Tavkozlestechnika_maros_alapok

Report
Távközléstechnika
A tantárgy felelős oktatója: Maros Dóra
Elmélet: 39 óra
Oktatók:
Maros Dóra, docens: bevezetés, alapfogalmak (6 óra)
Gudra Tibor, óraadó: hálózati ismeretek (12 óra)
Antók Péter, óraadó: optikai hálózatok (3 óra)
Lukács György, óraadó: rádiós átvitel (6 óra)
Gyányi Sándor, adjunktus: IP (9 óra)
Kármán József, óraadó: hálózatmenedzsment (3 óra)
ZH: 2 óra
Specifikációk,
szabványok és
testületek
Szabályozási
szervezetek
Szabványosítási szervezetek
Világszervezetek:
International Electrotechnical
Commission
International Telecommunication
Union
International Organization for
Standardization
Európai szervezetek:
Comité Européen
de Normalisation Électrotechnique;
European Telecommunications
Standards Institute
Szakmai szervezetek
Institute of Electrical
and Electronics
Engineers
International Federation
for Information
Processing
Internet Engineering
Task Force
Nemzetközi Távközlési Únió
(www.itu.int)
Az ENSZ keretein belül működő szervezet, amely nemzetközi
szinten szabályozza a távközlési és informatikai rendszerek
egységes működését, összekapcsolhatósági feltételeit.
193 ország tagja az ITU-nak
A szabályozások létrehozásában több mint 700 akadémiai
(egyetemek) és ipari szereplő is részt vesz.
A világ legnagyobb ICT (Information and Communication
Technologies) szabályozási szervezete
Nemzetközi Távközlési Únió
International Telecommunication
Union
Szektorok:
ITU-R: Rádiókommunikációs szektor
ITU-T: Távközlés szabályozási szektor
ITU-D: Távközlés fejlesztési szektor
https://www.youtube.com/watch?v=S_BCkvTM4wk
Nemzetközi Távközlési Únió
ITU-R
Fő feladatai:
•Rádiós spektrum menedzselése, harmonizálása,
globális szabályozása és felügyelete (földi, tengeri, űr)
•Műholdas kommunikáció, műholdak működésének
szabályozása és felügyelete
Területek: fix és mobil telekommunikáció, műsorszórás, GPS,
amatőr rádiózás, űrkutatás, meteorológia, veszélyhelyzeti
kommunikáció, környezetvédelmi megfigyelések
Nemzetközi Távközlési Únió
ITU-T
Fő feladatai:
•Nemzetközi szabályozások (ITU-T Recommendations)
megalkotása a telekommunikáció minden érintett
területére.
•Hálózatok interoperabilitásának (átjárhatóság,
együttműködés) biztosítása közös szabályozási
környezetre alapulva
Területek: hang- (beszéd), audio-, video-, adatátvitel
(kódolási eljárások, átviteli megoldások és protokollok)
Nemzetközi Távközlési Únió
ITU-D
Fő feladatai:
•A z ICT szempontjából elmaradott térségek (fejlődő
országok) felzárkóztatása, technológiák, hálózatok
fejlesztése, szakemberek képzése
•Veszélyhelyzeti kommunikáció (előrejelzés, riasztás,
tájékoztatás, mentés)
•Környezetvédelem, klímaváltozás, fenntartható
fejlődés (energiafogyasztás, káros anyagok,
újrahasznosítás)
Nemzetközi Távközlési Únió
Study Groups (SG)
ITU-R
ITU-T (2013-2016)
Nemzetközi Távközlési Únió
ITU-T
ITU-T Recommendations: normatív ajánlások vagy
dokumentumok (több mint 4000)
Nem kötelező, csak akkor ha az a nemzeti
szabályozásokban megjelenik
Nem normatív dokumentumok:
Technical papers (SG-ok által összeállított anyagok,
tanulmányok stb.)
Kézikönyvek: Handbooks (hálózattervezés, szolgáltatás
minőség, elektromágneses zavarok, tesztek, stb.)
Most nézzünk bele: www.itu.int
European Telecommunications
Standards Institute
Európai Távközlési
Szabványosítási Intézet
(www.etsi.org)
Európai Unió alá tartozó szabványosítási szervezet
ICT-hez kapcsolódó szabványokat hoz létre, amelyek
nem csak európai országokban érvényesek (pl.GSM)
Non-profit szervezet, 5 kontinens, 63 ország, 750
különböző szervezete vesz részt a szabványosításban
ETSI tagok
(www.etsi.org)
Nemzeti Média és Hírközlési Hatóság
European Telecommunications
Standards Institute
ETSI tevékenységek
(www.etsi.org)
Műszaki specifikációk és szabványok
Ipari és európai szabályozások
Tesztelési eljárások (berendezés és hálózat)
Interoperábilitás teszt eljárások
ETSI dokumentumok fajtái
European Telecommunications
Standards Institute
European Standard (EN) – Európában használatos
szabványok, amelyek az Európai Bizottsággal (European
Commission EC) való együttműködéssel jön létre, és
amelyeket a nemzeti szabványosítási szervezetek is
elfogadnak.
ETSI Standard (ES) – Szabványok részletes technikai
leírásokkal
ETSI Guide (EG) – Általános ETSI segédanyagok a műszaki
szabványok létrehozása, nyilvántartása és kiadása
kapcsán. Minden ETSI tag részére azonos alapelvek.
ETSI dokumentumok fajtái
European Telecommunications
Standards Institute
ETSI Technical Specification (TS) – Rövid
technikai leírások gyors használatra
ETSI Technical Report (TR): Műszaki
dokumentumokhoz kapcsolódó kisegítő
anyagok (magyarázatok, alkalmazás stb.)
ETSI Special Report (SR) – Különböző célú és
tartalmú jelentések, leírások, állásfoglalások
ETSI Group Specification (GS) – Egy adott
munkacsoport által ajánlott specifikáció
European Telecommunications
Standards Institute
ETSI szabványok keresése,
letöltése
Fontos!
Ha technikai specifikációkra vagyunk kíváncsiak MINDIG
HITELES FORRÁSOKBÓL DOLGOZZUNK!
Azaz vegyük elő az eredeti szabványokat, amelyek
ingyenesen letölthetők a szabványosítási szervezetek
honlapjairól!
Nézzünk néhány példát: www.etsi.org
ETSI Clusterek
European Telecommunications
Standards Institute
Így is kereshetünk!
Válasszunk egy
Clustert és ott
megtalálunk
minden
szükséges
dokumentációt!
Third Generaton Partnership Project
Technikai
bizottságok
3GPP
speciálisan
mobil
szabványokkal
foglalkozik
3GPP a mobil szabványosítás
fellegvára
Tagjai (6 szabványosítási szervezet):
A 3GPP által létrehozott specifikációkat az ETSI szabványként
fogadja el!
www.3gpp.org
A mobil szabványokat inkább itt keressük!
3GPP specifikációk struktúrája,
számozása
A specifikációk időben un. RELEASE-ekben kerülnek kiadásra.
Az első a R99 volt, amely kb. 2000-ben került kibocsátásra !
Utána: R4…..R12 (nézzünk egy példát!)
Internet Engineering
Task Force
www.ietf.org
Szlogen: „The goal of the IETF is to make the Internet
work better”
Internet szabványok létrehozására alakult nemzetközi
szervezet, mérnökökből áll.
Technikai megoldások kidolgozása a különböző hálózatok
interneten keresztüli kommunikációjának összehangolására
Tagjai önkéntesek, bárki csatlakozhat.
Szoros együttműködésben az Internet Society-vel
Szabványok un. Request for Comments (RFC)
dokumentumokban
IETF WG-k
www.ietf.org
Working Group-ok (WG) egyes speciális területeken dolgoznak
IETF RFC-k
www.ietf.org
Eye-triple-E
Institute of Electrical
and Electronics
Engineers
www.ieee.org
•A világ legnagyobb műszaki-tudományos egyesülete
•A területen a legújabb tudományos eredmények publikációs
helye (konferenciák, cikkek, tanulmányok stb.)
•Oktatás, tehetséggondozás
•Technológiai szabványok kidolgozása, ajánlása
•Bárki beléphet
•Előnyök: a legújabb trendek, technológiák megismerése,
szakmai kapcsolatépítés, publikálás, konferenciák, szakmai
segítség
IEEE tagság
Institute of Electrical
and Electronics
Engineers
www.ieee.org
 Több mint 430.000 tag 160 országból
 120.000 hallgató 80 országból
 333 szekció a világ minden részén (HS)
 432 egyéb, nem műszaki kérdésekkel foglalkozó
csoport, pl. Women in Engineering, vagy Life
Members (hátrányos helyzetűek kommunikációja)
IEEE Xplore
Institute of Electrical
and Electronics
Engineers
http://ieeexplore.ieee.org/
Újságok 1872-től!
IEEE Xplore Standards
Institute of Electrical
and Electronics
Engineers
http://ieeexplore.ieee.org/
xpl/standards.jsp
Institute of Electrical and
Electronics Engineers
IEEE szabványok
www.ieee.org
A legismertebb IEEE szabvány az IEEE 802.11 WLAN szabvány
NMHH
www.nmhh.hu
A hazai elektronikus média és infokommunikációs
rendszerek/hálózatok zavartalan
(együtt)működésének felügyelete, szabályozása.
Az NMHH jogalkotói státuszba került az Elektronikus
Hírközlési törvényben (Eht.) foglalt módon.
Részt vesz a nemzetközi szervezetek szabályozási
munkájában (ITU, ETSI)
NMHH főbb
tevékenységek
Nemzetközi előírások harmonizálása (ITU, ETSI, EU) a
magyar környezetre, illeszkedve a magyar jogszabályokhoz
(elektronikus kommunikáció, postai szolgáltatások, IT és
média piac)
Hivatalos állásfoglalások kiadása ha a jogszabályok ezt
előírják. Az állásfoglalás leírja egy adott eljárás azon
jellemzőit, amelyek a jogszabályi megfelelőséget támasztják
alá és tájékoztatják az előfizetőket és a szolgáltatókat
bizonyos fontos kérdésekről
NMHH főbb
tevékenységek
Frekvenciagazdálkodás feladatai, annak érdekében, hogy a
különböző rádiós átviteli rendszerek egymást és más
rendszereket ne zavarjanak.
Szolgáltatók, szolgáltatások nyilvántartása, engedélyek
kiadása annak érdekében, hogy a műszaki és működtetési
feltételek megfeleljenek a magyar és nemzetközi előírásoknak
Rádióberendezések forgalmazásának engedélyezése,
figyelembe véve az európai szintű követelményeket
NMHH főbb
tevékenységek
Hívószámok kiosztása (belföldön), karbantartása,
számhordozás kezelése
Szolgáltatás azonosítók meghatározása, nyilvántartása
(szolgáltatás fajtája, típusazonosítója)
E-aláírás felügyelete, engedélyek kiadása, ellenőrzés
NMHH főbb
tevékenységek
Piaci
tevékenységek:
• Riportok
• Piaci analízisek
• Piacfelügyelet
• Statisztikák
• Piackutatás
Távközlési hálózatok
alapfogalmak
Hálózati oldal
(amiből a végfelhasználó nem sokat lát)
Felhasználói oldal
(amiből a szolgáltató nem sokat lát)
…és ami közte van
(amiből senki nem lát semmit)
Távközlési hálózat
Definíció
•Az információ elektronikus távolsági továbbítására alkalmas
hálózat, melyben a forgalmat (ma már) számítógépek vezérlik.
(Régebben nem így volt).
•Az információ lehet hang, szöveg, kép, video és adat.
•A mai hálózatok számítástechnikai/informatikai és távközlési
hálózati elemekből (hardver és szoftver) állnak, egyesítik a
távközlési és informatikai hálózatokat ezért infokommunikációs
hálózatoknak hívjuk őket.
•A technológia: Information and Communications Technology
(ICT).
Távközlési hálózat
Komponensek
1. Terminálok: hálózati végpontok
2. Számítógépek amelyek irányítják, feldolgozzák és
tárolják az információt
3. Összeköttetések amelyeken keresztül az
információ eljut az egyik pontból a másikba
4. Berendezések amelyek biztosítják az információ
küldését, fogadását a különböző összeköttetéseken.
5. Szoftverek, amelyek mindent elronthatnak
Távközlési hálózat
Földrajzi kiterjedés
Wide Area
Network
Metropolitan
Area Network
Local Area
Network
Personal Area
Network
Földrajzi kiterjedéstől függő
technológiák mobil
alkalmazásoknál
Földrajzi kiterjedéstől függő
technológiák számítógép
hálózatoknál
Alap topológiák
Wide Area Network
WAN kapcsolás
Típusok:
1. Bérelt vonal (leased line): csak a bérlő használja (pl.
ATM automaták) és fix havidíjat fizet. „Kapcsolni” nem kell,
hiszen a végpontok közvetlenül össze vannak kötve
hátrány: drága, előny:biztonságos
2. Áramkörkapcsolt (circuit switched, SC): pont-pont
összeköttetés egy dedikált úton, a kapcsolat idejére az adott
csatorna kizárólagos rendelkezésre áll (az idő után fizetünk),
pl. hagyományos telefonkapcsolat (PSTN: Public Switched
Telephone Network)
hátrány: hívásfelépítése lassú, előny: olcsó
Wide Area Network
WAN kapcsolás
Típusok:
3. Csomagkapcsolt (packet swiched):
Az információ változó hosszúságú csomagokra bontva
kerül küldésre, de az átviteli közeget több kapcsolat
használja egy időben
Kapcsolatorientált (connection oriented): a csomagok
csak azután kerülnek elküldésre, ha a szabad útvonal már
biztosított, azaz egy virtuális áramkör (virtual circuit)
épült ki (X.25, Frame Relay)
Kapcsolat nélküli (connectionless): a csomagok nem előre
meghatározott úton mennek, hanem amerre van szabad
út (IPV4, IPV6), datagram
Wide Area Network
WAN kapcsolás
Típusok:
4. Cell relay : hasonló a csomagkapcsoláshoz, de kicsi,
fix hosszúságú csomagok (cellák) átvitele virtuális
áramkörökön keresztül (ATM: Asynchronous Transfer
Mode), 2000 előtt használt megoldás, a beszéd és
adatcsatornák egyidejű továbbítására)
Áramkörkapcsolás (CS)
Telefonhívás (vezetékes és mobil)
Adathívás (modem)
Problémák: a kapcsolópont túlterhelt, nincs szabad
vonal, a kapcsolat nem építhető ki egyáltalán
Ha igen, a kapcsolat minősége jó!
Csomagkapcsolás (PS)
Internet (vezetékes és mobil)
Adat, beszéd (VoIP), video, audio
Problémák: csomagok késnek, mert más utakat járnak
be, a kapcsolat elindul, de torlódásnál csomagvesztés
lehet (romlik a minőség)
Cell relay (ma már elavultnak számít)
telefon
adat 1
adat 2
Többszörös hozzáférés (Multiple
Access, MA)
FDMA (Frequency
Division Multiple
Access)
TDMA (Time
Division Multiple
Access)
CDMA (Code
Division Multiple
Access)
1 csatorna = 1 frekvencia
1 csatorna = 1 időrés
1 csatorna = 1 kód
Idő
Idő
Idő
Frekvencia
NMT 450
Frekvencia
GSM
Frekvencia
UMTS
MA: Több felhasználó megosztva használja a rendelkezésre
álló frekvenciasávot
Többszörös hozzáférés (Multiple
Acces, MA)
OFDMA
4G hálózatok és Wlan
Space Division Multiple
Access, SDMA
4G-5G hálózatok jövő
FDMA és TDMA
FDMA: a felhasználók
különböző frekvenciasávokat
használnak a rendelkezésre
álló spektrum megosztására
TDMA: a felhasználók
különböző időréseket
(timeslot) használnak a
rendelkezésre álló spektrum
megosztására
CDMA adó DS CDMA esetén
• A felhasználók ugyanazt a frekvenciasávot használják egy
időben, az eredeti infót meg kell szorozni egy kóddal
• Kódjaik alapján vannak megkülönböztetve
Kiterjesztés
Teljesítmény
f(Hz)
s1(t)
Háttérzaj
Pseudo-zaj 1
c1(t)
f(Hz)
C1-Cn: csatornakódok
Teljesítmény
STX
Teljesítmény
Modulátor
Teljesítmény
f(Hz)
s2(t)
f(Hz)
c2(t)
Pseudo-zaj 2
Teljesítmény
Teljesítmény
f(Hz)
∑
Acos(ωct)
f(Hz)
sn(t)
f(Hz)
Power
cn(t)
Pseudo-zaj 3
DS: Direct sequence
STx  [s1 (t )c1 (t )  s2 (t )c2 (t )  ... sn (t )cn (t )] A coswct 
CDMA vevő DS CDMA esetén

A jel szűkítése (despreading) az átviteli csatornán vett jel és a
csatorna kódjának XOR logikai leképezésével történik.
Kívánt jel
Átviteli csatornán vett jel
f(Hz)
Csatorna nyereség
fc = c/2
fc = c/2
A vett jel az összes vivőre
ültetett kommunikációs csatorna
jelét tartalmazza
Sáváteresztő
szűrő
Demodulátor
SRX
c1(t)
S Rx (t )c1 (t )  [ s1 (t )c1 (t )  s2 (t )c 2 (t )  ...  sn (t )cn (t )]A' coswct c1 (t )
n
S Rx (t )c1 (t )  [ si (t )ci (t )c1 (t )] A' coswct   s1 (t )c1 (t )c1 (t ) A' coswct 
i 2
nemkívánt jelek (interferenciák)
kívánt jel
ci (t )c1 (t )  1, c1 (t )c1 (t )  1
Csatornakódok (I.)
Auto-korreláció és keresztkorreláció definíciója digitális
kódokra


ACF értelmezése bitsorozatra:
→ L hosszúságú bitsorozat bitjeit
összehasonlítjuk ugyanazon
bitsorozat eltolt változatának
bitjeivel (az eltolás mértéke: 1-L)
CCF értelmezése két bitsorozatra
→ két különböző bitsorozat
bitenként összehasonlítása

Ortogonális kódok: CCF = 0
ACF  CC  NCC
CC: Egybevágó bitek a két
bitsorozatban
NCC: Nem egybevágó
bitek a két bitsorozatban
CCF  CC  NCC
Csatornakódok (II.)
A Walsh kód
• Walsh, vagy Walsh-Hadamard kódok:
• A kódok ortogonálisak egymással ugyanabban a
mátrixban (CCF = 0)
• Walsh mátrix: Négyzetes mátrix
Wi
M1  0
m
m: mátrix mérete
i: mátrix sora (0…n)
0 0 
M2  

0 1 
M
M 2N   N
M N
MN 
M N 
0
0
M4  
0

0
0 0 0
1 0 1
0 1 1

1 1 0
8
W1
0 0 0 0 0 0 0 0 
0 1 0 1 0 1 0 1 


0 0 1 1 0 0 1 1 


0
1
1
0
0
1
1
0

M8  
0
0
0
0
1
1
1
1


0 1 0 1 1 0 1 0 


0 0 1 1 1 1 0 0 


0
1
1
0
1
0
0
1
0 1 0 1 0 1 0 1         
CDMA FH-Frequency hopping
FH: Több keskenysávú
vivőfrekvencia
váltogatása az átvitel
közben
Minden csatornához más
frekvencia szekvencia van
rendelve, egy időben nem esik
egybe uaz. a vivő
B csatorna: 7-9-1-14-10-5-13-2-11
C csatorna: 9-2-4-11-8-14-10-6-3
OFDMA jellemzői
Vivőfrekvenciák ortogonalitása:
az alvivők nem zavarják egymás
LTE (4G) spectrum:
egy csatorna egyszerre
több alvivőt használ az
átvitelkor (HTI mobil
labor
Keskeny és szélessávú átvitel
Narrow band: keskenysávú
GSM csatorna spektrumképe
Csatorna sávszélesség: 200 KHz
Wide band: szélessávú
3G UMTS spektrumképe
Csatorna sávszélesség: 5 MHz
OFDMA vs. FH CDMA
OFDMA: más frekvenciák egy időben
Pilot
frekvenciák
Csatorna 1
Csatorna 2
FH CDMA: más frekvenciák különböző időben
Csatorna 1: A-F
Csatorna 2: C-H
Csatorna 3: C-H
t1 (c1)
Egyvivős (Single Carrier) és többvivős (Multi
Carrier) rendszerek
t3 (c3)
t2 (c2)
TDMA:
más időkben
vagy
CDMA:
egy időben,
más
kódolással
f1
f2
f3
FDMA: egy időben
f4
más
frekvenciasávok
f1
f1 f2 f3 f4 f5
f1 f2 f3 f4 f5
t1
OFDMA: egy
időben több
frekvenciasáv
t2
t1 t2 t3 t3
FH: más időben
más frekvenciasáv
Duplexelés (mobil)
B(dl):sávszélesség
Downlink
FDD: Két különböző
frekvenciasáv a két
irányban (2G és 3G)
fk(dl)
B(ul)
Uplink
fk(ul): középfrekvencia
Uplink
B(dl)=B(ul)
fk(dl)-fk(ul)= duplex távolság
Downlink
idő
TDD: Egy frekvenciasáv a
két irányra, UL és DL időben
változik (4G)
Duplexelés (ADSL kábel)
FDD vs. TDD
Védőidő: guard time
f
keretidő
satorna
t
f
satorna
távolság
satorna
Védősáv: guard band
t
Forgalmi problémák a hálózatokban
A kapcsolat nem épül fel mert nincs szabad csatorna, (1) tipikus mobil
hálózatokban)
A kapcsolat nem épül fel mert a kapcsolópontok (2) túlterheltek
A kapcsolat nem épül fel, mert az átviteli utak (3) túlterheltek
3
1
2
Forgalmi problémák a hálózatokban
A torlódás okozói: baleset (szoftverfrissítés)
Forgalmi problémák a hálózatokban
A torlódás okozói: egy
felhasználó sok
erőforrást igényel
(youtube, on-line
játékok)
A közös erőforrást
kevesebben
oszthatják meg!
Forgalmi problémák a hálózatokban
A torlódás okozói:
szolgáltató szűkíti az
átviteli erőforrásokat
(karbantart éppen)
Köszönöm a figyelmet!

similar documents