HÍRKÖZLÉSTECHNIKA. 3. és 4. ea. Dr.Varga Péter János

Átírás

1 HÍRKÖZLÉSTECHNIKA 3. és 4. ea Dr.Varga Péter János

2 Mi az a WLAN? 2 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.

3 A WLAN előnyei 3 Nincs szükség kábelezésre Az internetkapcsolatot meg lehet osztani Mobil eszközök kényelmes használata Egyszerűen telepíthető

4 A WLAN hátrányai 4 A rádiójeleket nem állítja meg a fal Illetéktelenek rácsatlakozhatnak hálózatunkra

5 5 Vezeték nélküli adatátvitel IEEE

6 6

7 WLAN frekvenciasávok 7 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.

8 WLAN frekvenciasávok 8 U-NII Unlicensed National Information Infrastructure 5 GHz(λ 6 cm) kevés zavaró jel

9 9 WLAN frekvenciasávok

10 10 Egy tipikus rádiós hálózat

11 A WLAN hálózatok csoportosítása 11 Működésük szerint Az ad-hoc mód Az infrastruktúra mód

12 A WLAN hálózatok csoportosítása 12 Kiépítés szerint SOHO Enterprise

13 A WLAN hálózatok csoportosítása 13 Eszközök szerint Asztali Hordozható

14 A WLAN hálózatok csoportosítása 14 Antennák szerint Kör sugárzó Szegmens sugárzó Iránysugárzó

15 A WLAN hálózatok csoportosítása 15 Védelem szerint Nyilvános WLAN Jól védett WLAN Prompt WLAN

16 16 Antennák

17 Történeti áttekintés James Clerk Maxwell Elektromágneses hullámok ezen belül rádióhullámok elméletének alapja 1887 Heinrich Hertz Rádióhullámokat előállította 1887 Guglielmo Marconi Elektromágneses hullámokkal végzett kísérletet 1895 Alekszandr Sztepanovics Popov Dipólantenna alkalmazása 1898 Karl Ferdinand Braun Drótnélküli távírásban a zárt rezgőkör kialakítása

18 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.

19 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.

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

21

22 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.

23 Troposzféra A föld légkörének a földfelszíntől kb. 11 km magasságig terjedő szakaszát troposzférának nevezzük. Szokás még időjárási rétegnek is nevezni minthogy az időjárást meghatározó meteorológiai folyamatok elsősorban itt zajlanak le. A troposzféra a légkör anyagának mintegy 75 %-át tartalmazza. A troposzféra hőmérséklete a magassággal csökken, a tropopauzában a legkisebb, átlagosan -50 C. a troposzféra és a sztratoszféra közötti átmeneti réteg, a tropopauza magassága ingadozó. Márciusban a legalacsonyabb (9,7 km), júniusban a legmagasabb (11,1 km). A troposzféra az URH hullámok terjedését lényegesen befolyásolhatja.

24 UHF és SHF Ultra High Frequency, ultra magas frekvenciák és a Super High Frequency, szuper magas frekvenciák, mikrohullámok. A terjedés itt már teljesen mentes az ionoszférától, azonban mind inkább érvényesülnek a troposzféra meteorológiai változásai. Ilyen például az esőcseppekről történő hullám visszaverődés, illetve a különböző hullámterjedési zavarok. A kisugárzott energia nagymértékű fókuszolása lehetővé teszi azt, hogy két pont között igen kis energiával tudunk biztos összeköttetést teremteni.

25 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

26 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

27 Fresnelzóna ellipszoid, fókuszai az antennák Fresnelzóna rmax= 0.5 * ( λ * D) 0.6 * rmaxmaximális sugarú üres ellipszoid szükséges a jó mikrohullámú átvitelhez AC

28 db, dbm db: 10 * log ( A / B ) A és B arányát fejezi ki dbm: 10 * log ( P / 1 mw ) adó teljesítménye, vevő érzékenysége

29 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-bena dipólus antennához képest (0 dbd= 2.14 dbi)

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

31 Antenna jellemzők

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

33 Antenna típusok Omni Dipólus co-linear

34 Antenna típusok Irányított Panel, patch Helix Yagi Parabola

35 Antenna típusok Panel, patch Helix

36 Antenna típusok Yagi Parabola

37 Méretezési alapadatok adó teljesítmény: 1-30 dbm(1-100 mw) csatlakozó veszteség: db TNC, SMA, N, BNC antenna kábel veszteség: db méterenként antenna nyereség: 2-25 dbi veszteség szabadtéri terjedés közben: db veszteség tereptárgyakon fal, ajtó, ablak: 2-30 db erdő: db méterenként vevő érzékenység: (-90)-(-65) dbm általában min. 10 db rést szokás hagyni

38 WLAN hőtérkép

39 WLAN hőtérkép

40 DIY antennák

41 Reflektor

42 Cantenna

43 Rekordok 124 mile 201 km

44 Hazai mérések kilométeres távot 54 Mbps

45 45 Műholdas kommunikáció

46 46

47 47 Helymeghatározás

48 48 Alkalmazott műholdpályák, tulajdonságaik

49 49 Alkalmazott műholdpályák, tulajdonságaik A LEO [LowEarth 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 jammingtechnológia nem titkos, egyszerű, házilag összeszerelhető jammermodellek 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 VSAT

75 A VSAT hálózat előnyei 75 Rugalmas, gyors telepíthetőség Ország régió teljes lefedése Azonnali kommunikáció lehetősége Földi infrastruktúrától független fejletlen területek kiszolgálása Magas rendelkezésre állás

76 VSAT felhasználási területek 76 Dedikált összeköttetések Földi ADSL jellegű szélessávú, kétirányú Internet elérés VPN hálózatok részleges vagy egységes kiszolgálása Nemzetközi hálózatok kialakítása Teljes értékű backup (földi hálózattól teljesen független összeköttetés biztosítása) Mobil szélessávú megoldások (Express, Mobil IP) Video és képi információk átvitele Trunking (pl. GSM, Tetra hálózatok) Támogatott protokol: TCP/IP Sávszélességek: 1M/256K - 18/4 Mbps(letöltés/feltöltés)

77 Mobil műholdas megoldások 77 1 gombnyomásra üzemképes Automatikus műholdra állás Gyors műholdra állás (kb. 5 perc) Könnyen szállítható Nem kell minden helyszínen összeszerelni szétszerelni Nem igényel szakértelmet Nem igényel fizikai munkát Tömege kompletten: <100kg

78 78

79 Műholdas telefonok 79 Inmarsat globális lefedettség egyidejű hang és szélessávú (max. 492 kbps) adatátvitel garantált sávszélességű adatátvitel (streaming), értéknövelt szolgáltatások. Kézi készülék Iridium globális lefedettség hang, korlátozott sávszélességű adatátvitel

80 Műholdas telefonok 80 Inmarsat Iridium Thuraya Hangátvitel van van van Adatátvitel max. 492 kbps alapszintű max. 444 kbps Garantált adat (Streaming) max. 256 kbps nincs max. 384 kbps GSM lehetőség nincs nincs van Lefedettség teljes Föld (kivéve a sarkok) teljes Föld Afrika, Európa, Ázsia WLAN van nincs nincs ISDN van nincs nincs Menet közbeni megoldás van van van

81 81 Eszközök és lefedettség

82 82 Lehetőségek

83 83

84 Forrás 84 Lukács-Mágel-Wührl: Híradástechnika I. (prezentáció) Lukács-Wührl: Híradástechnika I. (könyv) Kovács Béla: GPS = NAVSTAR, ГЛОНАСС, GALILEO vagy BEIDOU Hungaro Digitel: VSAT