופן מסחרי לקראת תחילת שנות ה-90 והביאו לשיפור באיכות השמע לצד הרחבת השירותים למנוי, כאשר הטכנולוגיה הנפוצה מביניהם נקראת GSM.
זו היא טכנולוגיה הנפוצה ביותר בעולם ומופעלת בישראל על ידי כל החברות.

מערכות הדור השלישי:
אלו הם מערכות המבוססות על תקשורת אלחוטית-סיפרתית  רחבת פס והם החלו לפעול בעולם המערבי ובישראל משנת 2005 ומצטיינות בשירותיה: העברת נתונים ותמונות בקצב מהיר.


המבנה העקרוני של תקשורת תאית:
איור 4.1 מציג ארכיטקטורה טיפוסית של רשת אלחוטית תאית הכוללת גם חיבור לרשת החיוג הציבורים, ורשת התאים כוללת את הרכיבים העיקריים הבאים:
א. תחנת הקצה הניידת, כאשר תחנת הקצה היא הטלפון הנייד, תחנת הקצה כוללת: משדר ומקלט אלחוטיים ובנוסף: לוח מקשים, מיקרופון, רמקול ומסך.
המכשיר משדר וקולט בתדרים נפרדים וזאת כדי לאפשר שיחה דו כיוונים, השיחה הדו כיוונית נקראת:
FDD: Frequency Division duplex.


הרשת התאית זקוקה למידע שוטף על המנויים והמכשירים שבידנו וזאת כדי לספק את השירותים השונים, לשם כך היא מנהלת שני בסיסי נתונים עיקריים: HLR HOME LOCATION REGISTER ו-VLR VISITOR LOCATION REHISTER.

HLR - הוא בסיס הנתונים המכיל מידע על כל מנויי הרשת: זאת אומרת מספר טלפון, השירותים שלהם זכאי המנוי: שיחה ממתינה, חיוג לחו"ל וכ'ו, ומידע עדכני על מיקומו הפיזי כי שדווח לרשת.

VLR הוא בסיס הנתונים המכיל מידע על כל המינויים הנמצאים ברגע נתון באזור שירות מסויים.


ערוצי שידור וקליטה ברשת תאית:
ערוץ רדיו הוא ערוץ חד כיווני. היות והתקשורת התאית היא דו כיוונית, למכשיר התאי דרוש ערוץ רדיו לשידור לתחנת הבסיס וערוץ רדיו נוסף לקליטת השידור מתחנת הבסיס.
ערוץ השידור מתחנת הבסיס אל המכשיר ניקרא ערוץ יורד (DOWNLINK), וערוץ השידור מהמכשיר אל תחנת הבסיס ניקרא ערוץ עולה (UPLINK).


בדור הראשון שהיה מבוסס על שיטת FDMA - Frequency division multy access, בשיטה זו הקצו לכל שיחה (כאשר שיחה היא כיוון הלוך וחזור) שני תדרי רדיו, ועם תום השידור ההקצאה מבוטלת.

במערכות הדור השני ואילך, מערכות סיפרתיות, בהן אות אנלוגי מתורגם לאות סיפרתי, משתמשים בשיטת TDMA -  Time division multy access. בשיטה זו משתמשים בערוץ רדיו אחד להעברת כמות שיחות בו זמנית.
הערוץ מקצה לכל שיחה פרק זמן קצר הנקרא "חריץ זמן".


ערוצים במערכות תאיות מתחלקים לשני סוגים מבחינת השימוש:
ערוצי בקרה וערוצי תעבורה.

ערוצי בקרה: אלו הם ערוצים שבהם מועבר מידע אדמיניסטרטיבי, ערוצים אלו משמשים לתהליכי ניהול שיחות, מעקב אחרי מינויים.

ערוצי תעבורה: אלו הם הערוצים להעברת שיחות טלפון, תקשורת נתונים, FAX וכ'ו.

ערוצי בקרה והתעבורה זהים מבחינת מבנה (מבחינה פיזית) אך שונים אלה מאלה מבחינת תפקודית.

קיימות שתי שיטות עקרוניות לארגון ערוצים בתא:
א. הפרדה פיזית בין ערוצי הבקרה והתעבורה.
ב. שימוש באותו ערוץ פיזי לבקרה ולתעבורה תוך כדי שימוש בחריצי זמן שונים.


שימוש חוזר בתדרים
המרכיב הבסיסי ברשת התאית הוא התא הכולל: תחנת בסיס שמקצים לה מספר מסוים של ערוצי רדיו לשימוש המוני.
לתאים שכנים מקצים ערוצים שונים כדי שלא יהיו הפרעות הדדיות ביניהם.
אנטנות השידור של התאים מכוונות כך גם שיכסו שטח מוגבל ולכן אפשר להשתמש באותם תדרי רדיו, בתאים שונים המרוחקים מספיק זה מזה מבלי שיבצעו הפרעות הדדיות.
עיקרון זה נקרא: שימוש חוזר בתדרים.

N - מספר התאים באשכול.

הערך: 1/N -  נקרא מקדם השימוש החוזר של המערכת.

הגדלת N גורמת להקטנת קיבולת המערכת (מספר ערוצים קטן יותר).
הקטנת N גורמת להגדלת קיבולת המערכת (מספר ערוצים גדול יותר). ולקיצור המרחק בין תא לתא, ומכאן הגדל הגדלת ההפרעות ההדדיות.

1/N - מקדם השימוש.

הערך אחד חלקי N נקרא מקדם השימוש החוזר של המערכת. אחד חלקי שבע  הוא מקדם השימוש החוזר המקובל בעולם התקשורת. כאשר ברשת התאית מקצים לשבעה תאים קבוצות תדרים מסוימות ולשביעייה נוספת מקצרים קבוצת תדרים זהה וכך הלאה.

מדוע דווקא שבע?
נתון: תחום תדרים של 33MHz שאותו יש להקצות לרשת תאית המכסה אזור שירות נתון ומשתמשים בערוצים חד כיווניים של 25KHz לשידור ואותו תדר בשביל קליטה.

חשב את מספר הערוצים בתא עבור מקדמי השימוש החוזר הבאים:
אחד חלקי שתיים עשרה, אחד חלקי שבע, אחד חלקי ארבע.

ניקח את מה שיש לנו בסך הכל: שלושים ושלוש, נחלק את זה בחמישים - כל אחד מהם צריך גם שידור וגם קליטה.
זה יוצא שש מאות שישים - ניקח את זה ונחלק בשתיים עשרה, בשבע, בארבע.
נסביר מבחינה ציורית  - שבארבע יש יותר מידי תאים סמוכים וזה יוצר הפרעות הדדיות, מה גם יש מספר רב של ערוצים.
בשבע זה יוצא בסדר - לכן זה אופטימילי.
בשתיים עשרה - יש פחותמידי ערוצים בתא.

המערכת זקוקה לזוג ערוצים לכל שיחה: ערוץ עולה וערוץ יורד: לכן כדי לחשוב את מספר זוגות הערוצים אנחנו צריכים לחלק את תחום התדרים ב-50.
מהדוגמא ניתן לראות שהגדלת N - מספר התאים באשכול, גורמת להקטנת קיבולת זאת אומרת מספר ערוצי הרדיו קטן ואילו הקטנת N גורמת להגדלת הקיבולת אבל הקטנת N גורמת לקיצור המרחק בין שני תאים ומכאן להגדלת הסיכויים להפרעות הדדיות ופגיעה באיכות השיחה.

שיטות להקצאת ערוצים
כאשר מנוי יוזם שיחה יוצאת או כאשר מגיעה שיחה אל המנוי הרשת צריכה להקצות זוג ערוצים: ערוץ שידור וערוץ קליטה.

שתי גישות להקצאת ערוצים:
הקצאה קבועה לתא - בשיטה מוקצים לכל תא קבוצה מוגדרת של ערוצים וממנה נבחר ערוץ לשיחה המבוקשת.
כאשר המנוי יוזם שיחה וכל הערוצים תפוסי, השיחה אינה יכולה להתבצע - מצב זה נקרא חסימה (blocking), לעיתים ניתן לפתור בעיה זו על ידי השאלת ערוצים מתאים שכנים: כאשר המתג התאי מפקח על תהליך ההשאלה וההחזרה.

הקצאה דינמית לתא - בשיטה זו כל הערוצים נמצאים במאגר משותף המנוהל על ידי המתג התאי. המתג מבקש הקצאה מהתאים בעת הצורך.
המתג מקצה ערוצים תוך בחינת כל ההקצאות הקיימות וזאת על מנת למנוע הפרעות הדדיות בתאים סמוכים.
שיטה זו מקטינה את הסיכוי לחסימת תא.

מעבר בין תאים:
כאשר מנוי נע במהלך השיחה, יש להעביר את השיחה אל תא חדש, תוך הפרעה מזערית למהלך השיחה.
האחראי לתהליך מעבר בין תאים הוא בדרך כלל המתג.

שני סוגים של מסירת שיחה:
א. מסירת שיחה קשוחה:
מנתקים את השיחה מתחנת הבסיס הנוכחית, לפני הקמתה מול תחנת הבסיס החדשה. תהליך שכיח מאוד. זמן הניתוק חייב להיות זמן קצר מאוד.

ב. מסירת שיחה רכה:
מוקמת השיחה מול תחנת הבסיס החדשה, לפני ניתוקה מתחנת הבסיס הנוכחית, אין שום פרק זמן שבו המנוי מנותק מהרשת, שיטה זו עדיפה יותר ונמצאת ברשתות CDMA.

TRANKING ודרגת שירות GOS - grade of service
הרשתות מסתמכות על תהליך הנקראמTRUNKING כדי לשרת מספר רב של מנויים בעזרת מספר ערוצים מצומצם.
כאשר מנוי מבקש ליזום שיחה, הרשת מקצה לו ערוץ מתוך מלאי הערוצים המוקצה לתא שבו נימצא המנוי.
שיטת Tranking מאפשרת למפעיל התאי / למפעיל הסלולרי לחשב את מספר ערוצי הרדיו להם אזדקק בכל אזור בהתאם למספר המנויים באזור זה.

טבלת שירות GOS: זו ההסתברות של חסימת שיחה, זאת אומרת חוסר האפשרות להקים שיחה עקב מחסור בערוץ.

רשת GSM:
מטרות רשת GSM:
1. ניצול יעיל של ספקטרום התדרים - מתן שירות למספר מקסימלי של מנויים בתחום התדרים נתון.
2. יכולת נדידה בין רשתות של מפעילים שונים (למשל מדינות שונות בעולם).
3. איכות קול טובה.
4. יכולת תקשורת לרשתות טלפון קוויות קיימות.
5. אפשרויות להוספת שירותים בעתיד.

ההבדלים בין מערכות הדור הראשון לבין מערכות הדור השני:
1. מערכות הדור השני מתאפיינות בטכנולוגיות ספרתיות, בניגוד לכך במערכות הדור הראשון השתמשו במערכות אנלוגיות.
2. קידוד המידע הקולי לרצף סיביות מאפשר הצפנה אשר מעניקה הנה מפני ציטוט, חפישת פרטים אישיים ומונעים גניבת שיחות.
3. העברת מידע בכלים ספרתיים, מאפשרת זיהוי ותיקון שגיאות המאפשרות התגברות ללא רעשים.
4. במערכות הדור הראשון (FDMA) הוקצה לכל כיוון ערוץ אחד, ואילו במערכות הדור השני, ניתן היה לרבב מספר ערוצים לוגיים על ערוץ פיזי אחד (TDMA).


המרכיבים העיקריים של הרשת התאית GSM
1. יחידת הקצה (מכשיר הטלפון):
א. גוף המכשיר
ב. SIM סים - כרטיס חכם אלקטרוני המכיל:
1. מספר זיהוי של המנוי ברשת
2. מספר חיוג של המנוי ברשת
3. שירותים להם זכאי המנוי ברשת
4. מידע אישי: ספר טלפונים ועוד.

ליחידת הקצה ב-GSM יש שני מספרי זיהוי:
א. זיהוי מנוי בינלאומי.
בץ זיהוי ציוד בינאלומי - מזהה את גוף המכשיר ונחוץ לאיתור מכשירים גנובים.

2. תחנת בסיס - אחראי להעברת תשדורת אל המנוי ומהמנוי:
א. הכנת התשדורת הספרתית כולל תיקון שגיאות
ב. שידור המידע הספרתי אל המנוי
ג. קליטת התשדורת מיחידת הקצה.
ד. הצפנת המידע הספרתי לפני שידורו למנוי ופענוח המידע המגיע מיחידת הקצה.

3. בקר תחנת הבסיס - מרכז את התקשורת בין תחנות הבסיס ליחידת הקצה, מפקח על תחנות הבסיס:
א.הקצאת ערוצי רדיו
ב. פיקוח על איכות הערוץ, החלטה על מעבר בין תאים
ג. דיווח למתג על מצב הרשת ואיכות השירות
ד. העברת הודעות בקרה בין יחידות הקצה למתג.

4. המתג התאי - רכיב מרכזי ברשת התאית: כל התאים מחוברים למתג דרך בקר תחנת הבסיס, המתגים המחוברים בינים יוצרים את הרשת כולה.
א. הקמת שיחות בין המנויים התאיים.
ב. הקמת שיחות בין מנויי התא למנוי תא של רשת טלפון אחרת.
ג. מעקב אחרי מיקום המנוי
ד. רישום יחידת הקצה המבקשות לקבל שירות
ה.מעקב אחרי תקינות הרשת
ו. דיווח למערכת הניהול.

5. HLR הוא בסיס הנתונים הראשי של הרשת התאית ומכיל רשומת מנוי לכל מנויי הרשת. כמו מספר זיהוי, מספר טלפון, שירותים להם זכאי המנוי ועוד).
לכל מתג צמוד VLRהכיל מידע על כל המנויים הרשומים במתג ברגע נתון.
רשמת המידע ב-VLR מכילה את הנתונים של בסיס הנתונים HLR, ובנוסף את מיקומו של המנוי ברמת ה-LA.
LA - קבוצה של תאים סמוכים.

ערוצי רדיו ב-GSM:
ישנם 8 חריצי זמן בערוץ אחד.
כל המידע העובר ברשת GS הוא ספרתי.
רשת GSM שייכת ל-TDMA, בערוץ אחד מרובבות כמה שיחות טלפון.
רוחב הפס (BW) של ערוץ רדיו הוא 200KHz, והוא מחולק ל-8 חריצי זמן שאורך כל אחד מהם הוא: 0.57m sec.

מחזור של 8 חריצי זמן נקרא מסגרת, וארכו 4.6m sec.

רק חריץ מספר 0 (יש 8 חריצים הממוספרים מ-0 עד 7) יכול להיות מוגדר כערוץ בקרה, אחרת כולם ערוצי תעבורה.

קידוד דיבור ושידורו ברשת GSM:

קידוד הדיבור:
על מנת לקודד את הדיבור האנלוגי, יש לדגום אותו באורך של 20m sec, את הדגימות הללו נקודד לרצף של 260 סיביות.
קצב קידוד הדיבור הוא 260 סיביות חלקי 20m sec = 13 קילו ביטים לשנייה..

קידוד הערוץ:
הוספת סיביות לרצף סיביות הדיבר, כדי לזהות ולתקן שגיאות במהלך השידור.
מחלקים את 260 סיביות הדיבור ל-3 קבוצות:
א. הקבוצה החשובה ביותר, מכילה את המידע הכי חשוב, יש לה הגנה טובה ביותר מפני שגיאות ולקבוצה ג' אין כלל הגנה.
מוסיפים 3 סיביות זוגיות שישמשו את הצד הקולט לבדיקת תקינות הקבוצה. (50+3).
ב. בסוף קבוצה ב' מוסיפים 4 סיביות לצורך אתחול קבוצה ג'. (132+4)

ג. קבוצות א' וב' מונות 189 סיביות.
מוסיפים עוד סיביות כדי לתקן שגיאות:
לכל אחת סיבית אשר נימצאת בקבוצות א' וב' מוסיפים סיבית, כאשר כל סיבית היא ממוצע של 5 סיביות אחרונות.

189*2+78=456


שזירת סיביות בגוש
תהליך שזירת הסיביות בגוש נועד להתגבר על רעש המשבש סיביות.

שלב א'
בונים 8 תתי גושים בני 57 סיביות כל אחד.
הראשון מתחיל ב0 וקופץ בשמונה... כלומר 0 8 16 24 ...
השני מתחיל ב-1 וקופץ בשמונה כלומר 1 9 17
השלישי מתחיל ב-2 וקופץ בשמונה כלומר 2 10 18..
וכך הלאה.


שלב ב'
בונים 4 גושים חדשים בני 114 סיביות כל אחד.
4 תתי גושי ראשונים: משובצים במקומות הזוגיים.
4 תתי גושים אחרונים משובצים במקומות האי זוגיים.


בניית תשדורת:
אורך חריץ זמן 0.577 מילי שניות - מאפשר מעבר של 156.25 סיביות שהם:
א. שני שדות DATA BITS המכילים יחדיו 114 סיבוית שהם חלק מ-4 תתי גושים משזירת סיביות בגוש.
ב. 3 סיביות tail bit (זנב) ערכם 000, הם מסמנים התחלה וסוף של כל תשדורת.
ג. השפה GP שארכו שקול לזמן שידור של 8.25 סיביות, הוא נימצא בסוף התשדורת והוא נועד לוודא שלא תהיה חפיפה בקליטת התשדורת ממכירים שונים.
ד. השדה training מכיל סדרה ידועה של 26 סיביות המסייעות לקולט בתהליך תיקון שגיאות.
ה. שני השדות S הם בגודל של סיבית אחת וניקראים: signaling, ערכו של השדה הוא 0: כאשר הגוש מכיל קטע דיבור, ומכיל 1: כאשר הגוש מכיל מידע שאינו דיבור.

הצפנת התשדורת
114 הסיביות המכילות את תוכן התשדורת נמצאות ב-DATA BITS, מוצפנות, מטרת ההצפנה היא למנוע האזנות, ולמנוע פגיעתו בפרטיותם של המנויים.


קידוד
אפנון / מפתוח התשדורת - רשת GSM משתמשת בשיטת מפתוח הניקראת FSK.


קידוד הדיבור← קידוד הערוץ ← שזירת הסיביות בגוש ← בניית התשדורת ← הצפנה ← קידוד



מעקב אחרי מיקום יחידת הקצה
רשת תאית GSM צריכה לדעת את מיקומה של יחידת הקצה בכל רגע ורגע נתון: לשם כך הוגדרו בסיסי הנתונים HLR, ו-VLR.
אחריות עדכון המקום מוטלת על יחידת הקצה.
דיווח בשלושה מקרים של יחידת הקצה:
א. רישום לקבלת שירות.
ב. שינוי מיקום ברמת LA.
ג. דיווח תקופתי.

ב. שינוי מיקום - כאשר העוצמה שבה קולטת יחידת הקצה מתחת לסף מסוים, יחידת הקצה מנסה לאתר מבין התחנות השונות, תחנת בסיס אחרת המשדרת בעוצמה גבוהה יותר.
יחידת הקצה שומרת ב-SIM את כתובת ה-LA שאליה שייכת תחנה הבסיס שעליה פועלת.
אם תחנת הבסיס שאליה היא שייכת שייכת ל-L.A אחר: יחידת הקצה שולחת "עדכון מיקום" למתג התאי שבו היא רשומה והמתג מעדכן את הרישום ב-VLR.
אם ה-L.A החדש שייך למתג אחר, יחידת קצה ברה לאזור שירות שמשרת אותה על ידי מתג אחר, מתבצע רישום לקבלת שירות ממתג זה.

דיווח תקופתי: כל יחידת קצה ברשת GSM שולחת הודעת עדכון מיקום למתג בו היא רשומה.
אם חלף פרק זמן מסוים מהעדכון האחרון, ובפרק זמן זה לא היית עילות שכרוכה בהחלפת אותות בקרה בין היחידה למתג, הרשת בודקת איפה יחידת הקצה, פרק זמן העדכון נקבע על ידי המפעיל.


תרגיל מספר אחד:
כמה מנויים יכולים לקבל שירות באיכות של GOS=1% במערכת הכוללת 24 ערוצים, אם כל מנוי מייצר: 0.25Earlang.
ב. איך תשתנה התשובה אם מספר הערוצים יקטן ל-20.
ג. איך תשתנה התשובה אם מספר הערוצים ייגדל ל-40.

על מנת לפתור את השאלה הזאת אנחנו צריכים לדעת מה אומרים כל המושגים הנ"ל.

GOS -  דרגת שירות, נמדדת באחוזים, מה הסיכויים ששיחה תתנתק או תהיה חסימת שיחה עקב חוסר ערוצים
Erlang - תעבורה כוללת בתא בשעה אחת בלבד
C - מספר הערוצים בתא
חשוב להבין את הטבלה ולשלוט בה היטב.

אם יש לנו 100 ערוצים,, והסיכוי לחסימת שיחה הוא: 1%, אז כמות התעבורה הכוללת לשעה (Erlang) היא 84.

אם יש לנו 2 ערוצים, והסיכוי לחסימת שיחה הוא: 1%, אז כמות התעבורה הכוללת לשעה (Erlang) היא 0.153.

מכאן: ככל שמספר הערוצים גדל, והסיכוי לניתוק השיחה נשאר קבוע, צריך שהתעבורה תהיה גדולה יותר על מנת שנוכל לקיים את השיחה עם אותו סיכוי ניתוק.

פתרון סעיף א'
C - הוא מספר הערוצים, לכן נחפש בטבלה, את המיקום שבו C=24. מדובר בו ב-GOS דרגת שירות של 1%.
על פי הטבלה התעבורה הכוללת של GOS=1% ב-24 ערוצים היא: 15.3Erlang.

אם כל מנוי מייצר 0.25Erlang, הריי שמספר המנויים שיכולים לקבל דרגת שירות GOS של 1% הם:


פתרון סעיף ב'

אם מספר הערוצים ייקטן ל-20:

פתרון סעיף ג'
אם מספר הערוצים יגדל ל-40




תרגיל מספר 2:
כמה ערוצים צריכים להיות במערכת המתוכננת לשרת 1350 מנויים המייצרים בממוצע: 0.02Erlang באיכות של GOS=1%.

פתרון תרגיל מספר 2

הנעלם שלנו הוא-C.
יש לנו 1350 כאשר כל אחד מייצר 0.02Elang.

נזכור את הכלל:

כמות התעבורה הכוללת, חלקי כמות התעבורה למשתמש בודד: שווה למספר הערוצים שמאפשרים אותה דרגת שירות GOS.



מספר מנויים, כפול Erlang של כל אחד, שווה לErlang כולל.



נאתר בטבלה את C בהתאם ל- Erlang-Total של 27 בדרגת שירות GOS=1%.





סיבים אופטיים

יתרונות של תקשורת בסיב אופטי:

1. הפסדים נמוכים, אפשר לשדר למרחקים ארוכים מבלי להגביר את האות בדרך.
2. הסיב האופטי קל יותר, ובעל נפח קטן יותר מאשר כבל נחושת.
3. הסיב האופטי יכול לשאת קצב נתונים גבוהה בהרבה מאשר כבר נחושת.
4. הסיב עמיד מפני מפגעים סביבתיים ואינו סובל קורוזיה (חלודה), לכן הוא אמין יותר ועמיד לפרק זמן ארו יותר (בין 20 ל-30 שנה).
5. השידור בטוח ופרטי יותר, האזנה כמעט בלתי אפשרית.
6. שידור של אור בסיב אופטי חסין מפי הפרעות חשמליות הנגרמות מברקים וכו'.

סכמה מלבנית של משדר מקלט:








איך נוצרים גלים אלקטרומגנטיים
זרם חילופין שעובר במוליך יוצר שדה אלקטרומגנטי, כאשר השדה האלקטרומגנטי מורכב משדה חשמלי ומשדה מגנטי.
כאשר גל אלקטרו מגנטי מתפשט בחומר מהירותו קטנה יותר ממהירות האור והוא שווה ל:




VP - המהירות אחרי האטה.
n1 - מקדם השבירה (ההתנגדות של החומר לגל אלקטרומגנטי)

כאשר n1 הוא מקדם השבירה של החומר. מגדר השבירה מוגדר כיחס בין מהירות האור בריק למהירות החומר.
(מקדם השבירה בריק שווה לאחד)


יש לציים שמהירות הגל משתנה עקב המעבר בחומר, לכן הקטנת המהירות מחייבת את הקטנת אורך הכל, נוכל לכתוב:


דוגמה:
 חשב את אורך הגל ומהירות המופע של הגל כאשר הנתונים הם:


פתרון



תופעות של גלים אלקטרומגנטיים:
רוב התופעות הקשורות  באור ניתן להסביר אותם בצורה מדוייקת באמצעות תורת הגלים האלקטרומגנטיים:

1. החזרה
כאשר קרן אור פוגעת במשטח מחזיר, היא מוחזרת וחוק ההחזרה קובע שזווית הפגישה שווה לזווית ההחזרה.



2. שבירה וחוק סנל:







כאשר קרן אור חוצה את המשטח המפריד בין 2 חומרים בעלי מקדמי שבירה שונים, n1 n2, מתרחשת שבירה והן החזרה.

לפי חוק סנל קרן העוברת מחומר בעל מקדם שבירה גבוה לחומר בלע מקדם שבירה נמוך: זווית הפגיעה קטנה יותר מהזווית של הקרן הנשברת
וכאשר קרן עוברת מחומר בעל מקדם שבירה נמוך לחומר בעל מקדם שבירה גבוהה, זווית הפגיעה גדולה יותר מהזווית של הקרן הנשברת.

3. החזרה פנימית מלאה (כאשר האור נישאר בחומר ולא יוצא)






במקרה שלפנינו זווית השבירה שווה ל-90 מעלות, עבור מקרה זה הקרן הנישברת אינה מתקדמת לתוך החומר n2, זווית הפגיעה שעבורה זווית השבירה היא 90 מעלות נקראת זווית קריטית. טטה סי.

4. עקיפה: זהו תהליך נוסף הגורם לקרני האור לסטות ממסלול התקדמותם.
עקיפה מתרחשת כאשר אור עובר דרך סדק צר או חריץ קטן.
זווית העקיפה תלויה באורך הגל הפוגע.




נפיצה אופטית
מקדם שבירה n משתנה עם אורך הגל, וכתוצאה מכך זווית השבירה משתנה עם אורך הגל.
אור השמש מכיל צבעים שונים בעלי אורכי גל שונים, וכאשר הם עוברים דרך העניים הם נשברים בזוויות שונות ומופרדים זה מזה - כך נוצרת תופעת הקשת בענן.
לקשר הזה בין אורך הגל למקדם השבירה, קוראים נפיצה, הוא בעל השפעה חזקה מאוד על התקדמות דופקי האור בסיב אופטי.





בליעה ופיזור
כאשר אור נע בתווך האנרגיה שלו פוחתת.
הסיבות לניחות זה הם בליעה ופיזור, ואלו תופעות התלויות באורך הגל.
הבליעה בזכוכית נגרמת על ידי זיהומים, הזיהומים יכולים להיות מתכות שונות, הבליעה תלויה בצורה חזקה מאוד באורך הגל.
פיזור - חלק מקרני האור נתקלות במכשולים וכתוצאה מכך מתפזרות לכל הכיוונים. מרבית הקרניים המתפזרות אינן ממשיכות בכיוון ההתקדמות המקורי, ולכן אנרגיית האור המפוזרת הולכת לאיבוד.

עקרונות הפעולה של סיב אופטי - להשלים אחר כך


החזרה פנימית מלאה
זווית הפגיעה שבאה במגע עם ליבת מעטה היא הזווית הקריטית θc.
עבור סיב שקדם השבירה של העטה הוא n2 ומקדם הליבה הוא n1: קרניים בלות זוויות התקדמות גדולות מ-θc לא יתקדמו בתוך הסיב.
חייב זווית של θc ומטה על מנת שתהיה החזרה פנימית מלאה.




המרת אופנים
האור יכול להתפשט בסיב באופנים שונים.
הרכב האופנים, כלומר הצורה שבה מתחלק הספק האור בין אופני ההפשטות השונים של הסיב תלוי בשני גורמי:
1. צורת השיגור של אור לתוך הסיב, כלומר זווית הפגיעה של הקרניים.
2 קצה הסיב ובמידה שבה מתרחשת המרת האופנים.

המרת אופנים היא מעבר של אנרגיית אור מאופן אחד לאופן אחר, תוך כדי התפשטות בסיב.
כאשר אלומת האור היא בעלת תחום זווית רחב, חלק גדול מההספק משוגר בזוויות גדולות, לכן זה יהיה אופן בסדר גבוה.
כאשר אלומת האור היא בעלת זווית צר, זה יהיה אופן בסדר נמוך.

זווית קליטה ומפתח ונמרי:
זווית ההתקדמות חייבת להיות שווה לזווית הקריטית או קטנה ממנה, זאת אומרת שתחום הזווית של אלומת האור הנכנס אל הסיב חייב להיות צר מספיק כדי שתנאי זה יישמר.
רק הקרניים הנכנסות לקצה הסיב בתחום הזוויות 2θa ייקלטו על ידי הסיב ולכן הזווית 2θa נקראת זווית הקליטה.

אופני התפשטות
כל הקרניים שהן בעלות זוויות הקטנות מ-θc יישארו לכודות בסיב.
בעיקרון יש אינסוף קרניים כאלו בתחום הזוויות.
0<θ<θc

אולם רק חלק קטן יכול להתפשט בסיב, כלומר להעביר אנרגיה לאורכו, הסיבה לכך היא שלא רק הכיוון משחק תפקיד, אלא עם המופע של הקרן.
המספר הכולל של אופני ההתפשטות גדל ככל ש-θc גדל, כזכור θc תלויה במקדמי השבירה, n1,n2, לכן מספר האופניים נתון על ידי הביטוי:
מספר האופנים (לא נימצא בדף הנסחאון)

מקובל להבחין בין אופנים מסדר גבוה שבהם ההתקדמות קרובה ל-θc, לבין אופנים מסדר נמול שהבם זווית ההתקדמות קטנה בהרבה מהזווית הקריטית (θc).


חישוב זווית קריטית (נימצא בדףך נוסחאון)

מפתח נומרי (נימצא בדף נוסחאון)


מפתח נומרי (נימצא בדף הסנוחאון)




ההפרש היחסי של מקדמי השבירה



ההפרש היחסי של מקדמי השבירה






תרגיל עם פתרון מלא בחינם תשובה מלאה דרך פתרון

בסיב אופטי מסוים מקדם השבירה של הליבה הוא: n1=1.45.
ההפרש היחסי בין מקדמי השבירה הוא: Δ=0.02















תרגל מספר שתיים
הנתונים של סיב מדרגה הם:
Ncore=1.44
Nclad=1.40
חשב את המפתח הנומרי (NA).
חשב את ההפרש בין מקדמי השבירה (Δ).
חשב את זווית הקליטה. (2θa).












רוחב הקו



רוחב הקו Δλ של מקור אור מוגדר, כרחוב תחום אורכי הגל בין שתי נקודות, שבהם אנרגיית האור יורדת למחצית ההספק המרבי שלה.
נקודות אלו הם נקודות מחצית ההספק.
ההספק המרבי הוא ב- λ0.
ההספק יורד למחצית מערכו המרבי בנקודות λ1 ו- λ2.
לכן רוחב הקו יהיה Δλ=λ2-λ1.

נוכל לכתוב את הנוסחה הבאה: (רוחב פס אופטי)


רוחב הקו היחסי


נוסחה לאורך כל: (גם אורך גל מרכזי ביחד עם תדר מרכזי)



תרגיל עם פתרון מלא

דיודה פולטת אור באורך גל: λ0=0.82 micro meter, רוחב הקו הוא Δλ=40nm.
חשב את רוחב הקו היחסי.
חש את רוחב הפס האופטי. (Δf)


חסר לנו את f0.





מאפייני הסיב
קיימים גורמים בסיסיים לניחות האור בסיב:
1. הפסדי בליעה בחומר - הפסדים אלו כוללים בליעה עקב הפעולה ההדדית שבין האור למולקולות המרכיבות את הסיב וכן הפסדים שמקורם בזיהומים בחומר.
2. פיזור האור - חלק מין אור מתפזר עקב זיהומים בחומר, והמבנה הפנימי של הסיב, האור המפוזר אינו מתקדם לאורך הסיב, אלא הולך לאיבוד.

ההפסדים תלויים באורך הסיב, וגם באורך הגל של הקרן. ואפשר לצמצם את ההפסדים על ידי בחירה נכונה של אורך גל.

הנחתה:

הנוסחה מופיעה בדף הנוסחאון




תרגיל עם פתרון מלא

במבוא סיב שאורכו מאה מטר, מצומד אור בהספק Pin=10 micro W.
ובמוצאו מתקבל: Pout=9 micro W.
חשב את הניחות בדציבל לקילומטר.



תרגיל שני עם פתרון מלא תשובה מלאה חינם
בעת חישוב הפסדי הבליעה מצאו ששלושה אחוז מהספק המבוא לסיב שאורכו 10meter נבלעו.
חשב את ההפסדים בדציבל לקילומטר.




נפיצה דלתא טי
ככל שרוחב הפולס מתרחב יותר, כל האמפליטודה שלו קטנה יותר.


המונח נפיצה משמש לתיאור התופעה של התרחבות דופק האור במהלך התקדמותו בסיב.
באיור רואים שהדופק המופיע במוצא הסיב רחב יותר, כלומר נמשך זמן ארוך יותר מאושר דופק המבוא.

אפשר להגדיר נפיצה: כרחוב דופק המוצא המתקבל מדופק מבוא אידיאלי שרוחבו אפס.


הנפיצה הכוללת בסיב תלויה באורכו, סיב ארוך יותר יגרום לדופק להתרחב במידה רבה יותר, כלומר הנפיצה תהיה גדולה יותר.

תמיד נציין את הנפיצה ליחידת אורך של הסיב.

מבחינים בין 2 סוגי נפיצות:
נפיצה בין אופנית ונפיצה תוך אופנית.

אופן = דרך ההתקדמות של קרן האור בסיב.

נפיצה בין אופנית
נפיצה בין אופנית נובעת מחלוקת האות האופטי בין כמה אופנים שלכל אחד מהם מהירות שונה.
כתוצאה מכך נוצר הפרש בין זמנית ההגעה של חלקי האות למוצא הסיב.



נפיצה תוך אופנית זו נפיצה הנובעת מן העבודה שהאור בתוך הסיב מורכב מחבורה של אורכי גל.
נפיצה זו קשורה לרוחב הקו של מקור האור דלתא למדא.
ככל שרוחב הקו גדול יותר כך הנפיצה גדולה יותר.



נפיצה בין אופנית כוללת הנובעת מגורמים שונים





תרגיל בקידוד ופענוח CDMA:
DATA=101
V=ׂ(1,-1,1,1,-1,-1)

פתרון

קידוד

DATA'=(1,-1,1)
V=ׂ(1,-1,1,1,-1,-1)

t=DATA'*V=(1,-1,1)*(1,-1,1,1,-1,-1)=
(1 -1 1 1 -1 -1, -1 1 -1 -1 1 1, 1 -1 1 1 -1 -1)
ts=1 -1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 -1 1 1 1 -1 1 1 -1 -1

פענוח:
ts=1 -1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 -1 1 1 1 -1 1 1 -1 -1
t=(1 -1 1 1 -1 -1, -1 1 -1 -1 1 1, 1 -1 1 1 -1 -1)

t*v=(1 -1 1 1 -1 -1, -1 1 -1 -1 1 1, 1 -1 1 1 -1 -1)*(1,-1,1,1,-1,-1)=
(1,1,1,1,1,1)(-1,-1,-1,-1,-1,-1)(1,1,1,1,1,1)
6 -6 6




תרגיל בקידוד ופענוח

DATA=1,0,0,1,1
V=1,0,0,1

פתרון
DATA=1,-1,-1,1,1
 t=(1,-1,-1,1,1)*(1,-1,-1,1)= (1 -1 -1 1,-1 1 1 -1,-1 1 1 -1,1 -1 -1 1,1 -1 -1 1)

ts=1 -1 -1 1 -1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 1,1 -1 -1 1


פענוח
ts=1 -1 -1 1 -1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 1,1 -1 -1 1
t=(1 -1 -1 1,-1 1 1 -1,-1 1 1 -1,1 -1 -1 1,1 -1 -1 1)
t*v=(1 -1 -1 1,-1 1 1 -1,-1 1 1 -1,1 -1 -1 1,1 -1 -1 1)*(1,-1,-1,1)=
(1,1,1,1)(-1,-1,-1,-1)(-1,-1,-1,-1)(1,1,1,1)(1,1,1,1)
10011


שיטת ה-XOR של קידוד ופענוח
נניח שיחידת הקצה צריכה לשדר את המחרוזת 101 שהיא ה-DATA.
ווקטור הקידוד או הקוד הייחודי שהוקצה לה הוא: 101100.

הקוד בן 6 סיביות, לכן את מה שמדרים נשכפל כל אחד שש פעמים:
111111 000000 111111
101100 101100 101100
xor
010011 010100 010011 
נשדר את את זה

הפענוח מקבל את מה ששידרו
010011 010100 010011 
101100 101100 101100
xor
111111 000000 111111
101



תרגיל נוסף בקידוד
ברשת תקשורת העובדת בשיטת CDMA שודרו 2 אותות יחד ויצרו את מחרוזת המידע:
0,2,-2,0,-2,0,2,0
כל אחד משני האותות המשודרים קודד על ידי ווקטור אחר
הראשון
(-1.1)
השני
(1,1)

רשום את שני האותות המשודרים, פרט את שלבי הקידוד והפענוח שלהם:
(ABCD)(-1,1)+(EFGH)(1,1)=0 2 -2 0 -2 0 2 0

-A+E=0
A+E=2

-B+F=-2
B+F=0

-C+G=-2
C+G=0

-D+H=2
D+H=0

A=1
B=1
C=1
D=-1

E=1
F=-1
G=-1
H=1

(111-1)(-1,1)+(1-1-11)(1,1)=(-1 1 -1 1 -1 1 1 -1)+(1 1 -1 -1 -1 -1 1 1)
=0 2 -2 0 -2 0 2 0  




תרגילי חזרה
בסיב שאורכו 5 קילומטר והוא בעל נפיצה בין אופנית של 5n sec לקילומטר (בלי תופעות נפיצה אחרות), רוחב דופק המבוא הוא 20n sec, מהו רוחב דופק המוצא?

פתרון:

הנוסחה שבה נשתמש:







תרגיל מספר 2

חשב את מספר האופנים, וגם חשב את הנפיצה הבין אופנית לקילומר, בכל אחד מהסיבים שרשומים להלן:
בכולם קוטר הליבה הוא 60 מיקרו מטר ואורך הגל של האור 0.8 מיקרו מטר

כאשר הנתונים הם:
n1=1.58
n2=1.4


כאשר הנתונים הם:
n1=1.45
ההפרש היחסי בין מקדמי השבירה 1.5%



כאשר הנתונים הם:
n1=1.45
n2=1.4




תרגיל 3

סיב פרבולי הוא בעל הנתונים הבאים:
n1=1.52
 ההפרש היחסי בין מקדמי השבירה הוא: 2%
הרדיוס (אלפא) שלו הוא שלוש מיקרו מטר.

חשב:
א. N.A (מפתח נומרי) של הסיב
ב. חשב את ה-N.A של קטע הליבה שבין R=0 לבין R=20 מיקרו מטר.
ג. חשב את ה-NA של קטע הליבה שבין R=20 מיקרו מטר לבין R=30 מיקרו מטר.




תרגיל מספר 4

חשב את ההפרש היחסי בין מקדמי השבירה (דלתא) של סיבי המדרגה הרשומים, תוך שימוש נוסחה המדויקת ובנוסחת הקירוב, השווה בין התוצאות המתקבלות והסק את מסקנתך:

פעם ראשונה:

כאשר מקדם המעטפת הוא:
1.415

כאשר מקדם הליבה הוא:
1.42



פעם שנייה:

כאשר מקדם המעטפת הוא:
1.36

כאשר מקדם הליבה הוא:
1.38




פעם שלישית:

כאשר מקדם המעטפת הוא:
1.34

כאשר מקדם הליבה הוא:
1.68





תקשורת לוויינים

סוגי לווינים
לווייני תקשורת, לוויני מטאורולוגיה, לווייני צילום, לוויני מחקר, לוויני ריגול, לווייני קרב.

הסיבות העיקריות לשימוש בלוויינים למתן שירותי תקשורת הם / יתרונות תקשורת לוויינים/ שיקולים לשימוש בתקשורת לווינים:
1. כיסוי מרחבי גדול: לוויין הנימצא בגובה של 36,000Km, מכסה 42% משטח כדור הארץ.
2. אי תלות במכשולים על פני כדור הארץ, כגון: הרים, אגמים וכו'.
3. רוחב פס: בלוויין אפשר להעביר מידע ברוחבי פס של מאות מגה הרצים.


החיסרון של תקשורת לוויינים הוא:
העלות
הזמן הארוך שלוקח להעביר מידע בין 2 נקודות.

סוגי לווינים:
מבחינים בין שני סוגי לווינים: לווינים נמוכי מסלול, ולוויינים בנקודה קבועה.
א. לוויינים נמוכי מסלול: LOW EARTH ORBIT
הם למעשה מרבית הלוויינים המקיפים את כדור הארץ, מגובה של 300Km ועד בערך לגובה של 1000Km.
למעשה רוב השימושים האפשריים של לוויינים נעשים באמצעות לוויינים נמוכי מסלול, פרט לתפקיד אחד: לוויינים תקשורת שתפקידם קליטה ושידור של מידע כגון: שיחות טלפון בינלאומיות או שידורי טלוויזיה.
הסיבה לכך היא שלוויינים נמוכי מסלול מקיפים את כדור הארץ, כל 90 עד 120 דקות, ולכן קשה לכוון אליהם אנטנה.
ברור שעל מנת לכסות את כל כדור הארץ נדרשים מספר לוויינים.

ב. לוויינים גיאוסטציונריים (לוויינים בנקודה קבועה) geostationary
הרעיון הוא: להציב לוויינים בגובה של 36,000Km מעל קו המשווה, ובקודה זו משך זמן ההקפה שלהם שווה למשך זמן ההקפה של כדור הארץ סביב צירו, לכן הם יראו למתבונן מכדור הארץ כעומדים במקום אחד, לכן ניתן להציב בנקודה זו לווייני תקשורת שיקלטו שידור מנקודה אחת וישדרו אותה לאזורים נרחבים של כדור הארץ.
שידורי YES למשל מועברים בלוויין התקשורת עמוס 10 מתוצרת התעשייה האווירית ששוגר ב-1996.


חישוב זמן מחזור T במסלול מעגלי נמוך

ידוע כי היקף כדור הארץ הוא: 40,000Km לכן רדיוס (r) כדור הארץ הוא:



כדאי לדעת כי חישוב של היקף זה:

הלוויין נע בגובה (h) של 300Km  מעל פני כדור הארץ.
המרחק בין מרכז כדור הארץ למקום הלוויין הוא (R):





נוסחה לחישוב זמן הקפה של לוויין סביב כדור הארץ בשניות:


קבוע גאומטרי:

נציב בנוסחה:



נחלק ב-3600על מנת לקבל את זמן ההקפה של הלוויין סביב כדור הארץ בשעות

1.5 שעות.


חשוב לזכור כי ככל שהלוויין נמצא גבוהה יותר, זמן מחזור ההקפה גדל.

יתרונות המסלול המעגלי הנמוך
1. יחסית קל לשיגור
2. המרחק בין הלוויין לכדור הארץ קטן ולכן מספיק בציוד פשוט וזול ליצירת קשר.
3. הלוויין מכסה בסופו של דבר את כל כדור הארץ.
4. תופעת ההדר המשהה את התקשורת ומפריעה לה, היא ברמה נמוכה.


חסרונות המסלול המעגלי הנמוך
1. זמן הקשר האפשרי עם לוויין בודד קצר ולכן נדרש מספר רב לוויינים להבטחת תקשורת רציפה וזמינה בכל עת.
2. שטח הכיסוי הרגעי מוגבל.
3. זמן החיים של הלוויין יחסית נמוך, עקב החיכוך באטמוספרה, בסופו של דבר הלוויין נופל.
4. קיימת תופעת דופלר: הזזה בתדר הגל הנושא, כתוצאה מתנועת הלוויין.



המסלול הגיאוסטציונרי הינו מעגלי במישור קו המשווה. זמן המחזור של תנועת הלוויין שווה לזמן מחזור סיבוב כדור הארץ.
במקרה זה כאשר מביטים אל הלוויין מכדור הארץ הוא נראה עומד ברקיע.

נחשב קירוב את הגובה הדרוש לקיום המסלול.

נחשב את מספר השניות ביממה:

R המרחק ממרכז כדור הארץ עד למקום הלווין
T זמן סיבוב כדור הארץ סביב הלווין




כזכור רדיוס כדור הארץ הוא 6370Km, לכן גובה הלוויין מעל כדור הארץ הוא:




יתרונות לוויין גיאו GEO
1. שטח כיסוי נרחב, ניתן להשתמש במספר קטן של לוויינים (3 במספר) כדי לכסות את רוב כדור הארץ.
2. הלוויין כאילו עומד במקום לכן זמינות הקשר היא 100%
3. נדרשות אנטנות יחסית פשוטות בתחנות הקרקע
4. לא מתקיימת תופעת דופלר
5. אורך חיי הלוויין ארוך, בין 7 ל-10 שנים.

חסרונות לוויין גאו GEO
1. אין כיסוי של הקטבים.
2. נדרשים הספקי שידור גבוהים עקב המרחק הרב מהלוויין, מאותה סיבה נדרשות מערכות קליטה רגישות מאוד
3.  שיגור הלוויין יקר ומסובך מאוד
4. השפעות של גרמי שמיים דורשים תיקונים תכופים במסלול הלוויין.
5. קיימת מגבלה במספר הלוויינים הניתנים להצבה במסלול עקב בעיות של הפרעות הדדיות
6. תופעת ההשהיה וההד בעוצמה ניכרת.



מסלול אליפטי
קיימיםלווינים הנעים במסלול אליפטי סביב כדור בארץ. הם נעים בגובה משתנה: בחלק מהמסלול הם קרובים מאוד לכדור הארץ, ובחלק אחר של המסלול עם רחוקים מאוד מכדור הארץ.

ככל שלוויין רחוק יותר מכדור הארץ מהירותו תהיה נמוכה יותר ועל ידי תיכנון נכון של המסלול ניתן לקבל מצבים שבהם הלוויין ישהה רחוק מכדור הארץ זמן ארוך יותר ועל ידי כך יתקיימו קווי ראייה בין הלוויין לבין אזורים רצויים על פני כדור הארץ לפרקי זמן ארוכים יותר.


יתרונות המסלול האליפטי
1. קל יותר לשגר לוויין במסלול אליפטי מאשר במסלול גיאו.
2. כיסוי שטח נרחב (לא כל הזמן) גם באזורים רובים לחוגי הקוטב.
3. אורך חיי לוויין ארוך יחסית (כ-5 שנים)
4. תופעת דופלר בעוצמה נמוכה

חסרונות המסלול האליפטי
1. אין זמינות של 100% לקיום קו ראייה בין הלוויין לאזור הרצוי על פני כדור הארץ, לכן דרושים מספר לוויינים.
2. נדרשים הספקי שידור גבוהים עקב המרחק הרב אל הלוויין, מאותה סיבה מערכות קליטה צריכות להיות מאו רגישות.
3. השפעות חיצוניות כגון: תנאי סביבה, חיכוך באטמוספרה, וכוח המשיכה של השמש והירח בעצמה ניכרת מחייבים ביצוע תיקונים תכופים במסלול הלוויין.
4. תופעת השהייה והד בעצמה ניכרת.

תיקון מסלול הלוויין
המשוואות המפרטות את מסלול הלוויין מתוארות בהנחה שהכוחות המופעלים על הלוויין נובעות רק מכוח המשיכה של כדור הארץ ומתנועת הלוויין עצמו, למעשה הדבר איננו מדויק, על הלוויין פועלים כוחות נוספים, אמנם בעצמה נמוכה יחסית, המסוגלים לשבש את מסלול הלוויין.

הכוחות העיקריים הנוספים הם:
1. כוח המשיכה של השמש והירח.
2. אי אחידות של כוח המשיכה של כדור הארץ.
3.החיכוך עם האטמוספרה

התוצאה מפעולת כוחות אלו היא שהלוויינים ינועו על מסלול שונה מהמתוכנן או לחלופין יסחפו עם הזמן אל כדור הארץ וישרפו עם כניסתם לאזורים הצפופים של האטמוספרה. במילים אחרות הלוויינים כל הזמן נוטים לסטות ממסלולם המתוכנן ומבצעם כל הזמן תיקונים קלים בתנועת הלוויין, תיקונים אלו מבזבזים את האנרגיה הקיימת בלוויין. סוף מאגרי האנרגיה זהו סופו של הלוויין לשהות בחלל.


מפתח נומרי גדול יותר פירושו מספר רב יותר של אופנים, והגידול במספר האופנים פירושו נפיצה גדולה יותר.
המסקנה שצריך להקטין במיה ניכרת את המפתח הנומרי וזאת כדי להפחית את הנפיצה, אולם מפתח נומרי קטן יותר הופך את הסיב לקטן יותר, ופירושו חדירות אור קשה יותר (קושי בצימוד האור לסיב), לכן קוטר הליבה בסיב נע בין 50 מיקרו מטר ל 200 מטר.




סיב בעל מקדם שבירה הדרגתי
הוא ניקרא גם סיב הדרגתי היות והן מקדם השבירה של הליבה משתנה בהדרגה מן המרכז החוצה.
במרכז מקדם השבירה הוא n1 ואילו במעטה הוא n2.
בין שני אלה המקדם הוא nr, כלומר n משתנה באופן רציף כפונקציה של הרדיוס r.

a - רדיוס הליבה
r - הרדיוס הנוכחי


מספר האופנים בסביב הדרגתי הוא כמחצית מספר האופנים בסיב מדרגה דומה.



שלושת הסוגים של הסיבים האופטיים הם:
1. סיב מדרגה - בינוני (וויות חדות)
2. סיב הדרגתי - הכי הגדול (נראה כמו פרבולה)
3. סיב חד אופני - הכי קטן

סיב מדרגה רב אופני
בסיב מדרגה רב אופני האור מתקדם באופנים רבים, הוא מחושב על ידי הנוסחה Mn שווה V בריבוע חלקי שתיים.
הגודל V תלוי בקוטר הסיב, בקדמי השבירה ובאורך הגל והוא נקרא תדירות מנורמלת.

כאשר a הוא רדיוס הסיב.
אורך הגל.
n1 מקדם השבירה של הליבה.



סיב מדרגה חד אופני
כפי שמרמז השם, הספק האור בסיב חד אופני מתפשט באופן אחד בלבד ומשיגים זאת על ידי הקטנת קוטר הליבה עד לנקודה V=2.4.
הסיב מתוכנן כך שהערך המנורמל שלו יהיה בין 0 ל-2.4



עקרונות התקשורת בסיבים אופטיים

מבוא, מעגל ריבוב ואיפנון, מעגל הפעלה, מקורות אור, מחברים, גלאי אורף מעגלי קטימה, מעגל פיצול וגילוי

תקשורת בסיב אופטי יכולה להיות אנלוגית ודיגיטלית.
במערכות סיפרתיות האות המשמש בייצוג ספרתי מורכב משתי רמות 1 לוגי ו-0 לוגי.
תקשורת בסיב אופטי היא בדרך כלל תקשורת ספרתית, לכן מערכת כזו כוללת ממיר ADC במשדר ו DAC במקלט.
בשידור אנלוגי, על ת לקבל שחזור נאמן המערכת מורכבת ממשדר סיב ומקלט שחייב להיות
1. בעל זמן תגובה קצר, זאת אומרת רוחב פז גדול
2. בעל רעש פנימי נמוך, כדי לקבל מערכת ליניארית, יש לדאוג לכך שכל רכיבי המערכת יהיו ליניאריים.

המגבלה העיקרית במערכת תקשורת אנלוגית קשורה לרעשים הנוצרים בה.

קיימים רעשים חיצוניים ופנימיים.


השפעת הנפיצה

הנפיצה גורמת להתרחבות הדופק המשודר.
ישנה התרחבות של הדופק, בנוסף תנופת האות במוצא עברה ניחות עקב ההפסדים בסיב, לכן רוחב הדופק במוצא גדול מרחוב הדופק במבוא.

הגידול של הנפיצה גורם בסופו של דבר לשגיאות בקליטה - כאשר החפיפה בין הסימנים מכונה הפרעה בין סימניתץ
אם ההפרעה הבין סימנית תהיה כה גדולה כבר לא נוכל להבחין בין ב-0 לוגי שהלך לאיבוד.