2.ea
Dr.Varga Péter János
HÍRADÁSTECHNIKA
2
Antennák
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.
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
7
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
12
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
WLAN hőtérkép
WLAN hőtérkép
DIY antennák
Reflektor
Cantenna
Rekordok 124 mile 201 km
Hazai mérések 27
21 kilométeres távot 54 Mbps
28
Földkábelezés
+
Szolgáltatók a föld alatt 29
Alépítmények 30
Generációi: Betoncsöves Műanyagcsöves ISDN- alépítmény
Alépítmény 31
Földmunka és csövek fektetése 32
Megszakító létesítmények 33
Alépítmény-hálózat csöveinek többszörös kihasználása 34
100 mm belső átmérőjű csövek alkotják, Kábel átmérője nem lehet nagyobb mint a cső átmérőjének 80%, átmérő különbség >10mm.
Földkábel-fektetés 35
Optikai kábel telepítése 36
Földkábelek lefektetése 37
A földkábeleket két módon lehetséges elhelyezni: kézileg (emberi erővel, különösebb gépi segítség nélkül) vakond-ekés módszerrel (egy eke a kívánt mélységig felszántja a talajt, majd a kábelleeresztő szerkezet behelyezi a kábelt).
Kézi módszer 38
Vakond-ekés módszer 39
40
A vakond-ekés módszer jellemzői 41
Előnyei: nem szükséges alépítmény a gép kb. 10 km/nap teljesítményű
“gyors”
Hátrányai: köves-sziklás talajban nem alkalmazható nehezebben javítható (nem lehet tartalékból után húzni)
Optikai földkábelek behúzása 42
A kábelbehúzás többféleképpen is megvalósítható a már előre lefektetett alépítménybe: kézi, vagy csörlős behúzással átfúvatásos módszerrel beúsztatásos módszerrel
Kézi lefektetés (Csörlős behúzás) 43
Legnagyobb egyben behúzható hossz: 150-200 méter. Napi teljesítmény kb. 2000 méter. “Viszonylag lassú” A védőcső megbontása, illetve helyreállítása miatt egyéb járulékos költségek is felmerülnek A kábelre nagyjából 60 Kg tömeg által kifejtett mechanikai erő hat. Ebből kifolyólag és a lehetséges feszülések miatt a kábelek mechanikai sérülései nem zárhatóak ki.
Kézi, illetve csörlős behúzás 44
Átfúvatásos módszer 45
46
Digitális jelek előállítása
Beúsztatásos módszer 47
48
Eszközök 49
Föld alatti hálózatkiépítésnél: kábelbehúzó eszközök csörlők (elektromos) szivattyúk kompresszorok - egyéb (pl. pneumatikus berendezések)
50
51
Légvezetékes hálózat építése
Alkalmazási területei 52
Kertváros, falu Kis sűrűségű terület Az előfizetői pontok távol vannak egymástól Nem kell árkot ásni, járdát bontani, alépítményt betonozni
Légvezetékes hálózat összetevői 53
Légkábelek (réz / optikai) Oszlopok Kötődobozok Elosztók Rögzítők, feszítők Csigák, csigasorok
Légkábelek fajtái 54
Önhordó Külön tartóelemre nincs szükség, mert a kábelbe a nagy teherbírást biztosító elem be van építve. Nem önhordó Már meglévő acélsodronyra építik rá, megadott távolságonként rögzítik.
Légkábel elosztó 55
Réz
Optika
Oszlopok 56
Fa oszlop Beton oszlop
Optikai önhordó légkábel 57
Acélsodrony
Polietilén köpeny
Központi elem
Optikai szálak Pászma . .
.
. .
.
. .
.
. .
.
Kevlar
Vakpászma
Optikai önhordó légkábel 58
59
Tengeri kábelezés
60
61
62
Műholdas kommunikáció
63
64
Helymeghatározás
Alkalmazott műholdpályák, tulajdonságaik 65
Alkalmazott műholdpályák, tulajdonságaik 66
A LEO [Low Earth 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 (10 355 km), és az ODYSSEY (10 373 km) valamint a ELLIPSO (7800 km) rendszereket. A GEO [Geostationary Earth Orbiter ] a maga 36 000 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.
Global Positioning System 67
Globális helymeghatározó rendszer A Földön (és „környezetében”) Időjárástól, helyszíntől független „Csak” látni kell az égboltot Bárki által használható (egyutas) Korlátozható (SA/katonaság)
A Global Navigation Satellite System felépítése 68
Űrszegmens Földi követő és vezérlőállomások Felhasználói szegmens
NAVSTAR (USA) 69
24/(31)/31 (terv./ker./műk.)műhold ~20.200 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 ~1600-1800kg, ~6 m nyitott napelem
NAVSTAR (USA) 70
ГЛОНАСС (CCCP, ma Oroszország) 71
24 (19keringő)/11 működő műhold ~19.100 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 ~1300-1500 kg, 3-7 év élettartam
ГЛОНАСС (CCCP, ma Oroszország) 72
Galileo (Európai Unió – civil üzemeltetés) 73
27/30 műhold / 3 pályasík (9+1 műhold/pályasík) 2005.december végén = az 1. műhold már sugároz ~23 222 km, 56° p. inklináció, 14 óra 4 perc ker. ~675 kg, ígért teljes kiépítettség (FDS) ~2008 új frekvenciák L5 (E5A-B) 1164-1215MHz, (E6- 12601300 MHz), E2-L1-E1 1559-1591 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
Galileo (Európai Unió – civil üzemeltetés) 74
BEIDOU-2 (Pejtou-2) / Compass 75
35 (5 GEO+30 MEO pályán) műhold 2007. november végén = az LBS Beidou-1 működik (3 műhold GEO-n, + 1 műhold MEO-n is sugároz ~21 500 km ígért teljes kiépítettség (FDS) ~2010 10 méter, open service Pozitívum: újabb globális helymeghatározó rendsz., még több műhold (műholdszegény helyeken is) Negatívum: új GNSS vevők kellenek, Galileo konkurens, katonai rendszer
BEIDOU-2 (Pejtou-2) / Compass 76
Helymeghatározás elve 77
1 ismert távolság esetén a helyzetünk
R=20.200 km Gömbfelületen bárhol
Helymeghatározás elve 78
2 ismert távolság R1=20.200 km R2=20.199 km A két gömbfelület metszésében lévő körön
Helymeghatározás elve 79
3 ismert táv, háromszög
R1=20.200 km R2=20.199 km R3=20.201 km A három gömbfelület metszésében 2 pont!!!
Helymeghatározás elve 80
4 ismert táv = egyértelmű R1=20.200 R2=20.199 R3=20.201 R4=20.202
km km km km
1 pont!!!
GPS adatok 81
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 jamming technológia nem titkos, egyszerű, házilag összeszerelhető jammer modellek leírása megtalálható az Interneten, komolyabb berendezéseket meg is lehet vásárolni.
GPS adatok 82
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.
GPS civil felhasználása 83
Közlekedés/Áruszállítás Emberi élet védelme Földmérés/Térinformatika Környezetvédelem Időszinkronizálás Katasztrófa elhárítás Precíz mezőgazdálkodás Távközlés Bankügyletek
GPS katonai felhasználása 84
GPS sebezhetősége 85
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
Nem szándékos zavarás 86
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
Szándékos zavarás 87
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
Szándékos zavarás 88
Helymeghatározási példa 89
GPS/GSM modem személy, tehergépjárművekbe telepítve
Helymeghatározási példa 90
Helymeghatározási példa 91
92
VSAT
A VSAT hálózat előnyei 93
Rugalmas, gyors telepíthetőség Ország → régió teljes lefedése Azonnali kommunikáció lehetősége Földi infrastruktúrától független fejletlen területek kiszolgálása Magas rendelkezésre állás
VSAT felhasználási területek 94
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)
Mobil műholdas megoldások 95
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
96
Műholdas telefonok 97
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
Műholdas telefonok 98
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
teljes Föld (kivéve a sarkok)
teljes Föld
Afrika, Európa, Ázsia
WLAN
van
nincs
nincs
ISDN
van
nincs
nincs
Menet közbeni megoldás
van
van
van
Lefedettség
Eszközök és lefedettség 99
VSAT megoldások 100
VSAT megoldások 101
VSAT csomagok 102
103
