HÍRKÖZLÉSTECHNIKA 2.ea Dr.Varga Péter János
2 A jelátvitel fizikai közegei
3 A jelátvitel fizikai közegei
4 A telekommunikáció elektromágneses spektruma Frekvencia (Hertz) 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 10 10 10 11 10 12 10 13 10 14 10 15 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 Réz alapú kábelek
Rézalapú kábelek előnyei 6 Egyszerűbb szerelési technológia Alacsonyabb telepítési költségek Olcsó aktív eszközök Szennyeződésre kevésbé érzékeny csatlakozások Helyes telepítés után megbízható, sokoldalú, költséghatékony
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
Vezetékes átvitel koaxiális kábelen 8 Elektromosan árnyékolt, kevésbé érzékeny az elektromos zajokra Alapsávú 10Base2 50 ohm, 10-100 Mbps, 200 m 10Base5 75 ohm, 10-100 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!
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
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)
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 Koaxiális kábelek típusai
13 Koaxiális kábel csatlakozók
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 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 5-100 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 7-100 Gbps, 70 méterig (1200mhz)
16
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
19 Kábel csatlakozások, csatlakozók
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
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 Üvegszál alapú kábelek
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
Üvegszál alapú kábelek hátrányai 24 Drága aktív és passzív elemek Drága telepítés A belső vezetőszál érzékeny a fizikai behatásokra A csatlakozás érzékeny a szennyeződésekre
Optikai kábel ötlete 25 A folyadéksugár csapdába ejti a fényt! Ez volt az alapötlet, ami az optikai szál technikai alkalmazásához vezetett.
26
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 Optikai kábel szerkezete
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)
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
Előforma készítése 31 Belső kémiai gőzlecsapatás tisztítás hordozócső készítés mag növesztése (lecsapatása) zsugorítás
Szálhúzás 32 Preform Grafit kemence Vezérlő egység Primer védelem Hűtőfolyadék Száldetektor Csévélő dob Feszítő dob
33
Kábelgyártás 34 Dobok a szálakkal SZ sodrat Vazelin Vezérlő egység Pászma növesztése Pászma átmérő detektor
LAN optikai kábelek fajtái 35 1. Single 2. Zipcord 3. Tight-buffered 4. Unitube glass armoured 5. Unitube standard with spl 6. Multitube glass armoured
36 Optikai kábel csatlakozók
37 Strukturált kábelezés
38 Épületek összekötése
39 Függőleges kábelezés
40 Vízszintes kábelezés
41 Szerelési szabályok
42
43 Vezeték nélküli átvitel
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)
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
Vezeték nélküli hálózatok 46 WLAN chipset gyártások alakulása (millió darab)
47 Mobile eszközök napjainkban
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.
A WLAN előnyei 49 Nincs szükség kábelezésre Az internetkapcsolatot meg lehet osztani Mobil eszközök kényelmes használata Egyszerűen telepíthető
A WLAN hátrányai 50 A rádiójeleket nem állítja meg a fal Illetéktelenek rácsatlakozhatnak hálózatunkra
51 Vezeték nélküli adatátvitel IEEE 802.11
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.
WLAN frekvenciasávok 53 U-NII Unlicensed National Information Infrastructure 5 GHz (λ 6 cm) kevés zavaró jel
54 WLAN frekvenciasávok
55 Egy tipikus rádiós hálózat
A WLAN hálózatok csoportosítása 56 Működésük szerint Az ad-hoc mód Az infrastruktúra mód
A WLAN hálózatok csoportosítása 57 Kiépítés szerint SOHO Enterprise
A WLAN hálózatok csoportosítása 58 Eszközök szerint Asztali Hordozható
A WLAN hálózatok csoportosítása 59 Antennák szerint Kör sugárzó Szegmens sugárzó Iránysugárzó
A WLAN hálózatok csoportosítása 60 Védelem szerint Nyilvános WLAN Jól védett WLAN Prompt WLAN
61 Antennák
Antennák kicsitől a nagyig 62 WLAN antenna Arecibo Telescope
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.
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 Pont-pont antennák
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
68
Az elektromágneses hullámok terjedése Az elektromágneses hullámok terjedésében jelentős szerepe van a föld légkörének, az atmoszférának. Az atmoszféra mintegy 2.000-3.000 km magasságig terjed, nitrogénből, oxigénből, szén-dioxidból és vízgőzből áll. Három fő részére szokás osztani: troposzféra, sztratoszféra, ionoszféra.
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
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
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
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)
Antenna jellemzők polarizáció: az elektromos tér rezgésének módja lineáris függőleges vagy vízszintes síkban elliptikus, cirkuláris az adó és a vevő polarizációjának egyeznie kell
Antenna jellemzők
Antenna karakterisztika a valós antennák sugárzása/érzékenysége irányonként változik, ezt írja le az antenna karakterisztika oldalnézet / függőleges minta felülnézet / vízszintes minta
Antenna típusok Omni Dipólus co-linear
Antenna típusok Irányított Panel, patch Helix Yagi Parabola
Antenna típusok Panel, patch Helix
Antenna típusok Yagi Parabola
81 Mobil telefon antennák
WLAN hőtérkép
WLAN hőtérkép
DIY antennák
Reflektor
Cantenna
Rekordok 124 mile 201 km
Hazai mérések 88 21 kilométeres távot 54 Mbps
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