HÍRKÖZLÉSTECHNIKA. 2.ea. Dr.Varga Péter János

Átírás

1 HÍRKÖZLÉSTECHNIKA 2.ea Dr.Varga Péter János

2 2 A jelátvitel fizikai közegei

3 3 A jelátvitel fizikai közegei

4 4 A telekommunikáció elektromágneses spektruma Frekvencia (Hertz) ELF VF VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF Energia, telefon Forgó generátorok Telefon Zenei berendezések Mikrofonok Csavart érpár Rádió Rádió, televízió Elektroncsövek Integrált áramkörök Koaxiális kábel Mikrohullám Radar Mikrohullámú antennák Magnetronok Infravörös Lézerek Irányított rakéták Látható fény Optikai szál AM rádió FM rádió és TV Földi és műholdas mikrohullámú átvitel

5 5 Réz alapú kábelek

6 Rézalapú kábelek előnyei 6 Egyszerűbb szerelési technológia Alacsonyabb telepítési költségek Olcsó aktív eszközök Szennyeződésre kevésbé érzékeny csatlakozások Helyes telepítés után megbízható, sokoldalú, költséghatékony

7 Rézalapú kábelek hátrányai 7 Elektrosztatikus zavarokra érzékeny Mechanikai sérülésekre érzékeny A telepített infrastruktúra gátolhatja a jövőbeni fejlesztési törekvéseinket Hosszú telepítési idő Legnagyobb sebességek csak optimális feltételek mellett érhetők el

8 Vezetékes átvitel koaxiális kábelen 8 Elektromosan árnyékolt, kevésbé érzékeny az elektromos zajokra Alapsávú 10Base2 50 ohm, Mbps, 200 m 10Base5 75 ohm, Mbps, 500 m Széles sávú Kábel TV, 75 ohm, digitális átvitelnél 150 Mbps egy kábelen több csatorna, többféle kommunikáció Számítástechnikában ma már új hálózatok építésénél nem alkalmazzák!

9 Vezetékes átvitel koaxiális kábelen 9 Műanyag szigetelő Központi ér Szigetelő műanyag (gyakran műanyag hab, vagy magas frekvenciás esetben teflon) Árnyékoló harisnya Fonott réz AL fólia

10 Vezetékes átvitel koaxiális kábelen 10 Zaj, Zavar Z 0 Z 0 Z 0 Homogén hullámimpedancia Egyszerű meghajtó/vevő áramkör Mechanikai sérülésekre érzékeny (pl. megtörés Z 0 megváltozik)

11 Koaxiális kábelek típusai 11 RG 6 szélessávú TV-s átvitel 75 RG 8, RG 11, RG 58 vékony ethernet 50 RG 58/V a központi ér szilárd részből 50 RG 58 A/V a központi ér fonott részből 50 RG 59 szélessávú TV-s átvitel 75 RG 59 szélessávú 50

12 12 Koaxiális kábelek típusai

13 13 Koaxiális kábel csatlakozók

14 14 Csavart érpáras átviteli közeg (TP Twisted Pair) Zaj, Zavar Z 0 /2 Z 0 /2 Z 0 /2 Z 0 A zavarvédelmet az érpárok összecsavarása jelenti, valamint a szimmetrikus meghajtás UTP Unshilded Twisted Pair Árnyékolatlan csavart érpár

15 15 Csavart érpáras átviteli közeg (TP Twisted Pair) CAT - A rendszer komponensek elektronika jellemzőit meghatározó osztályrendszer. A nagyobb kategória jobb jellemzőket jelent CAT 1 - hang átvitel, telefon CAT 2-4 Mbps CAT 3-10 Mbps (10BaseT Ethernet) CAT 4 20 Mbps CAT Mbps (100BaseT - Fast Ethernet) CAT 5E - 1 Gbps (1000BaseT - Gigabit Ethernet) CAT 6 1 Gbps nagyobb távolságra, kisebb távolságban 10 Gbps CAT 6a - 100m-ig 10 Gbps CAT Gbps, 70 méterig (1200mhz)

16 16

17 17 Csavart érpáras átviteli közeg (STP Shilded Twisted Pair) Z 0 /2 Z 0 /2 Z 0 /2 Árnyékoló harisnya A zavarvédelmet az árnyékolás és az érpárok összecsavarása jelenti. STP Shilded Twisted Pair (Árnyékolt csavart érpár)

18 18

19 19 Kábel csatlakozások, csatlakozók

20 Kábelek fizikai osztályozása 20 Fali (Solid) kábel Fix telepítésre tervezték Rézvezetők tömörek Merev szerkezetű Sokkal jobb elektronikai paraméterek A teljes csatornában maximum 100m hosszban telepíthető

21 Kábelek fizikai osztályozása 21 Patch (Strainded) kábel Mobil használatra Jobban ellenáll a hajlító igénybevételnek Rézvezetők elemi szálakból sodrottak Gyakori csatlakoztatásra kifejlesztett elemek Puhább, könnyebb Maximum 10m hosszan telepíthető a csatornába

22 22 Üvegszál alapú kábelek

23 Üvegszál alapú kábelek előnyei 23 Magas fokú zavarvédettség Óriási távolságok hidalhatók át Elérhető legmagasabb átviteli sebesség Jövőálló Magas végpont sűrűségben telepíthető Csekély fizikai méret és súly

24 Üvegszál alapú kábelek hátrányai 24 Drága aktív és passzív elemek Drága telepítés A belső vezetőszál érzékeny a fizikai behatásokra A csatlakozás érzékeny a szennyeződésekre

25 Optikai kábel ötlete 25 A folyadéksugár csapdába ejti a fényt! Ez volt az alapötlet, ami az optikai szál technikai alkalmazásához vezetett.

26 26

27 Optikai kábel ötlete 27 Az optikai szál egy olyan hengeres, szigetelt, könnyen hajlítható szál, amely fényt továbbít az üvegmag belsejében, a teljes fényvisszaverődés elve alapján Ahhoz, hogy az optikai jel teljes fényvisszaverődéssel a magban terjedjen tovább, a mag törésmutatójának nagyobbnak kell lennie, mint a héjnak

28 28 Optikai kábel szerkezete

29 Kábel típusok 29 SM (Single Mode) 9 mikron mag Hosszú távolságok áthidalására (max 100 km) MM (Multi Mode) 50 mikron mag Rövidebb távolságok áthidalására (max 550 m)

30 Optikai szál gyártása 30 előforma készítése szál szerkezetének előállítása külső kémiai gőzlecsapatás belső kémiai gőzlecsapatás növesztéses eljárás szálhúzás szál átmérő primer védelem (esetleg festés) kábelgyártás több szál összefogása különböző védelmek kialakítása

31 Előforma készítése 31 Belső kémiai gőzlecsapatás tisztítás hordozócső készítés mag növesztése (lecsapatása) zsugorítás

32 Szálhúzás 32 Preform Grafit kemence Vezérlő egység Primer védelem Hűtőfolyadék Száldetektor Csévélő dob Feszítő dob

33 33

34 Kábelgyártás 34 Dobok a szálakkal SZ sodrat Vazelin Vezérlő egység Pászma növesztése Pászma átmérő detektor

35 LAN optikai kábelek fajtái Single 2. Zipcord 3. Tight-buffered 4. Unitube glass armoured 5. Unitube standard with spl 6. Multitube glass armoured

36 36 Optikai kábel csatlakozók

37 37 Strukturált kábelezés

38 38 Épületek összekötése

39 39 Függőleges kábelezés

40 40 Vízszintes kábelezés

41 41 Szerelési szabályok

42 42

43 43 Vezeték nélküli átvitel

44 Optikai átvitel - Lézer átvitel 44 pont-pont közötti adatátvitel, láthatóság átvitel lézerrel néhány km távolság sávszélesség akár 2500Mbit/s időjárási viszonyok zavarják (sűrű eső, hó, köd, légköri szennyeződés)

45 Optikai átvitel - Infra átvitel 45 pont-pont közötti adatátvitel, láthatóság infravörös tartomány kis távolság sávszélesség 9,6 kbps - 4 Mbps nincs más eszköztől származó zavarás nincs szükség speciális adatvédelemre

46 Vezeték nélküli hálózatok 46 WLAN chipset gyártások alakulása (millió darab)

47 47 Mobile eszközök napjainkban

48 Mi az a WLAN? 48 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.

49 A WLAN előnyei 49 Nincs szükség kábelezésre Az internetkapcsolatot meg lehet osztani Mobil eszközök kényelmes használata Egyszerűen telepíthető

50 A WLAN hátrányai 50 A rádiójeleket nem állítja meg a fal Illetéktelenek rácsatlakozhatnak hálózatunkra

51 51 Vezeték nélküli adatátvitel IEEE

52 WLAN frekvenciasávok 52 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.

53 WLAN frekvenciasávok 53 U-NII Unlicensed National Information Infrastructure 5 GHz (λ 6 cm) kevés zavaró jel

54 54 WLAN frekvenciasávok

55 55 Egy tipikus rádiós hálózat

56 A WLAN hálózatok csoportosítása 56 Működésük szerint Az ad-hoc mód Az infrastruktúra mód

57 A WLAN hálózatok csoportosítása 57 Kiépítés szerint SOHO Enterprise

58 A WLAN hálózatok csoportosítása 58 Eszközök szerint Asztali Hordozható

59 A WLAN hálózatok csoportosítása 59 Antennák szerint Kör sugárzó Szegmens sugárzó Iránysugárzó

60 A WLAN hálózatok csoportosítása 60 Védelem szerint Nyilvános WLAN Jól védett WLAN Prompt WLAN

61 61 Antennák

62 Antennák kicsitől a nagyig 62 WLAN antenna Arecibo Telescope

63 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.

64 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.

65 65 Pont-pont antennák

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

67

68 68

69 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.

70 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

71 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

72 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

73 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)

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

75 Antenna jellemzők

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

77 Antenna típusok Omni Dipólus co-linear

78 Antenna típusok Irányított Panel, patch Helix Yagi Parabola

79 Antenna típusok Panel, patch Helix

80 Antenna típusok Yagi Parabola

81 81 Mobil telefon antennák

82 WLAN hőtérkép

83 WLAN hőtérkép

84 DIY antennák

85 Reflektor

86 Cantenna

87 Rekordok 124 mile 201 km

88 Hazai mérések kilométeres távot 54 Mbps

89 Forrás 89 Lukács-Mágel-Wührl: Híradástechnika I. (prezentáció) Lukács-Wührl: Híradástechnika I. (könyv) Távközlő hálózatok és informatikai szolgáltatások online könyv Jákó András: Wireless LAN, BME EISzK Rick Graziani: Antennas, Cabrillo College Mohó László: Rádióhullámok és antennák Dér Balázs: Passzív hálózati elemek telepítése