Távközléstechnika (32) A tantárgy tömbösített oktatása: a félév első felében heti 2x3 óra előadás (kedd 5.2-7.55, csütörtök 4.25-7., Moziterem) Utolsó előadás: október 2., ZH: október 3-ig ZH alapján megajánlott vizsgajegy (4 vagy 5 eredménnyel), félév végén vizsga! Aláírás feltétele: az összes mérés elvégzése, jegyzőkönyvek leadása Mérések: 6 mérés, 3 műszeres (a félév első felében), 3 programozás (a félév második felében), helye: TA fsz 5/A
Távközléstechnika A tantárgy felelős oktatója: Maros Dóra Elmélet: 39 óra Oktatók: Maros Dóra, docens: bevezetés, alapfogalmak (6 óra) Gudra Tibor, óraadó: hálózati ismeretek (2 óra) Antók Péter, óraadó: optikai hálózatok (3 óra) Lukács György, óraadó: rádiós átvitel (6 óra) Gyányi Sándor, adjunktus: IP (9 óra) Kármán József, óraadó: hálózatmenedzsment (3 óra) ZH: 2 óra
Specifikációk, szabványok és testületek
Szabályozási szervezetek Szabványosítási szervezetek Világszervezetek: International Electrotechnical Commission International Telecommunication Union International Organization for Standardization Európai szervezetek: Comité Européen de Normalisation Électrotechnique; European Telecommunications Standards Institute
Szakmai szervezetek Institute of Electrical and Electronics Engineers International Federation for Information Processing Internet Engineering Task Force
Nemzetközi Távközlési Únió (www.itu.int) Az ENSZ keretein belül működő szervezet, amely nemzetközi szinten szabályozza a távközlési és informatikai rendszerek egységes működését, összekapcsolhatósági feltételeit. 93 ország tagja az ITU-nak A szabályozások létrehozásában több mint 7 akadémiai (egyetemek) és ipari szereplő is részt vesz. A világ legnagyobb ICT (Information and Communication Technologies) szabályozási szervezete
Nemzetközi Távközlési Únió International Telecommunication Union Szektorok: ITU-R: Rádiókommunikációs szektor ITU-T: Távközlés szabályozási szektor ITU-D: Távközlés fejlesztési szektor https://www.youtube.com/watch?v=s_bckvtm4wk
Nemzetközi Távközlési Únió ITU-R Fő feladatai: Rádiós spektrum menedzselése, harmonizálása, globális szabályozása és felügyelete (földi, tengeri, űr) Műholdas kommunikáció, műholdak működésének szabályozása és felügyelete Területek: fix és mobil telekommunikáció, műsorszórás, GPS, amatőr rádiózás, űrkutatás, meteorológia, veszélyhelyzeti kommunikáció, környezetvédelmi megfigyelések
Nemzetközi Távközlési Únió ITU-T Fő feladatai: Nemzetközi szabályozások (ITU-T Recommendations) megalkotása a telekommunikáció minden érintett területére. Hálózatok interoperabilitásának (átjárhatóság, együttműködés) biztosítása közös szabályozási környezetre alapulva Területek: hang- (beszéd), audio-, video-, adatátvitel (kódolási eljárások, átviteli megoldások és protokollok)
Nemzetközi Távközlési Únió ITU-D Fő feladatai: A z ICT szempontjából elmaradott térségek (fejlődő országok) felzárkóztatása, technológiák, hálózatok fejlesztése, szakemberek képzése Veszélyhelyzeti kommunikáció (előrejelzés, riasztás, tájékoztatás, mentés) Környezetvédelem, klímaváltozás, fenntartható fejlődés (energiafogyasztás, káros anyagok, újrahasznosítás)
Nemzetközi Távközlési Únió Study Groups(SG) ITU-R ITU-T (23-26)
Nemzetközi Távközlési Únió ITU-T ITU-T Recommendations: normatív ajánlások vagy dokumentumok (több mint 4) Nem kötelező, csak akkor ha az a nemzeti szabályozásokban megjelenik Nem normatív dokumentumok: Technicalpapers (SG-ok által összeállított anyagok, tanulmányok stb.) Kézikönyvek: Handbooks (hálózattervezés, szolgáltatás minőség, elektromágneses zavarok, tesztek, stb.) Most nézzünk bele: www.itu.int
European Telecommunications Standards Institute Európai Távközlési Szabványosítási Intézet (www.etsi.org) Európai Unió alá tartozó szabványosítási szervezet ICT-hez kapcsolódó szabványokat hoz létre, amelyek nem csak európai országokban érvényesek (pl.gsm) Non-profit szervezet, 5 kontinens, 63 ország, 75 különböző szervezete vesz részt a szabványosításban
ETSI tagok (www.etsi.org) Nemzeti Média és Hírközlési Hatóság
European Telecommunications Standards Institute ETSI tevékenységek (www.etsi.org) Műszaki specifikációk és szabványok Ipari és európai szabályozások Tesztelési eljárások (berendezés és hálózat) Interoperábilitás teszt eljárások
ETSI dokumentumok fajtái European Telecommunications Standards Institute European Standard (EN) Európában használatos szabványok, amelyek az Európai Bizottsággal (European Commission EC) való együttműködéssel jön létre, és amelyeket a nemzeti szabványosítási szervezetek is elfogadnak. ETSI Standard (ES) Szabványok részletes technikai leírásokkal ETSI Guide (EG) Általános ETSI segédanyagok a műszaki szabványok létrehozása, nyilvántartása és kiadása kapcsán. Minden ETSI tag részére azonos alapelvek.
European Telecommunications Standards Institute ETSI dokumentumok fajtái ETSI Technical Specification (TS) Rövid technikai leírások gyors használatra ETSI Technical Report (TR): Műszaki dokumentumokhoz kapcsolódó kisegítő anyagok (magyarázatok, alkalmazás stb.) ETSI Special Report (SR) Különböző célú és tartalmú jelentések, leírások, állásfoglalások ETSI Group Specification (GS) Egy adott munkacsoport által ajánlott specifikáció
European Telecommunications Standards Institute ETSI szabványok keresése, letöltése Fontos! Ha technikai specifikációkra vagyunk kíváncsiak MINDIG HITELES FORRÁSOKBÓL DOLGOZZUNK! Azaz vegyük elő az eredeti szabványokat, amelyek ingyenesen letölthetők a szabványosítási szervezetek honlapjairól! Nézzünk néhány példát: www.etsi.org
ETSI Clusterek European Telecommunications Standards Institute Így is kereshetünk! Válasszunk egy Clustert és ott megtalálunk minden szükséges dokumentációt!
Third Generaton Partnership Project Technikai bizottságok 3GPP speciálisan mobil szabványokkal foglalkozik
3GPP a mobil szabványosítás fellegvára Tagjai (6 szabványosítási szervezet): A 3GPP által létrehozott specifikációkat az ETSI szabványként fogadja el! www.3gpp.org A mobil szabványokat inkább itt keressük!
3GPP specifikációk struktúrája, számozása A specifikációk időben un. RELEASE-ekben kerülnek kiadásra. Az első a R99 volt, amely kb. 2-ben került kibocsátásra! Utána: R4..R2 (nézzünk egy példát!)
Internet Engineering Task Force www.ietf.org Szlogen: The goal of the IETF is to make the Internet work better Internet szabványok létrehozására alakult nemzetközi szervezet, mérnökökből áll. Technikai megoldások kidolgozása a különböző hálózatok interneten keresztüli kommunikációjának összehangolására Tagjai önkéntesek, bárki csatlakozhat. Szoros együttműködésben az Internet Society-vel Szabványok un. RequestforComments(RFC) dokumentumokban
IETF WG-k www.ietf.org Working Group-ok (WG) egyes speciális területeken dolgoznak
IETF RFC-k www.ietf.org
Institute of Electrical and Electronics Engineers Eye-triple-E www.ieee.org A világ legnagyobb műszaki-tudományos egyesülete A területen a legújabb tudományos eredmények publikációs helye (konferenciák, cikkek, tanulmányok stb.) Oktatás, tehetséggondozás Technológiai szabványok kidolgozása, ajánlása Bárki beléphet Előnyök: a legújabb trendek, technológiák megismerése, szakmai kapcsolatépítés, publikálás, konferenciák, szakmai segítség
Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE tagság www.ieee.org Több mint 43. tag 6 országból 2. hallgató 8 országból 333 szekció a világ minden részén (HS) 432 egyéb, nem műszaki kérdésekkel foglalkozó csoport, pl. Women in Engineering, vagy Life Members (hátrányos helyzetűek kommunikációja)
Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE Xplore http://ieeexplore.ieee.org/ Újságok 872-től!
Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE XploreStandards http://ieeexplore.ieee.org/ xpl/standards.jsp
Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE szabványok www.ieee.org A legismertebb IEEE szabvány az IEEE 82. WLAN szabvány
NMHH www.nmhh.hu A hazai elektronikus média és infokommunikációs rendszerek/hálózatok zavartalan (együtt)működésének felügyelete, szabályozása. Az NMHH jogalkotói státuszba került az Elektronikus Hírközlési törvényben (Eht.) foglalt módon. Részt vesz a nemzetközi szervezetek szabályozási munkájában (ITU, ETSI)
NMHH főbb tevékenységek Nemzetközi előírások harmonizálása (ITU, ETSI, EU) a magyar környezetre, illeszkedve a magyar jogszabályokhoz (elektronikus kommunikáció, postai szolgáltatások, IT és média piac) Hivatalos állásfoglalások kiadása ha a jogszabályok ezt előírják. Az állásfoglalás leírja egy adott eljárás azon jellemzőit, amelyek a jogszabályi megfelelőséget támasztják alá és tájékoztatják az előfizetőket és a szolgáltatókat bizonyos fontos kérdésekről
NMHH főbb tevékenységek Frekvenciagazdálkodás feladatai, annak érdekében, hogy a különböző rádiós átviteli rendszerek egymást és más rendszereket ne zavarjanak. Szolgáltatók, szolgáltatások nyilvántartása, engedélyek kiadása annak érdekében, hogy a műszaki és működtetési feltételek megfeleljenek a magyar és nemzetközi előírásoknak Rádióberendezésekforgalmazásának engedélyezése, figyelembe véve az európai szintű követelményeket
NMHH főbb tevékenységek Hívószámok kiosztása (belföldön), karbantartása, számhordozás kezelése Szolgáltatás azonosítók meghatározása, nyilvántartása (szolgáltatás fajtája, típusazonosítója) E-aláírás felügyelete, engedélyek kiadása, ellenőrzés
NMHH főbb tevékenységek Piaci tevékenységek: Riportok Piaci analízisek Piacfelügyelet Statisztikák Piackutatás
Távközlési hálózatok alapfogalmak
Hálózati oldal (amiből a végfelhasználó nem sokat lát)
Felhasználói oldal (amiből a szolgáltató nem sokat lát)
és ami közte van (amiből senki nem lát semmit)
Távközlési hálózat Definíció Az információ elektronikus távolsági továbbítására alkalmas hálózat, melyben a forgalmat (ma már) számítógépek vezérlik. (Régebben nem így volt). Az információ lehet hang, szöveg, kép, video és adat. A mai hálózatok számítástechnikai/informatikai és távközlési hálózati elemekből (hardver és szoftver) állnak, egyesítik a távközlési és informatikai hálózatokat ezért infokommunikációs hálózatoknak hívjuk őket. A technológia: Information and Communications Technology (ICT).
Távközlési hálózat Komponensek. Terminálok: hálózati végpontok 2. Számítógépek amelyek irányítják, feldolgozzák és tárolják az információt 3. Összeköttetések amelyeken keresztül az információ eljut az egyik pontból a másikba 4. Berendezések amelyek biztosítják az információ küldését, fogadását a különböző összeköttetéseken. 5. Szoftverek, amelyek mindent elronthatnak
Távközlési hálózat Földrajzi kiterjedés Wide Area Network Metropolitan Area Network Local Area Network Personal Area Network
Földrajzi kiterjedéstől függő technológiák mobil alkalmazásoknál
Földrajzi kiterjedéstől függő technológiák számítógép hálózatoknál
Alap topológiák
Típusok: Wide AreaNetwork WAN kapcsolás. Bérelt vonal (leased line): csak a bérlő használja (pl. ATM automaták) és fix havidíjat fizet. Kapcsolni nem kell, hiszen a végpontok közvetlenül össze vannak kötve hátrány: drága, előny:biztonságos 2. Áramkörkapcsolt (circuit switched, SC): pont-pont összeköttetés egy dedikált úton, a kapcsolat idejére az adott csatorna kizárólagos rendelkezésre áll (az idő után fizetünk), pl. hagyományos telefonkapcsolat (PSTN: Public Switched Telephone Network) hátrány: hívásfelépítése lassú, előny: olcsó
Típusok: Wide AreaNetwork WAN kapcsolás 3. Csomagkapcsolt (packet swiched): Az információ változó hosszúságú csomagokra bontva kerül küldésre, de az átviteli közeget több kapcsolat használja egy időben Kapcsolatorientált (connectionoriented): a csomagok csak azután kerülnek elküldésre, ha a szabad útvonal már biztosított, azaz egy virtuális áramkör (virtualcircuit) épült ki (X.25, Frame Relay) Kapcsolat nélküli (connectionless): a csomagok nem előre meghatározott úton mennek, hanem amerre van szabad út (IPV4, IPV6), datagram
Típusok: Wide AreaNetwork WAN kapcsolás 4. Cell relay : hasonló a csomagkapcsoláshoz, de kicsi, fix hosszúságú csomagok (cellák) átvitele virtuális áramkörökön keresztül (ATM: Asynchronous Transfer Mode), 2 előtt használt megoldás, a beszéd és adatcsatornák egyidejű továbbítására)
Áramkörkapcsolás (CS) Telefonhívás (vezetékes és mobil) Adathívás (modem) Problémák: a kapcsolópont túlterhelt, nincs szabad vonal, a kapcsolat nem építhető ki egyáltalán Ha igen, a kapcsolat minősége jó!
Csomagkapcsolás (PS) Internet (vezetékes és mobil) Adat, beszéd (VoIP), video, audio Problémák: csomagok késnek, mert más utakat járnak be, a kapcsolat elindul, de torlódásnál csomagvesztés lehet (romlik a minőség)
Cellrelay(ma már elavultnak számít) telefon adat adat 2
Többszörös hozzáférés (Multiple Access, MA) FDMA (Frequency Division Multiple Access) TDMA (Time Division Multiple Access) CDMA (Code Division Multiple Access) csatorna = frekvencia csatorna = időrés csatorna = kód Idő Idő Idő Frekvencia Frekvencia Frekvencia NMT 45 GSM UMTS MA: Több felhasználó megosztva használja a rendelkezésre állófrekvenciasávot
Többszörös hozzáférés (Multiple Acces, MA) OFDMA Space Division Multiple Access, SDMA 4G hálózatok és Wlan 4G-5G hálózatok jövő
FDMA és TDMA FDMA: a felhasználók különböző frekvenciasávokat használnak a rendelkezésre álló spektrum megosztására TDMA: a felhasználók különböző időréseket (timeslot) használnak a rendelkezésre álló spektrum megosztására
Teljesítmény Teljesítmény CDMA adó DS CDMA esetén A felhasználók ugyanazt a frekvenciasávot használják egy időben, az eredeti infót meg kell szorozni egy kóddal Kódjaik alapján vannak megkülönböztetve f(hz) f(hz) s (t) s 2 (t) Kiterjesztés c (t) c 2 (t) Pseudo-zaj Teljesítmény f(hz) Teljesítmény Pseudo-zaj 2 f(hz) C-Cn: csatornakódok Modulátor S TX Háttérzaj Power f(hz) Teljesítmény Teljesítmény Acos(ω c t) f(hz) s n (t) c n (t) Pseudo-zaj 3 f(hz) DS: Direct sequence S Tx = [ 2 s ( t) c( t) + s2( t) c ( t) +... + s n ( t) c n ( t)] Acos ( w t) c
CDMA vevő DS CDMA esetén A jel szűkítése (despreading) az átviteli csatornán vett jel és a csatorna kódjának XOR logikai leképezésével történik. Átviteli csatornán vett jel Kívánt jel f c = ω c /2π f(hz) f c = ω c /2π Csatorna nyereség A vett jel az összes vivőre ültetett kommunikációs csatorna jelét tartalmazza Sáváteresztő szűrő Demodulátor S RX c (t) S S Rx Rx ( t) c ( t) = [ s ( t) c ( t) + s ( t) c ( t) = [ n i= 2 2 ( t) c ( t) +... + s ' s ( t) c ( t) c ( t)] A cos i i 2 ( t) c ' ( t)] A cos ( w t) c ( t) ' ( w t) + [ s ( t) c ( t) c ( t) ] A cos( w t) c ( t) c ( t), c ( t) c ( t) = c n n c c i nemkívánt jelek (interferenciák) kívánt jel
Csatornakódok (I.) Auto-korreláció és keresztkorreláció definíciója digitális kódokra ACF értelmezése bitsorozatra: L hosszúságú bitsorozat bitjeit összehasonlítjuk ugyanazon bitsorozat eltolt változatának bitjeivel (az eltolás mértéke: -L) CCF értelmezése két bitsorozatra két különböző bitsorozat bitenként összehasonlítása ACF = CC NCC CC: Egybevágó bitek a két bitsorozatban NCC: Nem egybevágó bitek a két bitsorozatban CCF = CC NCC Ortogonáliskódok: CCF =
Csatornakódok (II.) A Walshkód = N N N N N M M M M M 2 Walsh, vagy Walsh-Hadamard kódok: A kódok ortogonálisak egymással ugyanabban a mátrixban (CCF = ) Walsh mátrix: Négyzetes mátrix = = = = 8 4 2 M M M M m W i 8 W [ ] [ ] + + + + = m: mátrix mérete i: mátrix sora ( n)
CDMA FH-Frequencyhopping FH: Több keskenysávú vivőfrekvencia váltogatása az átvitel közben Minden csatornához más frekvencia szekvencia van rendelve, egy időben nem esik egybe uaz. a vivő B csatorna: 7-9--4--5-3-2- C csatorna: 9-2-4--8-4--6-3
OFDMA jellemzői Vivőfrekvenciák ortogonalitása: az alvivők nem zavarják egymás LTE (4G) spectrum: egy csatorna egyszerre több alvivőt használ az átvitelkor (HTI mobil labor
Keskeny és szélessávú átvitel Narrow band: keskenysávú Wide band: szélessávú GSM csatorna spektrumképe Csatorna sávszélesség: 2 KHz 3G UMTS spektrumképe Csatorna sávszélesség: 5 MHz
OFDMA vs. FH CDMA OFDMA: más frekvenciák egy időben Pilot frekvenciák Csatorna Csatorna 2 FH CDMA: más frekvenciák különböző időben Csatorna : A-F Csatorna 2: C-H Csatorna 3: C-H
t (c) Egyvivős (Single Carrier) és többvivős (Multi Carrier) rendszerek t2 (c2) TDMA: más időkben vagy CDMA: egy időben, más kódolással f t3 (c3) f f2 f3 f4 f5 f f2 f3 f4 f f2 f3 f4 f5 FDMA: egy időben más frekvenciasávok t t t2 t2 t3 t3 OFDMA: egy időben több frekvenciasáv FH: más időben más frekvenciasáv
Duplexelés(mobil) B(dl):sávszélesség Downlink B(ul) Uplink fk(dl) FDD: Két különböző frekvenciasáv a két irányban (2G és 3G) fk(ul): középfrekvencia B(dl)=B(ul) fk(dl)-fk(ul)= duplex távolság Uplink Downlink idő TDD: Egy frekvenciasáv a két irányra, UL és DL időben változik (4G)
Duplexelés(ADSL kábel)
FDD vs. TDD f Csatorna keretidő Védőidő: guard time f t Csatorna Duplex távolság Csatorna Védősáv: guard band t
Forgalmi problémák a hálózatokban A kapcsolat nem épül fel mert nincs szabad csatorna, ()tipikus mobil hálózatokban) A kapcsolat nem épül fel mert a kapcsolópontok(2) túlterheltek A kapcsolat nem épül fel, mert az átviteli utak (3) túlterheltek 3 2
Forgalmi problémák a hálózatokban A torlódás okozói: baleset (szoftverfrissítés)
Forgalmi problémák a hálózatokban A torlódás okozói: egy felhasználó sok erőforrást igényel (youtube, on-line játékok) A közös erőforrást kevesebben oszthatják meg!
Forgalmi problémák a hálózatokban A torlódás okozói: szolgáltató szűkíti az átviteli erőforrásokat (karbantart éppen)
Köszönöm a figyelmet!