Dr.Varga Péter János
2.ea
HÍRKÖZLÉSTECHNIKA
2
A jelátvitel fizikai közegei
A jelátvitel fizikai közegei 3
A telekommunikáció elektromágneses spektruma 4
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
Infravörös Lézerek Irányított rakéták
Látható fény
Csavart érpár Optikai szál
Koaxiális kábel AM rádió
FM rádió Földi és műholdas és TV mikrohullámú átvitel
Réz alapú kábelek 5
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
Árnyékoló harisnya
Szigetelő műanyag (gyakran műanyag hab, vagy magas frekvenciás esetben teflon)
Fonott réz AL fólia
Vezetékes átvitel koaxiális kábelen 10
Zaj, Zavar Z0
Z0 Z0
Homogén hullámimpedancia Egyszerű meghajtó/vevő áramkör Mechanikai sérülésekre érzékeny (pl. megtörés Z0 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
Koaxiális kábelek típusai 12
Koaxiális kábel csatlakozók 13
Csavart érpáras átviteli közeg (TP – Twisted Pair) 14
Zaj, Zavar Z0/2
Z0/2 Z0/2
A zavarvédelmet az érpárok összecsavarása jelenti, valamint a szimmetrikus meghajtás
Z0
UTP – Unshilded Twisted Pair
Árnyékolatlan csavart érpár
Csavart érpáras átviteli közeg (TP – Twisted Pair) 15
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
Csavart érpáras átviteli közeg (STP – Shilded Twisted Pair) 17
Z0/2
Z0/2 Z0/2
Árnyékoló harisnya
A zavarvédelmet az árnyékolás és az érpárok összecsavarása jelenti. STP – Shilded Twisted Pair (Árnyékolt csavart érpár)
18
Kábel csatlakozások, csatlakozók 19
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
Üvegszál alapú kábelek 22
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
Optikai kábel szerkezete 28
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 Pászma növesztése Vezérlő egység
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
Optikai kábel csatlakozók 36
Strukturált kábelezés 37
Épületek összekötése 38
Függőleges kábelezés 39
Vízszintes kábelezés 40
Szerelési szabályok 41
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)
Mobile eszközök napjainkban 47
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
Vezeték nélküli adatátvitel IEEE 802.11 51
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
WLAN frekvenciasávok 54
Egy tipikus rádiós hálózat 55
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.
Pont-pont antennák 65
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*108 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)
D0 – optikai látóhatár r0 – földsugár
D0 2 r0 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
elliptikus,
vagy vízszintes síkban
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 81
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
