Podręcznik do przedmiotów „telekomunikacja”, „systemy telekomunikacyjne” i „Systemy łączności bezprzewodowej” w szczególności uwzględnia systemy telefonii komórkowej, które odgrywają znaczącą role w nowoczesnych obiektach transportowych.
Podręcznik ze względu na obszerny zasób informacji z zakresu nowoczesnych systemów telekomunikacyjnych został podzielony na dwa tomy.
Publikacja tomu pierwszego rozpoczyna się rozdziałem omawiającym przestrzenno-spektralne zwielokrotnienie sygnałów w systemach komórkowych wąskopasmowych, do jaki można zaliczyć systemy telefonii komórkowej pierwszej oraz część systemów z drugiej generacji. Rozdziały 2,3,4 i 5 poświęcone są modulacją analogowym ze szczególnym uwzględnieniem właściwości modulacji AM. W rozdziałach 6 i 7 przedstawiona została charakterystyka zakłóceń wąskopasmowych oraz odporność na zakłócenia modulacji ciągłych AM. Dalej omówiono analogowy wąskopasmowy system telefonii komórkowej na przykładnie standardu telefonii komórkowej NMT 450, a w rozdziale 9 cyfrowe systemy telefonii komórkowej standardu GSM. W rozdziale 10 przedstawiono podstawowe własności systemów z rozproszonym widmem oraz wielodostępem CDMA.
Tom drugi otwiera rozdział poświęcony technice przeplotu wykorzystywanego do zwiększenia wydajności pracy kodów korekcyjnych w przypadku kanałów transmisji danych z pamięcią (memory channel), w których występują zaniki sygnału. W dalszej części opisano ogólną architekturę oraz standardy sieci telefonii komórkowej CDMA drugiej generacji oraz systemy telefonii komórkowej trzeciej generacji.
Zasadę działania, architekturę oraz wykorzystanie systemu nawigacji satelitarnej GPS przedstawiono w rozdziale 4, gdzie również zaprezentowano własności europejskiego systemu nawigacyjnego GALILEO, wg wiedzy posiadanej w okresie pisania niniejszego opracowania.
Aktualnie obserwujemy lawinowy wzrost popytu i podaży informacji. W wielu okolicznościach, w szczególności w systemach komórkowych, informacja powinna być chroniona przed dostępem do niej osób postronnych. Problematyka ochrony informacji w systemach telekomunikacyjnych, głównie w zakresie aplikacyjnym, jest obszernie przedstawiona w rozdziale 5. Całość zamyka rozdział poświęcony technice antenowej w radiokomunikacji ruchomej.
Podręcznik został napisany w ten sposób, że mogą z niego korzystać studenci różnych specjalności, zarówno ci, dla których telekomunikacja jest przedmiotem encyklopedycznym, jak również ci studenci dla których przedmiot ten jest podstawowy.
Spis treści tom I 1. Transmisja i zwielokrotnienie przestrzenno-spektralne sygnałów w systemach komórkowych wąsko pasmowych1.1. Wprowadzenie1.2. Sygnały i zakłócenia w RK wąskopasmowej1.3. Kanały radiowe w RK
1.4. Odbiór sygnałów w szumie1.4.1. Uproszczona analiza zakłóceń szumowych1.4.2. Detekcja sygnałów zaszumianych1.4.3. Wierność i czułość odbioru 1.5. Transmisja radiowa przyziemna1.5.1. Modele toru i łącza radiowego1.5.2. Transmisja przyziemna przedhoryzontowa1.5.3. Transmisja przyziemna pozahoryzontowa1.5.4. Zasięg użytkowy radiostacji1.6. Interferencje sygnałów1.6.1. Losowa zmienność sygnałów radiowych1.6.2. Zakłócenia interferencyjne współkanałowe1.6.3. Zasięgi zakłóceniowe1.6.4. elementy analizy interferencji1.6.5. Zakłócenia niewspółkanałowe1.7. Siatkowe struktury systemów1.7.1. Odległościowe kryteria kompatybilności1.7.2. Pojęcie siatki przestrzenno-spektralnej1.7.3. Siatki regularne i ich synteza1.7.4. Rzeczywiste siatki odkształcone1.7.5. Elementy analizy ruchu radiotelefonicznego1.8. Pojemność i efektywność sieci komórkowej 2. Istota modulacji 2.1. Klasyfikacja rodzajów modulacji2.1.1. Istota detekcji2.2. Pojęcie sygnału analitycznego2.3. Matematyczny model sygnału wąskopasmowego 3. Dwuwstęgowa modulacja amplitudy bez fali nośnej3.1. Ogólna zasada dwu wstęgowej modulacji amplitudy bez fali nośnej3.2. Modulacja DSB-SC sygnałem harmonicznym3.3. Interpretacja wektorowa sygnału DSB-SC3.4. Moc średnie sygnału DSB-SC3.5. Wytwarzanie sygnału DSB-SC3.6. Rodzaje modulacji DSB-SC3.6.1. Modulator kwadratowy 3.6.2. Modulator zrównoważony3.6.3. Modulator kluczujący3.7. Demodulacja sygnału DSB-SC 4. Dwuwstęgowa modulacja amplitudy z pełną falą nośną4.1. Ogólna zasada dwuwstęgowej amplitudy z pełną falą nośną4.2. Modulacja AM sygnałem harmonicznym4.3. Interpretacja wektorowa sygnału AM4.4. Zależności energetyczne dla sygnału AM4.5. Wytwarzanie sygnału AM4.6. Demodulacje sygnału AM4.6.1. Detektor kwadratowy4.6.2. Detektor liniowy (prostownikowy) 5. Jednowstęgowa modulacja amplitudy5.1. Ogólna zasada jednowstęgowej modulacji amplitudy5.2. Moc średnia sygnału jednowstęgowego5.3. Metoda filtrowa wytwarzania sygnału jednowstęgowego5.4. Demodulacja sygnału jednowstęgowego5.4.1. Detekcja synchroniczna sygnału jednowstęgowego5.4.2. Detekcja niesynchroniczna sygnału jednowstęgowego5.5. Transmisja ze szczątkową wstęgą boczną 6. Charakterystyka zakłóceń6.1. Klasyfikacja zakłóceń6.2. Charakterystyka zakłóceń addytywnych6.2.1. Szum normalny6.2.2. Szum normalny wąskopasmowy6.2.2.1. Rozkład prawdopodobieństwa obwiedni i fazy szumu normalnego wąskopasmowego6.2.2.2. Rozkład prawdopodobieństwa obwiedni i fazy szumu sygnału harmonicznego z szumem wąskopasmowym 7. Odporność na zakłócenia modulacji ciągłych7.1. Kryteria jakości przesyłania wiadomości ciągłych7.2. Uproszczone miary jakości przesyłania wiadomości ciągłych7.3. Charakterystyka szumowa jednowstęgowej modulacji amplitudy bez fali nośnej – detekcja synchroniczna7.4. Charakterystyka szumowa dwuwstęgowej modulacji amplitudy bez fali nośnej – detekcja synchroniczna7.5. Charakterystyka szumowa dwuwstęgowej modulacji amplitudy z pełną falą nośna – detekcja nie synchroniczna7.6. Detekcja liniowa sygnału AM7.7. Detekcja kwadratowa sygnału AM7.8. Porównanie właściwości szumowych różnych rodzajów modulacji amplitudy7.9. Charakterystyka szumowa modulacji częstotliwości7.9.1. Analiza detekcji częstotliwości przy małym szumie7.9.2. Analiza detekcji częstotliwości przy dużym szumie7.9.3. Popraw stosunku sygnał/szum za pomocą preemfazy7.10. Charakterystyka szumowa modulacji fazy 8. Analogowy wąskopasmowy system telefonii komórkowej8.1. Wprowadznie8.2. Architektura systemu NMT8.2.1. Model warstwowy systemu NMT8.2.2. Centrala systemu komórkowego MTX8.2.3. Stacja bazowa8.2.4. Stacja ruchoma8.3. Parametry techniczna systemu NMT 450i8.3.1. Procedury systemowe8.3.2. Śledzenie położenia abonenta8.3.3. Przekazywanie połączenia8.3.4. Identyfikacja abonenta8.4. Pojemność systemu8.5. Usługi oferowane w systemie 9. Cyfrowe systemy telefonii komórkowej standardu GSM9.1. Wprowadzenie9.2. Parametry techniczne cyfrowych systemów telefonii komórkowej9.3. Przestrzenna struktura sieci GSM9.4. Architektura system GSM9.4.1. Zespół stacji bazowych9.4.2. Wstępne rozmieszczenie stacji bazowych, przydział częstotliwość i analiza interferencji9.4.3. Przykład zastosowania oraz instalacji anten9.4.4. Część komutacyjno-sieciowa9.4.5. Centrala MSC9.4.6. Rejestr stacji własnych HLR9.4.7. Rejestr stacji obcych VLR9.4.8. Centrum identyfikacji AUC9.4.9. Rejestr identyfikacji wyposażenia EIR9.5. Stacje ruchome9.5.1. Klasy stacji ruchomych9.5.2. Architektura stacji ruchomej9.5.3. Parametry elektryczne stacji ruchomej9.5.4. Moduł SIM9.6. Zespół eksploatacji i utrzymania9.7. Transmisja w kanale radiowym9.7.1. Przetwarzanie sygnałów w systemie GSM9.8. Numeracja w systemie9.9. Sygnalizacja systemowa9.10. Sposób realizacji usług bezpieczeństwa w GSM9.10.1. Algorytm szyfrowy A99.10.2. Algorytm szyfrowania A89.10.3. Sprawdzanie tożsamości (identyfikacja) użytkownika9.10.4. Szyfrowanie informacji9.10.5. Zabezpieczenie poufności użytkownika9.10.6. Architektura i protokoły zarządzania bezpieczeństwem9.10.7. Procedury zarządzania identyfikacją i kluczem szyfrowym9.10.8. Zarządzanie szyfrowaniem9.10.9. Zabezpieczenie przed użyciem nie uprawnionego sprzętu9.11. Transmisja danych między użytkownikami różnych sieci9.11.1. Współpraca GSM z publiczną komutowaną siecią telefoniczną PSTN9.12. Przesyłanie krótkich wiadomości9.13. Usługi dodatkowe9.14. Ewolucja systemu GSM w kierunku systemu 3G9.15. Oddziaływanie elementu systemu GSM na zdrowie ludzi i środowisko naturalne9.15.1. Wpływ promieniowania elektromagnetycznego generowanego przez telefony komórkowe na zdrowie ludzkie9.15.2. Wpływ instalacji antenowych stacji bazowych sieci GSM 900 MHz9.16. Systemy telefonii przezprzewodowej9.16.1. Standardy CT0, CT1 i CT29.16.2. Standard DECT9.16.3. System telefonii bezprzewodowej PHS 10. Widmowo – przestrzenne własności systemów z wielodostępem CDMA oraz sygnałami z rozproszonym widmem10.1. Wprowadzenie10.2. Ogólna koncepcja systemu CDMA10.3. System wąskopasmowy oraz szerokopasmowy10.4. Propagacja fali elektromagnetycznej10.5. Wielodrożność i zaniki interferencyjne10.6. Pojemność systemu CDMA10.7. Zmienna pojemność systemu CDMA10.8. Kontrola mocy promieniowanej10.9. Sektoryzacja komórki10.10. Ochrona przed błędami10.11. Ochrona danych10.12. Zastosowanie vokodera do transmisji sygnału mowy10.13. Cechy charakterystyczne systemu komórkowego10.14. Przykładowe rozwiązania stacji abonenckiej systemu komórkowego10.15. Odbiornik Rake Spis treści tom II 1.Technika przeplotu1.1. Wprowadzenie1.2. Przeplot blokowy (block interleaving)1.2.1. Parzysty-nieparzysty przeplot blokowy1.2.2. Przeplot blokowy spiralny1.3. Przeplot splotowy (convolutional interleaving)1.3.1. Przeplot z cyklicznym przesunięciem1.4. Przeplot losowy1.5. Przeplot dopasowany kodowo1.5.1. Parametry przeplotu1.6. Podsumowanie 2. Ogólna architektura oraz standardy sieci telefonii komórkowej CDMA drugiej generacji2.1. Wstęp2.2. Standard IS-952.2.1. Ciągi pseudolosowe2.2.2. Transmisja w kanale radiowym2.2.3. Transmisja w kanale „w dół”2.2.3.1. Kanał pilotowy2.2.3.2. Kanał synchronizacyjny2.2.3.3. Kanał rozmówny2.2.3.4. Kanał przywoławczy2.3. Transmisja w kanale „w górę”2.3.1. Transmisja w kanale rozmównym „w górę”2.4. Miękkie przełączanie kanałów przy zmianie obszaru komórki2.5. Satelitarny system telefonii komórkowej2.5.1. Cechy charakterystyczne satelitarnych systemów radiokomunikacji ruchomej2.5.2. Charakterystyka niskoorbitowego systemu satelitarnego Globalstar2.5.3. Łącza CDMA w systemie Globalstar 3. Systemy telefonii komórkowej trzeciej generacji3.1. Nowe elementy wdrażane sieci komórkowych drugiej generacji 2G3.2. Architektura europejskiego systemu trzeciej generacji3.3. sieci dostępu radiowego UTRAN3.4. Architektura funkcjonalna sieci UTRAN3.5. Interfejs radiowy w systemie UMTS3.6. Ciągi rozpraszające widmo sygnału3.7. Tworzenie sygnału w nadajniku3.8. Tworzenie sygnału w interfejsie radiowym WB-CDMA systemu UMTS3.8.1. Nadawanie sygnału w łączu „w dół”3.8.2. Nadawanie sygnału w łączu „w górę”3.8.3. Demodulacja sygnału QPSK3.9. Jakość i pojemność systemu WB-CDMA3.10. Metody poprawy jakości i pojemności łącza w systemie UMTS3.10.1. Dynamiczne sterowanie mocą3.10.2. Przenoszenie połączeń pomiędzy komórkami3.11. Architektura warstwowa styku radiowego w interfejsie WB-CDMA3.12. Formowanie i przesyłanie sygnałów w kanale fizycznym3.13. Fizyczne kanały wspólne w łączu „w górę”3.13.1. Fizyczny kanał dostępu swobodnego PRACH3.13.2. Fizyczny wspólny kanał transmisji pakietowej PCPCH3.14. Formowanie sygnałów w łączu „w dół”3.14.1. Fizyczny dedykowany kanał sterowania dla transmisji pakietowej3.14.2. Wspólny kanał pilota CPICH3.14.3. Podstawowy oraz drugorzędny kanał sterowania P-CPCH i S-CCPCH3.14.4. Kanał synchronizacyjny SCH3.15. Transmisja WTDMA3.16. Specyfikacja UMTS – wersja R5 (AII-IP)3.17. Podsumowanie 4. Globalny system pozycyjny GPS4.1. Wstęp4.2. Charakterystyka systemu satelitarnego GPS4.2.1. Charakterystyka metody odległościowej określania pozycji w systemie GPS4.2.2. Metoda określania prędkości poruszania się obiektów4.2.3. Zasada pracy systemu GPS4.2.4. Warunki obserwacji satelity w strefie łączności radiowej4.2.5. Podstawowe charakterystyki systemu GPS4.3. Określenie pozycji z pomocą satelitów systemu GPS4.4. Ocena błędów związanych z pracą systemu GPS i metody ich eliminacji4.5. System różnicowy DGPS4.6. Możliwości współczesnej aparatury odbiorczej systemu GPS4.7. Przykłady nowoczesnych odbiorników GPS4.7.1. Odbiornik firmy GARMIN typu GPSMAP 60CS4.7.2. Odbiornik firmy GARMIN typu StreetPilot 26104.8. System nawigacji satelitarnej Galileo4.8.1. System nawigacji satelitarnej Galileo4.8.2. Komponent globalny4.8.2.1. Segment kosmiczny4.8.2.2. Segment naziemny4.8.3. Komponenty lokalne4.8.3.1. Segment użytkownika4.8.3.2. Serwis poszukiwawczo ratunkowy SAR/Galileo4.8.4. Zasada funkcjonowania systemu Galileo4.8.4.1. Dystrybucja jednolitego czasu i pomiar prędkości4.8.4.2. Depesza nawigacyjna4.8.4.3. Poprawka jonosferyczna4.9. Aplikacje systemu Galileo4.9.1. System EGNOS4.9.1.1. Budowa systemu EGNOS4.9.1.2. Segment kosmiczny systemu EGNOS4.9.1.3. Segment naziemny 4.9.1.4. Centra sterowania (MCC)4.9.1.5. Stacje monitorowania odległości i wiarygodności (RIMS)4.9.1.6. Nawigacyjne stacje lądowe (NLES)4.9.1.7. Segment użytkownika4.9.1.8. Sygnał systemu EGNOS 5. Ochrona informacji w systemach telekomunikacyjnych5.1. Wstęp5.2. Ochrona kryptograficzna5.2.1. Szyfry bezwarunkowo bezpieczne5.2.2. Długość krytyczna kryptogramu5.2.3. Określenie mocy szyfrów w zależności od złożoności obliczeniowych algorytmów zdolnych do złamania szyfru5.2.4. Bezpieczeństwo systemów kryptograficznych5.3. Współczesne metody kryptograficzne5.4. Szyfry symetryczne5.4.1. Szyfry strumieniowe5.4.2. Szyfry blokowe5.4.2.1. Tryby pracy szyfrów blokowych5.4.2.2. Szyfr blokowy DES5.4.2.3. Przykład szyfru blokowego DES5.4.2.4. Modyfikacje DES5.4.2.5. Inne szyfry blokowe5.5. Jednokierunkowe funkcje skrótu5.5.1. Algorytm funkcji skrótu SHA5.6. Szyfr z kluczem jawnym – publicznym5.6.1. Szyfr z kluczem jawnym RSA5.6.2. Szyfr ElGamala5.6.3. Asymetryczny szyfr plecakowy Merklego-Hellmana5.6.4. Koperta cyfrowa5.7. Specjalne funkcje systemów kryptograficznych5.7.1. Uwierzytelnianie5.7.2. Podpis cyfrowy5.7.3. Podpis cyfrowy bazujący na szyfrze RSA5.7.4. Standard DSA5.7.5. Protokoły kryptograficzne dystrybucji kluczy5.7.5.1. Protokół Diffiego-Hellmana uzgadniania klucza sesyjnego5.7.5.2. Trzyczęściowy protokół Shamira5.8. Elektromagnetyczne przenikanie informacji5.8.1. Sformułowanie problemu bezpieczeństwa emisji 6. Technika antenowa w radiokomunikacji komórkowej6.1. Wprowadzenie6.2. Łącze radiokomunikacyjne6.2.1. Zasady doboru anteny6.3. Antena prętowa6.3.1. Model cienkoprzewodowy6.3.2. Własności kierunkowe 6.3.3. Własności impedancyjne6.4. Antena sektorowa6.5. Antena adaptacyjna6.5.1. Procesor adaptacyjny6.5.2. Kryteria adaptacyjne6.6. Zastosowanie techniki anten inteligentnych w systemach telefonii komórkowej6.6.1. Wstęp6.6.2. Zasada działania systemu anten inteligentnych6.6.3. Algorytmy adaptacyjne6.6.4. Wymiana informacji6.6.5. Znaczenie zastosowania anten inteligentnych na wzrost pojemności systemu komórkowego6.7. Trendy rozwojowe