BME Gazdaság- és Társadalomtudományi Kar Műszaki menedzser alapszak (BSc) INFOKOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK MENEDZSMENTJE Infokommunikációs alapfogalmak Vezetékes beszédkommunikáció Dr. Babarczi Péter - Dr. Abos Imre BME Távközlési és Médiainformatikai Tanszék Budapest, 2014 ELEKTRONIKUS HÍRKÖZLŐ HÁLÓZAT Elektronikus hírközlő hálózat: átviteli rendszerek és - ahol ez értelmezhető - a hálózatban jelek irányítására szolgáló berendezések, továbbá más erőforrások, - beleértve a nem aktív hálózati elemeket is -, amelyek jelek továbbítását teszik lehetővé meghatározott végpontok között vezetéken, rádiós, optikai vagy egyéb elektromágneses úton, beleértve a műholdas hálózatokat, a helyhez kötött és a mobil földfelszíni hálózatokat, az energiaellátó kábelrendszereket, olyan mértékben, amennyiben azt a jelek továbbítására használják, a műsorszórásra használt hálózatokat és a kábeltelevíziós hálózatokat, tekintet nélkül a továbbított információ fajtájára. (2003. évi C. törvény az elektronikus hírközlésről) IKRA 2
JELEK OSZTÁLYOZÁSA Időben folytonos Időben diszkrét Diszkrét amplitudó Folytonos amplitudó Analóg jel Diszkretizált analóg jel Mintavételezett jel Digitális jel IKRA 3 AZ ANALÓG HÍRKÖZLÉS BLOKKVÁZLATA KÓDOLÁS, MODULÁLÁS DEMODULÁLÁS, DEKÓDOLÁS A zajos csatornán átvitt modulált információ: Eredeti információ Továbbított jel Vett információ (jel + zaj) IKRA 4
JEL-ZAJ VISZONY A jel-zaj viszony (SNR signal-to-noise ratio): a jel (információ) és a háttérzaj teljesítményének hányadosa. A jel-zaj viszony (db): meghatározásánal a logaritmikus decibel-skálát használják. Arány 0,001 0,01 0,1 0,5 1 2 10 100 1000 db telj. -30 db -20 db -10 db -3 db 0 db 3 db 10 db 20 db 30 db db ampl. -60 db -40 db -20 db -6 db 0 db 6 db 20 db 40 db 60 db (P teljesítmény, A amplitudó) IKRA 5 ANALÓG ÁTVITEL ZAJOS CSATORNÁN Shannon (1948) meghatározta a maximális adatátviteli sebességet zajos csatornára (Shannon-Hartley tétel): ahol C = H log 2 (1 + S/N) bit/s C - a maximális adatátviteli sebesség (bit/s), H - az átviteli csatorna sávszélessége (Hz), S - az átlagos jelteljesítmény (mw), N - az átlagos zajteljesítmény (mw). Pl. H = 4000 Hz (beszédsáv) S/N = 16000 (tipikus) C = 4000 log 2 (1 + 16000) = 4000 14 = 56 kbit/s Maximum 56 kbit/s adatátviteli sebesség érhető el, függetlenül a jelszintek számától. IKRA 6
AMPLITÚDÓMODULÁCIÓ Idő tartomány Frekvencia tartomány Moduláló jel spektruma Vivőfrekvencia IKRA 7 FREKVENCIAMODULÁCIÓ Idő tartomány Frekvencia tartomány ω vivő mod = ω v + k U m cos(ω m t) IKRA 8
JELEK OSZTÁLYOZÁSA Időben folytonos Időben diszkrét Diszkrét amplitudó Folytonos amplitudó Analóg jel Diszkretizált analóg jel Mintavételezett jel Digitális jel IKRA 9 A DIGITÁLIS HÍRKÖZLÉS BLOKKVÁZLATA Tömörítés, kódolás, modulálás Demodulálás, dekódolás, kibontás Eredeti információ A zajos csatornán átvitt digitalizált információ: 10010111, 01001010, 11001010, 00110101, 01100100, 11011011, 10101100, 01001101 Továbbított információ Visszaállított információ IKRA 10
SHANNON MINTAVÉTELI TÉTELE A mintákból az eredeti jel akkor állítható vissza, ha az f s mintavételezési frekvencia nagyobb az eredeti jel f max maximális frekvenciájának kétszeresénél: f s > 2f max A beszéd digitális átvitele: f max = 4000 Hz f s = 8000 Hz Kvantálási szintek száma = 256 (8 bit) Átviteli sebesség = 8000 8 = 64000 bit/s Az ISDN csatornák sebessége 64 kbit/s IKRA 11 DIGITÁLIS MODULÁCIÓS ELJÁRÁSOK Frekvenciamoduláció, pl. 10010111 bitsorozat 1 0 0 1 0 1 1 1 Fázismoduláció, pl. 10010111 bitsorozat 1 0 0 1 0 1 1 1 IKRA 12
DIGITÁLIS MODULÁCIÓS ELJÁRÁSOK Gaussian Minimum Shift Keying 8 Phase Shift Keying Minden 0-s vagy 1-es szimbólum átvitelekor a vivőfrekvencia fázisa megváltozik, és a változás iránya határozza meg, hogy 0 vagy 1 átvitele történt-e. A 8 fázisú modulációnál minden szimbólumhoz 3 bit tartozik, ezáltal a tényleges sebesség (azaz a bit rate) háromszorosára nő. IKRA 13 DIGITÁLIS MODULÁCIÓS ELJÁRÁSOK Quadratic Phase Shift Keying QPSK jelkészlete QPSK vektorképe QPSK bittérképe IKRA 14
DIGITÁLIS MODULÁCIÓS ELJÁRÁSOK 16 Quadratic Amplitude Modulation 16QAM jelkészlete 16QAM vektorképe 16QAM bittérképe IKRA 15 DIGITÁLIS MODULÁCIÓS ELJÁRÁSOK 64 Quadratic Amplitude Modulation (6 bit információ szimbólumonként) 64QAM bittérképe Konstellációs diagramok Kiszajú vétel Bármely két szomszédos kód csak egyetlen bitben különbözik. MSB Most Significant Bit Fázisingadozás hatása IKRA 16
TELEFONHÁLÓZAT A PSTN hálózat felépítése Trönkhálózat X X Telefonközpont X Előfizetői hálózat Előfizetők Előfizetők IKRA 17 TELEFONHÁLÓZAT A PSTN hálózat Public Switched Telephone Network nyilvános kapcsolt telefonhálózat analóg előfizetői hurok digitális trönkök (PCM) tárolt programvezérlésű kapcsolás hierarchikus forgalomirányítás előfizetők és központok közötti jelzések vonalkapcsolt (áramkörkapcsolt) működés alapvetően beszédátvitelre fejlesztették ki további szolgáltatások erre a hálózatra adaptálva PCM kódolás (0,3 3,4 khz-es sáv 3,1 khz + vedősávok = 4 khz széles lesz egy beszédcsatorna), 256 kvantálási szint, cél: érthető beszéd átvitele analóg, folytonos idej ű jel analóg, folytonos idejű, sávhatárolt jel mintavevő analóg, diszkrét idej ű jel diszkrét idejű, diszkrét értékkészletű jel (digitális jel) sávszűrő 0,3... 3,4 khz órajel 8 khz IKRA 18 kvantáló
Pulse-Code Modulation (PCM) valós példa Beszédhang Vonatkozó bitsorozat (kb. 180 mv-hoz): 10100110 (első bit az előjel) Kvantálás: logaritmikus karakterisztika (az emberi fül is ilyen) Minden jog fenntartva. Az itt található anyagokat a THSZ tárgy jelenlegi és korábbi hallgatói letölthetik és tanulásra IKRA 19 felhasználhatják. Minden más felhasználáshoz a szerzők engedélye szükséges. Nemeth.Krisztian(kukac)tmit.bme.hu Átviteli utak evolúciója PSTN modemes átvitel analóg törzshálózat esetén PSTN modemes adatátvitel Minden jog fenntartva. Az itt található anyagokat a THSZ tárgy jelenlegi és korábbi hallgatói letölthetik és tanulásra IKRA 20 felhasználhatják. Minden más felhasználáshoz a szerzők engedélye szükséges. Nemeth.Krisztian(kukac)tmit.bme.hu
Osztott közeg áramkörkapcsolás esetén FDM és TDM FDM Frekvenciaosztásos multiplexálás frekvencia Példa: 4 felhasználó TDM - Időosztásos multiplexálás idő frekvencia idő IKRA 21 Osztott közeg csomagkapcsolás esetén Statisztikus multiplexálás A 10 Mb/s Ethernet Statisztikus multiplexálás C B Csomagok várakoznak a sorban a kimenő linkre 1.5 Mb/s D E Az A és B gépek által küldött csomagoknak nincs meghatározott sorrendje, igény szerint osztoznak az erőforráson = statisztikus multiplexálás. IKRA 22
TELEFONHÁLÓZAT PSTN trönkhálózati funkciók a hálózat strukturálása (területi, logikai) irányonkénti forgalomkoncentrálás jelzések (hívásfelépítés, bontás, forgalomvezérlés) PSTN hívásfelépítés hívási szándék (hurok zárása) szabad regiszter (tárcsahang) tárcsázás szám érvényességének ellenőrzése kapcsolatfelépítés csengetés/foglaltsági jelzés IKRA 23 TELEFONHÁLÓZAT A PSTN hálózat jellemzői összeköttetés idejére fizikailag fennálló kapcsolat az előfizetői hálózatban dedikált csatorna minden előfizetőnek forgalomkoncentráció a kapcsolóközpontokban a trönkhálózatban osztott erőforrásokért versenyeznek az előfizetői hívások forgalmi jellemzők: hívások beérkezésének jellemzői (forgalmas óra) összeköttetések fennállásának jellemzői (pl. tartásidő) IKRA 24
Telefonhálózat hierarchikus felépításe Minden jog fenntartva. Az itt található anyagokat a THSZ tárgy jelenlegi és korábbi hallgatói letölthetik és tanulásra IKRA 25 felhasználhatják. Minden más felhasználáshoz a szerzők engedélye szükséges. Nemeth.Krisztian(kukac)tmit.bme.hu A TELEFONHÁLÓZAT STRUKTÚRÁJA A hálózati síkok hierarchiája Nemzetközi központ Szekunder központok Primer és helyi központok IKRA 26
A TELEFONHÁLÓZAT STRUKTÚRÁJA A budapesti hálózat felépítése A Budapesti központok ún. tandem központokon keresztül kapcsolódnak össze Nemzetközi központ Primer/szekunder központok Tandem központok Helyi központok IKRA 27 TELEFONKÖRZETEK Primer és szekunder körzetek a magyar telefon hálózatban Sopron Szombathely Sárvár 94 92 99 Zalaegerszeg 93 95 Nagykanizsa 83 Keszthely 96 Pápa 87 Tapolca 85 Marcali 82 89 Gyõr Kaposvár Szigetvár Balassagyarmat 35 32 Eger Gyöngyös Vác 27 Esztergom 33 37 36 26 34 Szentendre Gödöllõ Tatabánya 1 28 Jászberény Budapest 57 Biatorbágy Monor 23 29 22 Szigetszentmiklós 88 Székesfehérvár 53 Szolnok Veszprém Cegléd 56 24 25 Dunaújváros Siófok Kecskemét 84 76 75 Kiskõrös Szentes Paks 63 73 Pécs 72 74 Mohács Szekszárd 69 79 Baja 78 Kiskunhalas Salgótarján 77 62 Szeged Ózd 48 49 46 Miskolc Mezõkövesd 59 Karcag Orosháza Szerencs Békéscsaba 68 66 47 52 Nyíregyháza Debrecen Berettyóújfalu 54 42 Kisvárda 45 44 Mátészalka Egy-egy szekunder központhoz több primer terület is tartozik IKRA 28
Távbeszélő központok 2 nemzetközi központ Kelenföld, Józsefváros 2 tandem központ Városmajor, Angyalföld 10 szekunder központ Kelenföld, Józsefváros, Győr, Zalaegerszeg, Pécs, Székesfehérvár, Szeged, Szolnok, Debrecen, Miskolc 54 primer központ (primer körzetenként) Kb. 60 helyi központ IKRA 29 ISDN modemes adatátvitel ISDN Integrated Services Digital Network - Integrált szolgáltatású digitális hálózat Euro-ISDN: Európai szabványok (ETSI) interfészekre, szolgáltatásokra ISDN2 (alapcsatlakozás) 2x64 kbps 16 kbps jelzés ISDN30 (primercsatlakozás) IKRA 30 30x64 kbps 64 kbps jelzés
ISDN Az ISDN szolgáltatásai Vonalkapcsolt 3,1 khz beszéd (audio) Vonalkapcsolt 64 kbit/s digitális átvitel Az ISDN felhasználási területei Telefonszolgáltatás Közvetlen alközponti beválasztás Videokonferencia Internet kapcsolat Hitelkártya ellenőrzés (POS) IKRA 31 ISDN ALKÖZPONT Közvetlen alközponti beválasztás 463-2664 463-2664 Külső hívás PSTN ISDN ISDN PBX 463-1000 -9999 ISDN-alközpont (PBX, Private Branch Exchange) Beválasztás az alközponti mellékekre 2664 Belső hívás IKRA 32