Title: Telekommunik
1Telekommunikációs rendszerek Alkalmazások
eloadás anyag
Miskolci Egyetem Villamosmérnöki
Intézet Automatizálási Tanszék
Készítette Dr Taszner István
2000
2Telekommunikációs Rendszerek 2Urtávközlési
rendszerek
- Alapveto fogalmak
- Muholdpályák
- a muhold pályára állítása után hajtómuvek nélkül,
a gravitációs hatásoknak megfeleloen kering a
Föld körül (ld. gravitációs és Kepler törvények) - általános esetben a pálya egy síkban elhelyezkedo
ellipszis, melynek egyik fókuszpontjában a Föld
van - Rf 6378 Km a Föld sugara, a és b az ellipszis
féltengelyei - a pálya földközeli pontja a Perigeum, Földtol
legtávolabbi pontja az Apogeum - a pálya magassága
- speciális esetben a pálya kör alakú
- a pálya síkja az Egyenlítovel különbözo szögeket
zárhat be
3Telekommunikációs Rendszerek 3Urtávközlési
rendszerek
- Muholdpályák megválasztásának szempontjai
- lefedési terület a Föld felszínének mely
területérol lesz látható a muhold alkalmas
emelkedési (elevációs) szögben - Pályamagasság (h) a pillanatnyi pályasugárból
(r), számítható az excentritás (e)
felhasználásával, a szakaszcsillapítást és a
terjedési idot befolyásolja
4Telekommunikációs Rendszerek 4Urtávközlési
rendszerek
- Általánosan használt pályatípusok
- Geostacionárius pálya, Geostationary Earth Orbit
(GEO) - a muhold a földi megfigyelo pontból nézve állni
látszik - keringési ideje megegyezik a Föld
forgási idejével ? fixen irányított antennákkal
veheto - kör alakú egyenlítoi pálya, magassága h35784 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-muhold-Föld)
- nagy szakaszcsillapítás (10 GHz-en 204 dB) ?
nagy nyereségu antenna, nagy adóteljesítmény,
kiszajú vevoegység szükséges
5Telekommunikációs Rendszerek 5Urtávközlési
rendszerek
- Alacsony pálya, Low Earth Orbit (LEO)
- általános helyzetu (inklinációs szögu) és
excentritású pálya - az átlagos pályamagasság 500-5000Km
- 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 muholdak "vándorolnak" az égen
- az irányított földi antennát követo rendszerrel
kell felszerelni - egyetlen muhold csak bizonyos ideig látszik ?
több muholdra van szükség a folyamatos
kommunikációhoz - Közepes magasságú pálya, Medium Earth Orbit
- megegyezik a LEO-val, de a pályamagasság nagyobb
6Telekommunikációs Rendszerek 6Urtávközlési
rendszerek
- Muholdpálya megválasztásának szempontjai
- Ellátandó terület helye és nagysága
- Elturheto szakaszcsillapítás és terjedési ido
- Föld árnyékában töltött ido áthidalhatósága
(napelemek nem muködnek) - Nap-muhold együttállás okozta kiesés
- Kommunikáció megszakadhat a megnövekedett
termikus zaj miatt - A berendezés károsodhat a parabola felületérol
reflektált hotol
7Telekommunikációs Rendszerek 7Urtávközlési
rendszerek
- A muholdakkal szemben támasztott különleges
követelmények - A muhold "életének" alapveto fázisai
- kilövés elotti szakasz
- az üzemi jellemzok és megbízhatóság vizsgálata
szimulált környezetben - kilövés és pályára állítás
- hordozórakéta segítségével a muholdat alacsony
elliptikus pályára állítják, majd saját
rakétáival eljut a kívánt pályára - a legnagyobb igénybevételt jelento szakasz
- üzemido
- a muhold a kijelölt pályán kering, teljesíti az
eloírt 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 muhold nem tartható tovább a
kívánt pályán és helyzetben ?elhagyja a kijelölt
pályát ? a Föld légkörébe kerülve elég vagy
szükség esetén mesterségesen megsemmisítik
8Telekommunikációs Rendszerek 8Urtávközlési
rendszerek
- Kilövés
- szárazföldi, tengeri kilövoállásokból vagy 7-10Km
magasságban repülogép fedélzetérol is indíthatók
a rakéták - geostacionárius pályák esetén kedvezoek az
Egyenlítohöz közeli indítóállások - felbocsátható hasznos terhelés LEO esetén 1-20t,
GEO esetén 0,5-10t - elsosorban a kilövésnél dönto a muhold kis tömege
és térfogata - Energiaellátás
- akkumulátorok (NiCd, NiMH), kilövéstol a
napelemek üzembe helyezéséig és a Föld árnyékban
eltöltött idoszakokban biztosítják az
energiaellátást - napelemek, a napsugárzás intenzitása 140mW/cm2, a
napelemek hatásfoka 8-10,? ?100W teljesítmény
0,7m2 felületen nyerheto - - izótópos és nukleáris generátorok, ritkán
alkalmazzák - a korlátozott energia miatt az üzem során dönto a
muhold elektromos berendezéseinek jó hatásfoka - Környezeti hatások
- nyomás 10-6-10-15Hgmm
- nincs holeadás a környezet felé hovezetéssel
- kozmikus és UV sugárzás, Van Allen övezetek
- mikrometeoritok
- gyorsulás, rezgés és akusztikus zaj (?140dB) a
kilövésnél
9Telekommunikációs Rendszerek 9Urtávközlési
rendszerek
- Alkalmazási területek
- A kezdet
- A Szputnyik 1957 október 4-tol sugározta jeleit
az urbol ? kommunikáció - Az USA-ban három helyen mérték a Doppler
frekvenciát és ebbol meghatározták a pályát ?
helymeghatározás - Kis bitsebességu adatátviteli rendszerek LEO
muholdakkal - 0,2-0,4 GHz-es sávban muködo muholdak
- az adatforrás fölött elhaladva veszik és tárolják
az adatokat, majd a cél fölé érve kisugározzák
azokat - jármuvek állapot és helyzet adatainak, gazdasági
és kormányzati információk, meteorológiai mérési
eredmények továbbítására alkalmasak - GONETS, ORBCOM, SAFIR, TEMISAT
- Digitális hangmusorszórás elliptikus pályás
muholdakkal (DAB-S HEO) - rádiómusor és a musorhoz kapcsolódó információ
(PAD) sugárzása - adatszórás elofizetoknek
- a földi DAB-T rendszerrel azonos vevoberendezések
10Telekommunikációs Rendszerek 10Urtávközlési
rendszerek
- Személyi kommunikáció LEO muholdakkal (PCS)
- az Iridium muholdas mobil- és telepített telefon
szolgáltatás - 66 db kb. 780 Km magasságban 6 különbözo síkú,
86,4-os inklinációs szögu pályán, 100 perces
periódusban keringo muholdból áll - kommunikációs lehetoséget biztosít az Iridium
mobil telefonok, pagerek és telefonfülkék között,
valamint csatlakozik az a földi hálózatokhoz - a muholdak közti kommunikáció a 23 GHz-es sávban
történik - elofizetoi készülékek - muhold 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 muholdakkal (DtO)
- TELEDESIC rendszer 840db 700Km magasságban
keringo 20-30GHz-es sávban muködo muholdból áll
(21 pályasík, e0,00118, inklináció98) - hasonló rendszerek az M-Star és a SATIVoD
- muholdas internet kapcsolatok létrehozását
szolgálja majd 1,5Gbit/s sebességgel - különösen kommunikációs eszközökkel gyengén
ellátott területeket céloz meg
11Telekommunikációs Rendszerek 11Urtávközlési
rendszerek
- Tv musorszórás geostacionárius muholdakkal
- közvetlenül veheto (DtH) Tv, kísérohang és
program információ (PAD, E-Guide) átvitelére
alkalmas rendszerek - egyetlen pozícióban több kopozicionált muhold
helyezkedik el (SES ASTRA, EUTELSAT HOTBIRD) - egy Rf csatorna átvitelére szolgáló egység a
muholdon a transzponder, sávszélessége 18-72 MHz - muhold veszi a feladóállomás jeleit és
frekvenciában eltolva visszasugározza oket,
semmilye feldolgozás nem történik (bend pipe) - az egyes transzponderek vivofrekvenciái a
10,7-12,75 GHz-es tartományban vannak (FDM) - egy muholdon általában 16-24 transzponder muködik
- 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
megfelelo eltolás van
12Telekommunikációs Rendszerek 12Urtávközlési
rendszerek
- Analóg Tv és rádió musorszórás
- egy transzponder egy analóg színes Tv képet és a
hozzá tartozó néhány kísérohangot visz át
szélessávú frekvencia modulációval - egy Tv csatorna felépítése
13Telekommunikációs Rendszerek 13Urtávközlési
rendszerek
- Digitális Tv és rádió musorszórás (DVB)
- digitális átvitel esetén egy transzponder
30-40Mbit/s átvitelére alkalmas - a veszteséges digitális tömörítési eljárások
alkalmazásával transzponderenként 5-30 Tv kép,
kísérohang és kíséro adat (PAD, E-Guide) is
átviheto - a digitális rendszerek támogatják a Pay Tv
(fizeto 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
14Telekommunikációs Rendszerek 14Urtávközlési
rendszerek
15Telekommunikációs Rendszerek 15Urtávközlési
rendszerek
- VSAT (Very Small Aperture Terminal)
- üzleti kommunikációs hálózat geostacionárius
muholdakkal, ISBN (Integrated Satellite Business
Networks) - a VSAT rendszer fo elemei
- a felhasználó központi számítógépe vagy hálózata
(Host) - összekötettés (Backhaul) a Host és a Vsat
szolgáltató központi muholdas beadóállomása (Hub)
között (lehet földi vagy muholdas) - a VSAT szolgáltató központi rendszere (Hub)
- VSAT állomás a felhasználó távoli telephelyén,
csatlakozás a helyiszámítógép-hálózathoz - vezérlo és felügyeleti rendszer
- az egyes felhasználók idoosztásban (TDMA) veszik
igénybe a muhold és a Hub kapacitását - a Hub - Vsat irányban (outroute) az átviteli
sebesség n512 kbps - a Vsat-Hub irányban (inroute) az átviteli
sebesség k128 kbps - a Hub antennája egy 6-8m átméroju parabola, a
teljes elektronika melegtartalékolt, a
megbízhatósága gt99,5 - egy Hub 64000 terminál kezelésére alkalmas
- Vsat PES (Personal Earth Station) antennája
1,2-1,8m átméroju, adóteljesítménye 1-2W,
telepítése egyszeru, ára nem túl magas
16Telekommunikációs Rendszerek 16Urtávközlési
rendszerek
17Telekommunikációs Rendszerek 17Mobil Kommunikáció
Land Mobile Network (LMN) Land Mobile Network (LMN) Land Mobile Network (LMN) Land Mobile Network (LMN)
Jellemzok DLMN PLMN PLMN
Jellemzok NMT GSM
Frekvencia sáv 27MHz150MHz 450MHz 450MHz 900MHz1800MHz
Átvitel jellege Analóg Analóg Digitális/kódolt
Átvitel jellege Simplex/Duplex Full duplex Full duplex
Mod. Rendszer AM NB-FM NB-FM GMSK
Külso kapcsolat Zárt (korlátozott) Nyitott (Országos) Nyitott (Nemzetközi)
Hívás/hívhatóság Egyedi megoldások TF jellegu TF jellegu
Költségek Saját fenntartás Szolgáltató/szla. Szolgáltató/szla
Titkosítás Nincs Nincs Teljes
18Telekommunikációs Rendszerek 18Mobil Kommunikáció
- CELLÁS RENDSZEREK
- Kezdetben drága, jármube szerelt készülékek ?
luxus szolgáltatás, ma tömegtermék, elso
rendszerek a II. Világháború után épültek - Korai mobil rádió rendszerek egyetlen, kedvezo
földrajzi helyen kialakított adóvevo állomáson
alapultak - Probléma
- a rendszer szolgáltatási területe a bázisállomás
ellátási területére korlátozódott - a rendelkezésre álló frekvencia tartomány
korlátozott - Megoldás
- nagy számú bázisállomás telepítése
- nagy forgalomsuruség, nagy kiterjedésu területen
lehetséges - kis teljesítményu mobil állomások
- a rádió eroforrások újra felhasználása (az egy
adott cellában felhasznált frekvenciák újra
felhasználhatók néhány cellával távolabb)
19Telekommunikációs Rendszerek 19Mobil Kommunikáció
- A mobil rádiórendszerek az alábbi kategóriákba
sorolhatóak - A Diszpécser (Zártcélú) Földi Mobil Hálózatok
(DLMN) - Foként 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 jellegu funkciók) - A legismertebb DLMN-ek az MDTS, az MPT 1327, a
TETRA és a különféle zárt célú és nyilvános mobil
adathálózatok.
20Telekommunikációs Rendszerek 20Mobil Kommunikáció
- 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.
21Telekommunikációs Rendszerek 21Mobil Kommunikáció
- GSM Global System for Mobile
communications - Globális mobil rendszer
- Cellás felépítésu 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
22Telekommunikációs Rendszerek 22Mobil Kommunikáció
23Telekommunikációs Rendszerek 23Mobil Kommunikáció
- A GSM elemei
- HLR Home Location Register Honos elofizetoi
adatbázis - Egy vagy több van belole
- Az elofizetok adatait tárolja
- IMSI (International Mobile Subscriber Identity)
- MSISDN (Mobile Subscriber ISDN number)
- A mobil pillanatnyi helyzete (MSC address)
- Az alapveto telekommunikációs szolgáltatások
leírása - Korlátozások (pl. roaming korlátozás)
- Kiegészíto szolgáltatások
24Telekommunikációs Rendszerek 24Mobil Kommunikáció
- VLR Visitor Location Register Vendég elofizetoi
adatbázis - VLR ellenorzi a vendég felhasználókat (roaming)
- A VLR-be a mobil alábbi adatai kerülnek
- IMSI
- MSISDN
- Location area code (a mobil eredeti regisztrálási
helyének kódja) - Az alapveto telekommunikációs szolgáltatások
leírása - Kiegészíto szolgáltatások
25Telekommunikációs Rendszerek 25Mobil Kommunikáció
- 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
- Külso hálózatból bejövo hívás esetén felveszi a
kapcsolatot a HLR-rel és a hívást a megfelelo MSC
felé irányítja
26Telekommunikációs Rendszerek 26Mobil Kommunikáció
- EIR Equipment Identity Register Mobil készülék
azonosító regiszter - a mobil készülékek adatait tárolja és csoportokba
sorolja oket - 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 elofizeto IMSI és Ki számait tartalmazza
- Eloállítja az azonosításhoz és a titkosításhoz
szükséges kódokat
27Telekommunikációs Rendszerek 27Mobil Kommunikáció
- BSS Base Station Subsistem Bázisállomás
alrendszer - BSC Base Station Controller Bázisállomás
vezérlo - 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
28Telekommunikációs Rendszerek 28Mobil Kommunikáció
- A BTS felépítése
- egyetlen körsugárzó cella
- Két adás- és vételi frekvencia
Antenna1
Antenna2
TX/RX
RX
RX F1
RX F2
RX splitter
RX splitter
TX F1
TX/RX
TX combiner
TX F2
29Telekommunikációs Rendszerek 29Mobil Kommunikáció
- A Mobil és BTS rádiókapcsolata
- Összetett hullámterjedési modellek szükségesek
- Két-, és több utas terjedés, Diffrakció,
reflexiók - Diversity eljárások
- A jelentos interferencia zavar miatt C/N helyett
C/I értékkel számolunk - A kétutas terjedés jellemzoit figyelembe véve
- A rádiórendszer teljesítmény egyensúlya
- Pmobile2W33dBm, Lcombiner4dB, ?S4dB ?
PTRX41dBm
30Telekommunikációs Rendszerek 30Mobil Kommunikáció
- MS Mobile station A mobil készülék
31Telekommunikációs Rendszerek 31Mobil Kommunikáció
- Beszédfeldolgozás a mobil készülékben
32Telekommunikációs Rendszerek 32Mobil Kommunikáció
- A GSM azonosítók
- MSISDN Mobile Station ISDN Number CC NDC SN
- CC Country Code 36
- NDC National Destination Code 30
- SN Subscriber Number
- IMSI International Mobile Subscriber IdentityMCC
MNC MSIN - MCC Mobile Country Code 216
- MNC Mobile Network Code 30
- MSIN Mobile Station Identification
Number 1234567890
33Telekommunikációs Rendszerek 33Mobil Kommunikáció
- 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
34Telekommunikációs Rendszerek 34Mobil Kommunikáció
- FDMA és TDMA alkalmazása a GSM rendszerben
- Ugyanaz a vivofrekvencia más-más cellákban újra
felhasználásra kerül - Egy vivofrekvenciát több mobil készülék is
használ idorésekre osztva
35Telekommunikációs Rendszerek 35Mobil Kommunikáció
- A csatornakiosztás alapjai
- 890 MHz - 915 MHz (mobil adás)
- 935 MHz - 960 MHz (bázis állomás adás)
- 124 csatorna, 200 kHz sávszélesség/csatorna
- Minden Rf vivofrekvencia és idorés különbözo
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
segíto csatorna - SCH Synchronization Channel
- A mobil készülék keret szinkronizálását segíto
csatorna
36Telekommunikációs Rendszerek 36Mobil Kommunikáció
- CCCH Common Control Channel
- Vezérlo 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 vezérlocsatornák
- DCCH Dedicated Control Channel
- Pl. a hívásfelépítéshez kapcsolódó forgalmat
biztosító csatorna