Telekommunik

1
Telekommunikációs rendszerek Alkalmazások
eloadás anyag
Miskolci Egyetem Villamosmérnöki
Intézet Automatizálási Tanszék
Készítette Dr Taszner István
2000
2
Telekommunikációs 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

3
Telekommunikációs 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

4
Telekommunikációs 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

5
Telekommunikációs 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

6
Telekommunikációs 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

7
Telekommunikációs 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

8
Telekommunikációs 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

9
Telekommunikációs 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

10
Telekommunikációs 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

11
Telekommunikációs 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

12
Telekommunikációs 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

13
Telekommunikációs 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

14
Telekommunikációs Rendszerek 14Urtávközlési
rendszerek
15
Telekommunikációs 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

16
Telekommunikációs Rendszerek 16Urtávközlési
rendszerek

• VSAT rendszer felépítése

17
Telekommunikációs Rendszerek 17Mobil Kommunikáció

• ÁLTALÁNOS ÁTTEKINTÉS

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
18
Telekommunikációs 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)

19
Telekommunikációs 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.

20
Telekommunikációs 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.

21
Telekommunikációs 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

22
Telekommunikációs Rendszerek 22Mobil Kommunikáció
23
Telekommunikációs 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

24
Telekommunikációs 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

25
Telekommunikációs 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

26
Telekommunikációs 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

27
Telekommunikációs 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

28
Telekommunikációs 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
29
Telekommunikációs 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

30
Telekommunikációs Rendszerek 30Mobil Kommunikáció

• MS Mobile station A mobil készülék

31
Telekommunikációs Rendszerek 31Mobil Kommunikáció

• Beszédfeldolgozás a mobil készülékben

32
Telekommunikációs 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

33
Telekommunikációs 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

34
Telekommunikációs 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

35
Telekommunikációs 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

36
Telekommunikációs 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