Dr.Varga Péter János
3. és 4. ea
HÍRKÖZLÉSTECHNIKA
Mi az a WLAN? 2
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 3
Nincs szükség kábelezésre Az internetkapcsolatot meg lehet osztani Mobil eszközök kényelmes használata Egyszerűen telepíthető
A WLAN hátrányai 4
A rádiójeleket nem állítja meg a fal Illetéktelenek rácsatlakozhatnak hálózatunkra
Vezeték nélküli adatátvitel IEEE 802.11 5
6
WLAN frekvenciasávok 7
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 8
U-NII – Unlicensed National Information Infrastructure 5 GHz (λ ≈ 6 cm) kevés zavaró jel
WLAN frekvenciasávok 9
Egy tipikus rádiós hálózat 10
A WLAN hálózatok csoportosítása 11
Működésük szerint
Az ad-hoc mód
Az infrastruktúra mód
A WLAN hálózatok csoportosítása 12
Kiépítés szerint SOHO Enterprise
A WLAN hálózatok csoportosítása 13
Eszközök szerint Asztali
Hordozható
A WLAN hálózatok csoportosítása 14
Antennák szerint Kör sugárzó Szegmens sugárzó Iránysugárzó
A WLAN hálózatok csoportosítása 15
Védelem szerint Nyilvános WLAN Jól védett WLAN Prompt WLAN
16
Antennák
Történeti áttekintés 17
1865 James Clerk Maxwell Elektromágneses hullámok ezen belül rádióhullámok elméletének alapja
1887 Heinrich Hertz Rádióhullámokat előállította
1887 Guglielmo Marconi Elektromágneses hullámokkal végzett kísérletet
1895 Alekszandr Sztepanovics Popov Dipólantenna alkalmazása
1898 Karl Ferdinand Braun Drótnélküli távírásban a zárt rezgőkör kialakítása
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
λ = c /f
c = 3*108 m/s
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.
Troposzféra A föld légkörének a földfelszíntől kb. 11 km magasságig terjedő szakaszát troposzférának nevezzük. Szokás még „időjárási rétegnek” is nevezni minthogy az időjárást meghatározó meteorológiai folyamatok elsősorban itt zajlanak le. A troposzféra a légkör anyagának mintegy 75 %-át tartalmazza. A troposzféra hőmérséklete a magassággal csökken, a tropopauzában a legkisebb, átlagosan -50 C. a troposzféra és a sztratoszféra közötti átmeneti réteg, a tropopauza magassága ingadozó. Márciusban a legalacsonyabb (9,7 km), júniusban a legmagasabb (11,1 km). A troposzféra az URH hullámok terjedését lényegesen befolyásolhatja.
UHF és SHF Ultra High Frequency, ultra magas frekvenciák és a Super High Frequency, szuper magas frekvenciák, mikrohullámok. A terjedés itt már teljesen mentes az ionoszférától, azonban mind inkább érvényesülnek a troposzféra meteorológiai változásai. Ilyen például az esőcseppekről történő hullám visszaverődés, illetve a különböző hullámterjedési zavarok. A kisugárzott energia nagymértékű fókuszolása lehetővé teszi azt, hogy két pont között igen kis energiával tudunk biztos összeköttetést teremteni.
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
dB, dBm dB: 10 * log ( A / B ) A és B arányát fejezi ki
dBm: 10 * log ( P / 1 mW ) adó teljesítménye, vevő érzékenysége
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
Méretezési alapadatok adó teljesítmény: 1-30 dBm (1-100 mW) csatlakozó veszteség: 0.01-0.2 dB TNC, SMA, N, BNC
antenna kábel veszteség: 0.1-1 dB méterenként antenna nyereség: 2-25 dBi veszteség szabadtéri terjedés közben: 40-130 dB veszteség tereptárgyakon fal, ajtó, ablak: 2-30 dB erdő: 0.3-0.4 dB méterenként
vevő érzékenység: (-90)-(-65) dBm általában min. 10 dB rést szokás hagyni
WLAN hőtérkép
WLAN hőtérkép
DIY antennák
Reflektor
Cantenna
Rekordok 124 mile 201 km
Hazai mérések 44
21 kilométeres távot 54 Mbps
45
Műholdas kommunikáció
46
47
Helymeghatározás
Alkalmazott műholdpályák, tulajdonságaik 48
Alkalmazott műholdpályák, tulajdonságaik 49
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 50
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 51
Űrszegmens Földi követő és vezérlőállomások Felhasználói szegmens
NAVSTAR (USA) 52
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) 53
ГЛОНАСС (CCCP, ma Oroszország) 54
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) 55
Galileo (Európai Unió – civil üzemeltetés) 56
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) 57
BEIDOU-2 (Pejtou-2) / Compass 58
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 59
Helymeghatározás elve 60
1 ismert távolság esetén a helyzetünk
R=20.200 km Gömbfelületen bárhol
Helymeghatározás elve 61
2 ismert távolság R1=20.200 km R2=20.199 km A két gömbfelület metszésében lévő körön
Helymeghatározás elve 62
3 ismert táv, háromszög
R1=20.200 km R2=20.199 km R3=20.201 km A három gömbfelület metszésében 2 pont!!!
Helymeghatározás elve 63
4 ismert táv = egyértelmű R1=20.200 R2=20.199 R3=20.201 R4=20.202
km km km km
1 pont!!!
GPS adatok 64
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 65
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 66
Közlekedés/Áruszállítás Emberi élet védelme Földmérés/Térinformatika Környezetvédelem Időszinkronizálás Katasztrófa elhárítás Precíz mezőgazdálkodás Távközlés Bankügyletek
GPS katonai felhasználása 67
GPS sebezhetősége 68
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 69
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 70
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 71
Helymeghatározási példa 72
GPS/GSM modem személy, tehergépjárművekbe telepítve
Helymeghatározási példa 73
74
VSAT
A VSAT hálózat előnyei 75
Rugalmas, gyors telepíthetőség Ország → régió teljes lefedése Azonnali kommunikáció lehetősége Földi infrastruktúrától független fejletlen területek kiszolgálása Magas rendelkezésre állás
VSAT felhasználási területek 76
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 77
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
78
Műholdas telefonok 79
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 80
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 81
Lehetőségek 82
83
Forrás 84
Lukács-Mágel-Wührl: Híradástechnika I. (prezentáció) Lukács-Wührl: Híradástechnika I. (könyv) Kovács Béla: GPS = NAVSTAR, ГЛОНАСС, GALILEO vagy BEIDOU Hungaro Digitel: VSAT
