Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Telekommunikációs rendszerek Alkalmazások előadás anyag Készítette: Dr Taszner István Miskolci Egyetem Villamosmérnöki Intézet Automatizálási Tanszék 2000.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Telekommunikációs rendszerek Alkalmazások előadás anyag Készítette: Dr Taszner István Miskolci Egyetem Villamosmérnöki Intézet Automatizálási Tanszék 2000."— Előadás másolata:

1 Telekommunikációs rendszerek Alkalmazások előadás anyag Készítette: Dr Taszner István Miskolci Egyetem Villamosmérnöki Intézet Automatizálási Tanszék 2000

2 Alapvető fogalmak  Műholdpályák a műhold pályára állítása után hajtóművek nélkül, a gravitációs hatásoknak megfelelően kering a Föld körül (ld. gravitációs és Kepler törvények) általános esetben a pálya egy síkban elhelyezkedő ellipszis, melynek egyik fókuszpontjában a Föld van R f = 6378 Km a Föld sugara, a és b az ellipszis féltengelyei a pálya földközeli pontja a Perigeum, Földtől legtávolabbi pontja az Apogeum a pálya magassága speciális esetben a pálya kör alakú a pálya síkja az Egyenlítővel különböző szögeket zárhat be Telekommunikációs Rendszerek 2 Űrtávközlési rendszerek

3  Műholdpályák megválasztásának szempontjai lefedési terület: a Föld felszínének mely területéről lesz látható a műhold alkalmas emelkedési (elevációs) szögben Pályamagasság (h): a pillanatnyi pályasugárból (r), számítható az excentritás (e) felhasználásával, a szakaszcsillapítást és a terjedési időt befolyásolja Telekommunikációs Rendszerek 3 Űrtávközlési rendszerek

4  Általánosan használt pályatípusok Geostacionárius pálya, Geostationary Earth Orbit (GEO)  a műhold a földi megfigyelő pontból nézve állni látszik - keringési ideje megegyezik a Föld forgási idejével  fixen irányított antennákkal vehető  kör alakú egyenlítői pálya, magassága h=35784 Km  10° elevációs szög mellet a Föld felszínének közel 35%-át lefedi  a 81° szélességi foktól a sarkvidékek felé nem látható  a nagy pályamagasság miatt  nagy a jelkésleltetés (~260 ms Föld-műhold-Föld)  nagy szakaszcsillapítás (10 GHz-en ~204 dB)  nagy nyereségű antenna, nagy adóteljesítmény, kiszajú vevőegység szükséges Telekommunikációs Rendszerek 4 Űrtávközlési rendszerek

5 Alacsony pálya, Low Earth Orbit (LEO)  általános helyzetű (inklinációs szögű) és excentritású pálya  az átlagos pályamagasság Km  a pálya excentritása általában nem túl nagy, gyakran kör alakú, a nagy excentritású pályák külön csoportba sorolhatók (Highly Elliptical Orbits)  alkalmas a sarkvidéki területek lefedésére  a kis pályamagasság miatt  kisebb a szabadtéri csillapítás  kevésbé irányított antennák  kisebb késleltetés  a műholdak "vándorolnak" az égen az irányított földi antennát követő rendszerrel kell felszerelni egyetlen műhold csak bizonyos ideig látszik  több műholdra van szükség a folyamatos kommunikációhoz Közepes magasságú pálya, Medium Earth Orbit  megegyezik a LEO-val, de a pályamagasság nagyobb Telekommunikációs Rendszerek 5 Űrtávközlési rendszerek

6  Műholdpálya megválasztásának szempontjai Ellátandó terület helye és nagysága Eltűrhető szakaszcsillapítás és terjedési idő Föld árnyékában töltött idő áthidalhatósága (napelemek nem működnek) Nap-műhold együttállás okozta kiesés  Kommunikáció megszakadhat a megnövekedett termikus zaj miatt  A berendezés károsodhat a parabola felületéről reflektált hőtől Telekommunikációs Rendszerek 6 Űrtávközlési rendszerek

7  A műholdakkal szemben támasztott különleges követelmények A műhold "életének" alapvető fázisai  kilövés előtti szakasz  az üzemi jellemzők és megbízhatóság vizsgálata szimulált környezetben  kilövés és pályára állítás  hordozórakéta segítségével a műholdat alacsony elliptikus pályára állítják, majd saját rakétáival eljut a kívánt pályára  a legnagyobb igénybevételt jelentő szakasz  üzemidő  a műhold a kijelölt pályán kering, teljesíti az előírt feladatot  élettartamát a véletlen meghibásodásoktól eltekintve a korrekciós rakéták üzemanyag tartaléka  és az enrgiaellátó-rendszer elöregedése határozza meg (karbantartás nem lehetséges)  megsemmisítés  a rakéták üzemanyagának vagy az elektromos energia hiányában a műhold nem tartható tovább a kívánt pályán és helyzetben  elhagyja a kijelölt pályát  a Föld légkörébe kerülve elég vagy szükség esetén mesterségesen megsemmisítik Telekommunikációs Rendszerek 7 Űrtávközlési rendszerek

8 Kilövés  szárazföldi, tengeri kilövőállásokból vagy 7-10Km magasságban repülőgép fedélzetéről is indíthatók a rakéták  geostacionárius pályák esetén kedvezőek az Egyenlítőhöz közeli indítóállások  felbocsátható hasznos terhelés LEO esetén 1-20t, GEO esetén 0,5-10t  elsősorban a kilövésnél döntő a műhold kis tömege és térfogata Energiaellátás  akkumulátorok (NiCd, NiMH), kilövéstől a napelemek üzembe helyezéséig és a Föld árnyékban eltöltött időszakokban biztosítják az energiaellátást  napelemek, a napsugárzás intenzitása 140mW/cm 2, a napelemek hatásfoka 8-10%,   100W teljesítmény 0,7m 2 felületen nyerhető  - izótópos és nukleáris generátorok, ritkán alkalmazzák  a korlátozott energia miatt az üzem során döntő a műhold elektromos berendezéseinek jó hatásfoka Környezeti hatások  nyomás Hgmm  nincs hőleadás a környezet felé hővezetéssel  kozmikus és UV sugárzás, Van Allen övezetek  mikrometeoritok  gyorsulás, rezgés és akusztikus zaj (  140dB) a kilövésnél Telekommunikációs Rendszerek 8 Űrtávközlési rendszerek

9  Alkalmazási területek A kezdet  A Szputnyik 1957 október 4-től sugározta jeleit az űrből  kommunikáció  Az USA-ban három helyen mérték a Doppler frekvenciát és ebből meghatározták a pályát  helymeghatározás Kis bitsebességű adatátviteli rendszerek LEO műholdakkal  0,2-0,4 GHz-es sávban működő műholdak  az adatforrás fölött elhaladva veszik és tárolják az adatokat, majd a cél fölé érve kisugározzák azokat  járművek állapot és helyzet adatainak, gazdasági és kormányzati információk, meteorológiai mérési eredmények továbbítására alkalmasak  GONETS, ORBCOM, SAFIR, TEMISAT Digitális hangműsorszórás elliptikus pályás műholdakkal (DAB-S HEO)  rádióműsor és a műsorhoz kapcsolódó információ (PAD) sugárzása  adatszórás előfizetőknek  a földi DAB-T rendszerrel azonos vevőberendezések Telekommunikációs Rendszerek 9 Űrtávközlési rendszerek

10 Személyi kommunikáció LEO műholdakkal (PCS)  az Iridium műholdas mobil- és telepített telefon szolgáltatás  66 db kb. 780 Km magasságban 6 különböző síkú, 86,4°-os inklinációs szögű pályán, 100 perces periódusban keringő műholdból áll  kommunikációs lehetőséget biztosít az Iridium mobil telefonok, pagerek és telefonfülkék között, valamint csatlakozik az a földi hálózatokhoz  a műholdak közti kommunikáció a 23 GHz-es sávban történik  előfizetői készülékek - műhold kapcsolat 1,6 GHz-en QPSK modulációval, FDMA és TDMA rendszerben zajlik  a földi hálózatokhoz való csatlakozás (Gateway) 19 (downlink) és 29 GHz-en (uplink) PCM rendszerben történik  a földi hálózatba a GSM-ben használt digitális központ kapcsolja  hasonló rendszerek ICO-GS, ODYSSEY, COURIER, GLOBALSTAR Üzleti kommunikáció LEO műholdakkal (DtO)  TELEDESIC rendszer 840db 700Km magasságban keringő 20-30GHz-es sávban működő műholdból áll (21 pályasík, e=0,00118, inklináció=98°)  hasonló rendszerek az M-Star és a SATIVoD  műholdas internet kapcsolatok létrehozását szolgálja majd 1,5Gbit/s sebességgel  különösen kommunikációs eszközökkel gyengén ellátott területeket céloz meg Telekommunikációs Rendszerek 10 Űrtávközlési rendszerek

11 Tv műsorszórás geostacionárius műholdakkal  közvetlenül vehető (DtH) Tv, kísérőhang és program információ (PAD, E- Guide) átvitelére alkalmas rendszerek  egyetlen pozícióban több kopozicionált műhold helyezkedik el (SES ASTRA, EUTELSAT HOTBIRD)  egy Rf csatorna átvitelére szolgáló egység a műholdon a transzponder, sávszélessége MHz  műhold veszi a feladóállomás jeleit és frekvenciában eltolva visszasugározza őket, semmilye feldolgozás nem történik (bend pipe)  az egyes transzponderek vivőfrekvenciái a 10,7-12,75 GHz-es tartományban vannak (FDM)  egy műholdon általában transzponder működik  a transzponderekre kapcsolódó antennák horizontális- vagy vertikális polarizációval sugároznak. Az egyes transzponderek frekvenciái egy sávszélességnyivel eltolva követik egymást azonos polarizációban, a két polarizáció csatornái között pedig a sávszélesség felének megfelelő eltolás van Telekommunikációs Rendszerek 11 Űrtávközlési rendszerek

12 Analóg Tv és rádió műsorszórás  egy transzponder egy analóg színes Tv képet és a hozzá tartozó néhány kísérőhangot visz át szélessávú frekvencia modulációval  egy Tv csatorna felépítése Telekommunikációs Rendszerek 12 Űrtávközlési rendszerek 0 5MHz kép f 6,5MHz 7,02 7,20 7,38 7,56

13 Digitális Tv és rádió műsorszórás (DVB)  digitális átvitel esetén egy transzponder 30-40Mbit/s átvitelére alkalmas  a veszteséges digitális tömörítési eljárások alkalmazásával transzponderenként 5-30 Tv kép, kísérőhang és kísérő adat (PAD, E- Guide) is átvihető  a digitális rendszerek támogatják a Pay Tv (fizető csatornák) és Pay-per- View (fizess, ha nézed) megoldásokat  napjainkban véglegesítik a DVB (Digital Video Broadcasting) szabványt, mely az MPEG (Motion Picture Expert Group) Layer 2-es képfeldolgozáson alapszik  Az adó oldal felépítése Telekommunikációs Rendszerek 13 Űrtávközlési rendszerek Video encoder Audio encoder Data encoder Video encoder Audio encoder Data encoder Program multiplexer Multi- plexer Chan. Cod. Digital modulator Frequency converter uplink

14 Telekommunikációs Rendszerek 14 Űrtávközlési rendszerek  DVB vevő felépítése Downlink Rf converter (outdoor unit) Tuner QPSK demod. FEC CAM Smart Card PP Modem SCSIRS 232Tel Demux MPEG video dec. D/A MPEG audio dec. D/A Video outAudio out Mem.

15 VSAT (Very Small Aperture Terminal)  üzleti kommunikációs hálózat geostacionárius műholdakkal, ISBN (Integrated Satellite Business Networks)  a VSAT rendszer fő elemei  a felhasználó központi számítógépe vagy hálózata (Host)  összekötettés (Backhaul) a Host és a Vsat szolgáltató központi műholdas beadóállomása (Hub) között (lehet földi vagy műholdas)  a VSAT szolgáltató központi rendszere (Hub)  VSAT állomás a felhasználó távoli telephelyén, csatlakozás a helyi számítógép-hálózathoz  vezérlő és felügyeleti rendszer  az egyes felhasználók időosztásban (TDMA) veszik igénybe a műhold és a Hub kapacitását  a Hub - Vsat irányban (outroute) az átviteli sebesség n×512 kbps  a Vsat-Hub irányban (inroute) az átviteli sebesség k×128 kbps  a Hub antennája egy 6-8m átmérőjű parabola, a teljes elektronika melegtartalékolt, a megbízhatósága >99,5%  egy Hub terminál kezelésére alkalmas  Vsat PES (Personal Earth Station) antennája 1,2-1,8m átmérőjű, adóteljesítménye 1-2W, telepítése egyszerű, ára nem túl magas Telekommunikációs Rendszerek 15 Űrtávközlési rendszerek

16 VSAT rendszer felépítése Telekommunikációs Rendszerek 16 Űrtávközlési rendszerek

17  ÁLTALÁNOS ÁTTEKINTÉS Telekommunikációs Rendszerek 17 Mobil Kommunikáció Land Mobile Network (LMN) Jellemzők DLMNPLMN NMTGSM Frekvencia sáv 27MHz;150MHz; 450MHz 900MHz;1800MHz Átvitel jellege Analóg Digitális/kódolt Simplex/DuplexFull duplex Mod. RendszerAM; NB-FMNB-FMGMSK Külső kapcsolatZárt (korlátozott)Nyitott (Országos)Nyitott (Nemzetközi) Hívás/hívhatóságEgyedi megoldásokTF jellegű KöltségekSaját fenntartásSzolgáltató/szla.Szolgáltató/szla TitkosításNincs Teljes

18  CELLÁS RENDSZEREK Kezdetben drága, járműbe szerelt készülékek  luxus szolgáltatás, ma tömegtermék, első rendszerek a II. Világháború után épültek Korai mobil rádió rendszerek egyetlen, kedvező földrajzi helyen kialakított adóvevő állomáson alapultak Probléma:  a rendszer szolgáltatási területe a bázisállomás ellátási területére korlátozódott  a rendelkezésre álló frekvencia tartomány korlátozott Megoldás:  nagy számú bázisállomás telepítése  nagy forgalomsűrűség, nagy kiterjedésű területen lehetséges  kis teljesítményű mobil állomások  a rádió erőforrások újra felhasználása (az egy adott cellában felhasznált frekvenciák újra felhasználhatók néhány cellával távolabb) Telekommunikációs Rendszerek 18 Mobil Kommunikáció

19 A mobil rádiórendszerek az alábbi kategóriákba sorolhatóak:  A Diszpécser (Zártcélú) Földi Mobil Hálózatok (DLMN)  Főként magán hálózatok  A kommunikáció a bázisállomások és mobilok csoportjai között  Beszéd (szimplex) és adat szolgáltatás lehetséges  Különálló rendszerek, egy vállalat távközlési igényeit elégítik ki  Korlátozott hozzáférés a PSTN vagy PLMN-ek irányában (alközpontok jellegű funkciók)  A legismertebb DLMN-ek az MDTS, az MPT 1327, a TETRA és a különféle zárt célú és nyilvános mobil adathálózatok. Telekommunikációs Rendszerek 19 Mobil Kommunikáció

20  Nyilvános Földi Mobil Hálózatok (PLMN-ek)  Architektúrájuk a cellás ellátáson alapszik  A szolgáltatási területet a föld feletti hullámterjedés tulajdonságainak figyelembe vételével kialakított cellákal fedik le  Fejlett távközlési szolgáltatásokat nyújtanak, hozzáférést adnak a PSTN és más PLMN rendszerekhez  Ilyen rendszerek az AMPS, TACS, NMT, GSM, DCS, stb.  A DECT és a zsinór nélküli telefon rendszerek ugyancsak ebbe a kategóriába számítanak, habár ezek tulajdonképpen olyan globális rendszerekhez szolgáltatnak helyi hozzáférést, mint a PSTN vagy PLMN. Telekommunikációs Rendszerek 20 Mobil Kommunikáció

21 G lobal S ystem for M obile communications  GSM: G lobal S ystem for M obile communications Globális mobil rendszer Cellás felépítésű hálózat Digitális átviteltechnikát alkalmaz, a beszéd és adatátvitel digitális feldolgozása nagyrészt szoftveresen történik  GIGANTIC SOFTWARE MONSTER Fejlett beszédfeldolgozó eljárások alkalmazása  Hullámforma kódolás, VOCODER,HYBRID, RPE-LTP-LPC TDMA-FDMA Szolgáltatásai:  Beszéd átvitel  ADAT/FAX  SMS; Short Message Services (Rövid szöveges üzenetek)  SMS CB; SMS Cell Broadcast (Adókörzeti információ)  VoIP; Voice over Internet Protocol; Beszédátvitel interneten  WAP; Wireless Access Protocol; Internet hozzáférés vezetéknélküli rendszerekben Telekommunikációs Rendszerek 21 Mobil Kommunikáció

22 Telekommunikációs Rendszerek 22 Mobil Kommunikáció

23  A GSM elemei: HLR; Home Location Register; Honos előfizetői adatbázis  Egy vagy több van belőle  Az előfizetők adatait tárolja  IMSI (International Mobile Subscriber Identity)  MSISDN (Mobile Subscriber ISDN number)  A mobil pillanatnyi helyzete (MSC address)  Az alapvető telekommunikációs szolgáltatások leírása  Korlátozások (pl. roaming korlátozás)  Kiegészítő szolgáltatások Telekommunikációs Rendszerek 23 Mobil Kommunikáció

24 VLR; Visitor Location Register; Vendég előfizetői adatbázis  VLR ellenőrzi a vendég felhasználókat (roaming)  A VLR-be a mobil alábbi adatai kerülnek:  IMSI  MSISDN  Location area code (a mobil eredeti regisztrálási helyének kódja)  Az alapvető telekommunikációs szolgáltatások leírása  Kiegészítő szolgáltatások Telekommunikációs Rendszerek 24 Mobil Kommunikáció

25 MSC; Mobile-services Switching Centre; Mobil kapcsoló központ  A mobilok közti kapcsolási funkciókat biztosítja a szolgáltatási területén  MSC speciális funkció:  Mobilok helymeghatározása  Hand-over GMSC; Gateway MSC; Átjáró kapcsoló központ  Külső hálózatból bejövő hívás esetén felveszi a kapcsolatot a HLR- rel és a hívást a megfelelő MSC felé irányítja Telekommunikációs Rendszerek 25 Mobil Kommunikáció

26 EIR; Equipment Identity Register; Mobil készülék azonosító regiszter  a mobil készülékek adatait tárolja és csoportokba sorolja őket  Fehér lista; minden legyártott készülék ide kerül  Szürke lista, megfigyelt készülékek (üzemzavar, lopás gyanú)  Fekete lista(hibás vagy lopott készülék)  Ismeretlen AuC; Authentication Centre; Azonosító adatbázis  Az előfizető IMSI és Ki számait tartalmazza  Előállítja az azonosításhoz és a titkosításhoz szükséges kódokat Telekommunikációs Rendszerek 26 Mobil Kommunikáció

27 BSS; Base Station Subsistem; Bázisállomás alrendszer  BSC; Base Station Controller; Bázisállomás vezérlő  A bizásállomások egy csoportját a BSC vezérli  BSC feladata pl. a handover kezelése  BTS; Base Transceiver Station; Bázisállomás  A PLMN-et alkotó szomszédos cellák lefedik a teljes szolgáltatási területet Telekommunikációs Rendszerek 27 Mobil Kommunikáció

28  A BTS felépítése –egyetlen körsugárzó cella –Két adás- és vételi frekvencia Telekommunikációs Rendszerek 28 Mobil Kommunikáció Antenna 1 Antenna 2 TX/RX RX RX splitter RX F 1 RX F 2 TX combiner TX F 2 TX F 1

29  A Mobil és BTS rádiókapcsolata –Összetett hullámterjedési modellek szükségesek Két-, és több utas terjedés, Diffrakció, reflexiók –Diversity eljárások –A jelentős interferencia zavar miatt C/N helyett C/I értékkel számolunk –A kétutas terjedés jellemzőit figyelembe véve –A rádiórendszer teljesítmény egyensúlya –P mobile =2W=33dBm, L combiner =4dB,  S=4dB  P TRX =41dBm Telekommunikációs Rendszerek 29 Mobil Kommunikáció

30 MS; Mobile station; A mobil készülék Telekommunikációs Rendszerek 30 Mobil Kommunikáció

31  Beszédfeldolgozás a mobil készülékben Telekommunikációs Rendszerek 31 Mobil Kommunikáció

32  A GSM azonosítók MSISDN Mobile Station ISDN Number = CC + NDC + SN  CC = Country Code36  NDC = National Destination Code30  SN = Subscriber Number IMSI International Mobile Subscriber Identity=MCC + MNC + MSIN  MCC = Mobile Country Code216  MNC = Mobile Network Code30  MSIN = Mobile Station Identification Number Telekommunikációs Rendszerek 32 Mobil Kommunikáció CCNDCSN National mobile number Mobile Station ISDN number MCCMNCMSIN National MSI IMSI 3 digits2 digits Maximum 15 digits

33  IMEI International Mobile Equipment Identity = TAC + FAC + SNR + (SP), CD TAC = Type Approval Code FAC = Final Assembly Code SNR = Serial Number SP = Spare Digit CD = Check Digit Telekommunikációs Rendszerek 33 Mobil Kommunikáció TACFACSNR IMEI 15 digits CD 6 digits2 digits6 digits1 digit

34  FDMA és TDMA alkalmazása a GSM rendszerben Ugyanaz a vivőfrekvencia más-más cellákban újra felhasználásra kerül Egy vivőfrekvenciát több mobil készülék is használ időrésekre osztva Telekommunikációs Rendszerek 34 Mobil Kommunikáció TCh CCh

35  A csatornakiosztás alapjai 890 MHz MHz (mobil adás) 935 MHz MHz (bázis állomás adás) 124 csatorna, 200 kHz sávszélesség/csatorna Minden Rf vivőfrekvencia és időrés különböző célokra használható Fizikai-Logikai csatornák hozzárendelése Fontosabb logikai csatornák:  BCCH; Broadcast Control Channel  Az adott hálózat és cella, illetve a szomszédos cellák adatait sugárzó csatorna  FCCH; Frequency Correction Channel  A mobil készülék frekvencia szinkronizálását segítő csatorna  SCH; Synchronization Channel  A mobil készülék keret szinkronizálását segítő csatorna Telekommunikációs Rendszerek 35 Mobil Kommunikáció

36  CCCH; Common Control Channel  Vezérlő csatorna  TCH; Traffic Channel  Az adott beszélgetést hordozó csatorna, forgalmi csatorna  SACCH; FACCH; Slow Associated Control Channel; Fast Associated Control Channel  A forgalmi csatornákhoz rendelt vezérlőcsatornák  DCCH Dedicated Control Channel  Pl. a hívásfelépítéshez kapcsolódó forgalmat biztosító csatorna Telekommunikációs Rendszerek 36 Mobil Kommunikáció


Letölteni ppt "Telekommunikációs rendszerek Alkalmazások előadás anyag Készítette: Dr Taszner István Miskolci Egyetem Villamosmérnöki Intézet Automatizálási Tanszék 2000."

Hasonló előadás


Google Hirdetések