2.ea
Dr.Varga Péter János
HÍRADÁSTECHNIKA
Digitális jelek előállítása Kvantálás és kódolás 2
Lineáris kvantálás •
Ekkor az ábrázolási tartományt lineárisan osztjuk 2n részre
Nemlineáris kvantálás •
Általában logaritmikus, vagy logaritmikus görbe töréspontos közelítése
Digitális jelek előállítása Kvantálás és kódolás 3
Lineáris kvantálás
Digitális jelek előállítása Kvantálás és kódolás 4
Logaritmikus görbe töréspontos közelítése
Analóg jel visszaállítása a digitális jelből 5
A D/A konverter a mintavételi frekvencia ütemében érkező mintával arányos feszültséget (áramot) állít elő és azt „kitartja” a következő mintáig.
Analóg jel visszaállítása a digitális jelből 6
Helyreállító szűrő:
Teljes digitális lánc 7
Hibák, torzítások helyei: Sávkorlátozó szűrő (analóg) Kvantálási hiba [additív zaj] Helyreállító szűrő (analóg)
Digitális lánc és a zaj 8
9
10
A jelátvitel fizikai közegei
Történelem 11
A hálózatok fejlődésének kezdetén különféle célorientált hálózatok jöttek létre: távközlő hálózatok műsorelosztó hálózatok adathálózatok
Fejlődés → integrált hálózatok létrejötte Megvalósult: eszközök szintjén hálózatok szintjén
12
13
T
M A
Az átviteli rendszer tervezésekor a legfontosabb szempontok 14
a kívánt adatátviteli sebesség elérése megfelelő távolság áthidalása reflexiómentesség (visszaverődés nélküli rendszer) Minden esetben igyekszünk a reflexió mértékét az egész átviteli frekvenciasávban a lehető legalacsonyabban tartani
A jelátvitel fizikai közegei 15
A telekommunikáció elektromágneses spektruma 16
Frekvencia (Hertz)
102
103
104
105
106
107
108
ELF
VF
VLF
LF
MF
HF
VHF UHF
Energia, telefon Forgó generátorok Telefon Zenei berendezések Mikrofonok
Rádió Rádió, televízió Elektroncsövek Integrált áramkörök
109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 SHF
EHF
Mikrohullám Radar Mikrohullámú antennák Magnetronok
Csavart érpár
Látható fény
Optikai szál
Koaxiális kábel AM rádió
Infravörös Lézerek Irányított rakéták
FM rádió Földi és műholdas és TV mikrohullámú átvitel
Réz alapú kábelek 17
Rézalapú kábelek előnyei 18
Egyszerűbb szerelési technológia Alacsonyabb telepítési költségek Olcsó aktív eszközök Szennyeződésre kevésbé érzékeny csatlakozások Helyes telepítés után megbízható, sokoldalú, költséghatékony
Rézalapú kábelek hátrányai 19
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 20
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 21
Vezetékes átvitel koaxiális kábelen 22
Homogén hullámimpedancia Egyszerű meghajtó/vevő áramkör Mechanikai sérülésekre érzékeny (pl. megtörés ⇒ Z0 megváltozik)
Koaxiális kábelek típusai 23
RG – 6 szélessávú TV-s átvitel
75 Ω
RG – 8, RG – 11, RG – 58 „vékony” ethernet
50Ω
RG – 58/V a központi ér szilárd részből
50Ω
RG – 58 A/V a központi ér fonott részből
50Ω
RG – 59 szélessávú TV-s átvitel
75 Ω
RG – 59 szélessávú
50 Ω
Koaxiális kábelek típusai 24
Koaxiális kábel csatlakozók 25
Csavart érpáras átviteli közeg (TP – Twisted Pair) 26
A zavarvédelmet az érpárok összecsavarása jelenti, valamint a szimmetrikus meghajtás UTP – Unshilded Twisted Pair Árnyékolatlan csavart érpár
Csavart érpáras átviteli közeg (TP – Twisted Pair) 27
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)
28
Csavart érpáras átviteli közeg (STP – Shilded Twisted Pair) 29
A zavarvédelmet az árnyékolás és az érpárok összecsavarása jelenti. STP – Shilded Twisted Pair (Árnyékolt csavart érpár)
30
Kábel csatlakozások, csatlakozók 31
Kábelek fizikai osztályozása 32
„Fali” (Solid) kábel Fix telepítésre tervezték Rézvezetők tömörek Merev szerkezetű Sokkal jobb elektronikai paraméterek A teljes csatornában maximum 100m hosszban telepíthető
Kábelek fizikai osztályozása 33
„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
Üvegszál alapú kábelek 34
Üvegszál alapú kábelek előnyei 35
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 36
Drága aktív és passzív elemek Drága telepítés A belső vezetőszál érzékeny a fizikai behatásokra A csatlakozás érzékeny a szennyeződésekre
Optikai kábel ötlete 37
A folyadéksugár „csapdába ejti” a fényt! Ez volt az alapötlet, ami az optikai szál technikai alkalmazásához vezetett.
38
Optikai kábel ötlete 39
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
Optikai kábel szerkezete 40
Kábel típusok 41
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 42
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 43
Belső kémiai gőzlecsapatás tisztítás hordozócső készítés mag növesztése (lecsapatása) zsugorítás
Szálhúzás 44
Preform Grafit kemence
Primer védelem Vezérlő egység
Hűtőfolyadék Száldetektor
Csévélő dob Feszítő dob
45
Kábelgyártás 46
Dobok a szálakkal
SZ sodrat Vazelin Pászma növesztése Vezérlő egység
Pászma átmérő detektor
47
LAN optikai kábelek fajtái 48
1. Single 2. Zipcord 3. Tight-buffered 4. Unitube glass armoured 5. Unitube standard with spl 6. Multitube glass armoured
Optikai kábel csatlakozók 49
Strukturált kábelezés 50
Épületek összekötése 51
Függőleges kábelezés 52
Vízszintes kábelezés 53
Szerelési szabályok 54
55
56
Vezeték nélküli átvitel
Optikai átvitel - Lézer átvitel 57
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 58
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 59
WLAN chipset gyártások alakulása (millió darab)
Mobile eszközök napjainkban 60
Mi az a WLAN? 61
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 62
Nincs szükség kábelezésre Az internetkapcsolatot meg lehet osztani Mobil eszközök kényelmes használata Egyszerűen telepíthető
A WLAN hátrányai 63
A rádiójeleket nem állítja meg a fal Illetéktelenek rácsatlakozhatnak hálózatunkra
Vezeték nélküli adatátvitel IEEE 802.11 64
65
WLAN frekvenciasávok 66
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 67
U-NII – Unlicensed National Information Infrastructure 5 GHz (λ ≈ 6 cm) kevés zavaró jel
WLAN frekvenciasávok 68
Egy tipikus rádiós hálózat 69
A WLAN hálózatok csoportosítása 70
Működésük szerint
Az ad-hoc mód
Az infrastruktúra mód
A WLAN hálózatok csoportosítása 71
Kiépítés szerint SOHO Enterprise
A WLAN hálózatok csoportosítása 72
Eszközök szerint Asztali
Hordozható
A WLAN hálózatok csoportosítása 73
Antennák szerint Kör sugárzó Szegmens sugárzó Iránysugárzó
A WLAN hálózatok csoportosítása 74
Védelem szerint Nyilvános WLAN Jól védett WLAN Prompt WLAN
75
Antennák
Antennák kicsitől a nagyig 76
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.
Pont-pont antennák 79
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
c = 3*108 m/s
82
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) D0 – optikai látóhatár r0 – 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
Mobil telefon antennák 95
WLAN hőtérkép
WLAN hőtérkép
DIY antennák
Reflektor
Cantenna
Rekordok 124 mile 201 km
Hazai mérések 102
21 kilométeres távot 54 Mbps
Forrás 103
Lukács-Mágel-Wührl: Híradástechnika I. (prezentáció) Lukács-Wührl: Híradástechnika I. (könyv) Pletl Szilveszter-Magyar Attila: Jelek és rendszerek példatár Távközlő hálózatok és informatikai szolgáltatások – online könyv ANTAL Margit: Jelfeldolgozas - 5. előadás (2007) Jákó András: Wireless LAN, BME EISzK Rick Graziani: Antennas, Cabrillo College Mohó László: Rádióhullámok és antennák Dér Balázs: Passzív hálózati elemek telepítése
