HÍRADÁSTECHNIKA. Dr.Varga Péter János

Átírás

1 HÍRADÁSTECHNIKA Dr.Varga Péter János

2 2 A jelátvitel fizikai közegei

3 3 Vezeték nélküli átvitel

4 Optikai átvitel - Lézer átvitel 4 pont-pont közötti adatátvitel, láthatóság átvitel lézerrel néhány km távolság sávszélesség akár 2500Mbit/s időjárási viszonyok zavarják (sűrű eső, hó, köd, légköri szennyeződés)

5 Optikai átvitel - Infra átvitel 5 pont-pont közötti adatátvitel, láthatóság infravörös tartomány kis távolság sávszélesség 9,6 kbps - 4 Mbps nincs más eszköztől származó zavarás nincs szükség speciális adatvédelemre

6 Vezeték nélküli hálózatok 6 WLAN chipset gyártások alakulása (millió darab)

7 7 Mobile eszközök napjainkban

8 Mi az a WLAN? 8 A WLAN az angol Wireless Local Area Network szó rövidítése, melynek jelentése vezeték nélküli helyi hálózat, amit leginkább a vezeték nélküli hálózat, WiFi és a WLAN névvel illetnek. A WLAN működése hasonló a LAN hálózatokéhoz, csak a jelek más közegben terjednek. Míg a LAN vezetéket használ (hálózati kábel), addig a WLAN a levegőben továbbítja az információt.

9 A WLAN előnyei 9 Nincs szükség kábelezésre Az internetkapcsolatot meg lehet osztani Mobil eszközök kényelmes használata Egyszerűen telepíthető

10 A WLAN hátrányai 10 A rádiójeleket nem állítja meg a fal Illetéktelenek rácsatlakozhatnak hálózatunkra

11 11 Vezeték nélküli adatátvitel IEEE

12 12

13 WLAN frekvenciasávok 13 Rendszerint állami és nemzetközi szabályozás Mikrohullám ISM Industrial, Scientific and Medical 2.4 GHz (λ 12 cm) engedély általában nem szükséges sok zavaró jel DECT, mikrohullámú sütő, játékok, stb.

14 WLAN frekvenciasávok 14 U-NII Unlicensed National Information Infrastructure 5 GHz (λ 6 cm) kevés zavaró jel

15 15 WLAN frekvenciasávok

16 16 Egy tipikus rádiós hálózat

17 A WLAN hálózatok csoportosítása 17 Működésük szerint Az ad-hoc mód Az infrastruktúra mód

18 A WLAN hálózatok csoportosítása 18 Kiépítés szerint SOHO Enterprise

19 A WLAN hálózatok csoportosítása 19 Eszközök szerint Asztali Hordozható

20 A WLAN hálózatok csoportosítása 20 Antennák szerint Kör sugárzó Szegmens sugárzó Iránysugárzó

21 A WLAN hálózatok csoportosítása 21 Védelem szerint Nyilvános WLAN Jól védett WLAN Prompt WLAN

22 22 Antennák

23 Mi az antenna Az antenna elektromágneses hullámok egy tartományának, a rádióhullámoknak a sugárzására vagy vételére alkalmas elektrotechnikai eszköze. Elvileg bármelyik antenna lehet adó vagy vevő.

24 Adó és vevő Adó: adatot, hangot, képet átalakítja elektromos jellé és ezekkel változtatják az összeköttetést létesítő hullám jellemzőit, amplitúdóját, frekvenciáját, fázisát. Vevő: jeleket leválasztják a rádióhullámról felerősítik és visszaalakítják az eredeti jellé, adattá, hanggá, képpé.

25 Elektromágneses hullámok VLF- Very Low Frequency LF Low Frequency MF- Medium Frequency HF High Frequency λ = c /f VHF Very High Frequency UHF Ultra High Frequency SHF Super High Frequency EHF Extra High Frequency c = 3*10 8 m/s

26

27 27

28 Az elektromágneses hullámok terjedése Az elektromágneses hullámok terjedésében jelentős szerepe van a föld légkörének, az atmoszférának. Az atmoszféra mintegy km magasságig terjed, nitrogénből, oxigénből, szén-dioxidból és vízgőzből áll. Három fő részére szokás osztani: troposzféra, sztratoszféra, ionoszféra.

29 Rádióhullám terjedés a mikrohullámú sugarak levegőben közel egyenesen haladnak a pontszerű sugárzó jele fokozatosan gyengül az adótól távolodva, a távolsággal négyzetes arányban iránya megváltozik különböző tereptárgyak miatt visszaverődés (reflexió): λ-nál jóval nagyobb felület visszaverheti a hullámot elhajlás (diffrakció): λ-hoz hasonló nagyságú élek mögé bekanyarodik a hullám törés (refrakció): közeghatárokon a terjedés iránya megváltozik, ha a két közegben más a terjedési sebesség

30 Rádióhullám terjedés elnyelődés (abszorpció) néhány km adó-vevő távolság felett a Föld görbülete is jelentős (9,7 km felett) D 0 optikai látóhatár r 0 földsugár D0 = 2r0 h

31 Fresnel zóna ellipszoid, fókuszai az antennák Fresnel zóna rmax = 0.5 * ( λ * D) 0.6 * rmax maximális sugarú üres ellipszoid szükséges a jó mikrohullámú átvitelhez AC

32 Antenna jellemzők izotropikus antenna: hipotetikus ideális gömbsugárzó karakterisztika: sugárzás, érzékenység irányonként más irányított vagy omni nyereség: adott irányba sugárzott teljesítmény (vagy vételi érzékenység) aránya az izotropikus antennához képest dbi: nyereség db-ben az izotropikus antennához képest dbd: nyereség db-ben a dipólus antennához képest (0 dbd = 2.14 dbi)

33 Antenna jellemzők polarizáció: az elektromos tér rezgésének módja lineáris függőleges vagy vízszintes síkban elliptikus, cirkuláris az adó és a vevő polarizációjának egyeznie kell

34 Antenna jellemzők

35 Antenna karakterisztika a valós antennák sugárzása/érzékenysége irányonként változik, ezt írja le az antenna karakterisztika oldalnézet / függőleges minta felülnézet / vízszintes minta

36 Antenna típusok Omni Dipólus co-linear

37 Antenna típusok Irányított Panel, patch Helix Yagi Parabola

38 Antenna típusok Panel, patch Helix

39 Antenna típusok Yagi Parabola

40 WLAN hőtérkép

41 WLAN hőtérkép

42 DIY antennák

43 Reflektor

44 Cantenna

45 Rekordok 124 mile 201 km

46 46 Műholdas kommunikáció

47 47 Helymeghatározás

48 48 Alkalmazott műholdpályák, tulajdonságaik

49 49 Alkalmazott műholdpályák, tulajdonságaik A LEO [Low Earth Orbiter ] magába foglalja az IRIDIUM (780 km ), ARIES (1018 km) és a GLOBALSTAR (1389 km ) rendszereket. A MEO [ Medium Earth Orbiter ] magába foglalja a ICO PROJECT 21 ( km), és az ODYSSEY ( km) valamint a ELLIPSO (7800 km) rendszereket. A GEO [Geostationary Earth Orbiter ] a maga km magasan lévő pályájával, magába foglalja a AMSC ( US és CANADA ), AGRANI ( közép ÁZSIA és INDIA ) ACeS ( dél-kelet ÁZSIA ), és az APMT ( KÍNA ) műholdakat.

50 Global Positioning System 50 Globális helymeghatározó rendszer A Földön (és környezetében ) Időjárástól, helyszíntől független Csak látni kell az égboltot Bárki által használható (egyutas) Korlátozható (SA/katonaság)

51 A Global Navigation Satellite 51 System felépítése Űrszegmens Földi követő és vezérlőállomások Felhasználói szegmens

52 NAVSTAR (USA) 52 24/(31)/31 (terv./ker./műk.)műhold ~ km magasságban (átlagos, Föld tömegk.) 6 pályasík (4-6 műhold/pályasík) 55 inklináció (a földi egyenlítőhöz viszonyítva) A pályasíkok 30 -onként az egyenlítő mentén 4 követő és 2 követő/vezérlő állomás (Hawaii, Ascencion, Diego Garcia, Kwayalein, Colorado Springs) 12 sziderikus óra a keringési idő: 11ó58p2,04527s ~ kg, ~6 m nyitott napelem

53 53 NAVSTAR (USA)

54 ГЛОНАСС 54 (CCCP, ma Oroszország) 24 (19keringő)/11 működő műhold ~ km magasságban keringenek 3 pályasík (8+1 műhold/pályasík) 64.8 az egyenlítő síkjával bezárt szög A pályasíkok 120 -onként 11 óra 15 perc keringési idő ~ kg, 3-7 év élettartam

55 55 ГЛОНАСС (CCCP, ma Oroszország)

56 56 Galileo (Európai Unió civil üzemeltetés) 27/30 műhold / 3 pályasík (9+1 műhold/pályasík) 2005.december végén = az 1. műhold már sugároz ~ km, 56 p. inklináció, 14 óra 4 perc ker. ~675 kg, ígért teljes kiépítettség (FDS) ~2008 új frekvenciák L5 (E5A-B) MHz, (E MHz), E2-L1-E MHz!!! Pozitívum: civil, független, pontosság, integritás adatok akár 6 másodpercen belül, ingyenes is Negatívum: civil (pénzforrás), várhatóan 4-8 év mire rendszerbe áll, új GNSS vevők kellenek L1!-L5-L2

57 57 Galileo (Európai Unió civil üzemeltetés)

58 BEIDOU-2 (Pejtou-2) / Compass (5 GEO+30 MEO pályán) műhold november végén = az LBS Beidou-1 működik (3 műhold GEO-n, + 1 műhold MEO-n is sugároz ~ km ígért teljes kiépítettség (FDS) ~ méter, open service Pozitívum: újabb globális helymeghatározó rendsz., még több műhold (műholdszegény helyeken is) Negatívum: új GNSS vevők kellenek, Galileo konkurens, katonai rendszer

59 59 BEIDOU-2 (Pejtou-2) / Compass

60 Helymeghatározás elve 60 1 ismert távolság esetén a helyzetünk R= km Gömbfelületen bárhol

61 Helymeghatározás elve 61 2 ismert távolság R1= km R2= km A két gömbfelület metszésében lévő körön

62 Helymeghatározás elve 62 3 ismert táv, háromszög R1= km R2= km R3= km A három gömbfelület metszésében 2 pont!!!

63 Helymeghatározás elve 63 4 ismert táv = egyértelmű R1= km R2= km R3= km R4= km 1 pont!!!

64 GPS adatok 64 Ismert, hogy a GPS által kisugárzott jelek rendkívül kis teljesítményűek: -130 dbmw (0 dbmw = 1 mw, 50 dbmw = 100W) Mint bármely más rádiójelet, a GPS jeleit is lehet zavarni Egy pikowatt (10-12 W) teljesítményű interferencia forrás is elegendő a GPS jel tönkretételéhez Jelenleg egyetlen civil GPS frekvencia létezik, a civil vevők döntő többsége egyfrekvenciás. A modulált kód jól ismert A GPS jamming technológia nem titkos, egyszerű, házilag összeszerelhető jammer modellek leírása megtalálható az Interneten, komolyabb berendezéseket meg is lehet vásárolni.

65 GPS adatok 65 A GPS műholdak két jelet sugároznak: L1 vivő 1575,42 MHz L2 vivő 1227,60 MHz Mindkét vivő frekvenciája nagypontosságú atomórához szinkronizált. Mindkét vivőt úgynevezett P kóddal modulálják, az L1-et továbbá úgynevezett C/A kóddal.

66 GPS civil felhasználása 66 Közlekedés/Áruszállítás Emberi élet védelme Földmérés/Térinformatika Környezetvédelem Időszinkronizálás Katasztrófa elhárítás Precíz mezőgazdálkodás Távközlés Bankügyletek

67 67 GPS katonai felhasználása

68 GPS sebezhetősége 68 Nem szándékos zavarás Az ionoszféra okozta interferencia Rádióforrások okozta nem szándékos interferencia Szándékos zavarás Jamming Spoofing Meaconing Emberi tényező GPS vevők tervezési hibái Navigációs rendszerek üzemeltetési hibái Felhasználói ismeretek hiánya

69 Nem szándékos zavarás 69 Az ionoszféra okozta interferencia Rádióforrások okozta nem szándékos interferencia URH adók 23-as, 66-os és 67-es TV csatornák Digitális TV adások Ultra szélessávú radar és kommunikációs berendezések Hibásan működő adók Műholdas Mobil Telekommunikációs Szolgáltatások Horizont feletti radar

70 Szándékos zavarás 70 GPS Jamming Elegendően nagy energiájú és megfelelő karakterisztikájú zavaró jel kibocsátása a GPS frekvenciákon interferenciát okoz. Zavaró jel típusa lehet: keskenysávú folyamatos adás a GPS sávban, szélessávú folyamatos adás sáv átfedéssel, szórt spektrumú (spread spectrum) GPS jelhez hasonló GPS Spoofing A gyanútlan GPS felhasználó megtévesztésére valódinak tűnő hamis C/A jelek kisugárzása -> a számított pozíció távolodik a valódi helyzettől GPS Meaconing jelvétel és késleltetett újrasugárzás, amellyel összezavarják a vevőket

71 71 Szándékos zavarás

72 Helymeghatározási példa 72 GPS/GSM modem személy, tehergépjárművekbe telepítve

73 73 Helymeghatározási példa

74 74 Helymeghatározási példa

75 Forrás 75 Lukács-Mágel-Wührl: Híradástechnika I. (prezentáció) Lukács-Wührl: Híradástechnika I. (könyv) Kovács Béla: GPS = NAVSTAR, ГЛОНАСС, GALILEO vagy BEIDOU