MATEMATIKA ÉS INFORMATIKA II.

KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI AGRÁRMÉRNÖKI BSc TERMÉSZETVÉDELMI MÉRNÖKI BSc

HEFOP 3.3.1.

• Vezeték nélküli adatátvitel alapjai.• Mobilkommunikáció:

• történet,• eszközök, • eljárások.

• Mobilkommunikáció a gyakorlatban.

ELŐADÁS ÁTTEKINTÉSE

HEFOP 3.3.1.

Mobilkommunikáció története I.• 1921 - Detroiti rendőrség - 2 MHz - egyirányú forgalom• 40-es évek:

– FM működik a Connecticut-i rendőrségen – Hordozható rádió– Adóvevő központok - Domestic Public Land Mobile Radio

Service (DPLMRS)• 1956 – 450 MHz szolgálat elindul az USA-ban• 60-as évek:

– Az első 150 MHz automatikus szolgáltatás– Push To Talk rendszer– Automatikus központ – full duplex /felhasználók tárcsáznak/

HEFOP 3.3.1.

Mobilkommunikáció története II.

• 70-es évek:– AMPS (Advanced Mobile Phone Service) (850 MHz)

Chicagóban és az ARTS (American Radio Telephone Service) Washington DC-ben elindul 1978-ban

– Első hordozható mobilok 800-900 MHz– Autótelefonok

• 80-as évek:– Megalakul a GSM /Group Speciale Mobile/– Megalakul a Nordic Mobile Telephone System /Ericsson/

450-470 MHz– Westel 450

HEFOP 3.3.1.

Mobilkommunikáció története III.• 90-es évek:

– Megkezdődik a konkurencia harc a szolgáltatók között• Napjaink:

– Harmadik generációs mobilok

HEFOP 3.3.1.

A hírközlés általános modellje

Információ forrás

Átalakító/analóg v digitális/

Adó

Hírközlő csatorna

Vevő

Átalakító/analóg v digitális/

Információ felhasználó

HEFOP 3.3.1.

Digitális hírközlő rendszerDiszkrét információ forrás

Forrás kóder

Csatorna kóder

Modulátor

Hírközlő csatorna

Demodulátor

Csatorna dekóder

Forrás dekóderInformáció felhasználó

HEFOP 3.3.1.

Digitalizálás1. Leképezés2. Mintavételezés3. Kvantálás

• Visszaállítás

• Részletes ismertetés egy gyakorlati példán keresztül - Képalkotás

HEFOP 3.3.1.

Mintavételezés a gyakorlatban

Mintavételi frekvencia /Hz/

Alkalmazási terület

8 000 Telefontechnika szabványa

44 056 Professzionális audió berendezések

44 100 CD-DA

48 000 DAT, Dolby Digital, MPEG Audio

HEFOP 3.3.1.

Digitalizált hangállomány mérete

ahol:• M - méret (byte)• fm - mintavételezési frekvencia (Hz)• C - Csatornaszám• l - Kvantálási hossz (bit)• T - felvétel ideje (másodperc)

ClTfM m

HEFOP 3.3.1.

Digitalizált hangállomány méretére feladat

Adjuk meg egy CD-DA-ra készített 60 perces sztereó hanganyag méretét Mbyte-ban!

A kvantálási hossz: 16 bit.

Megoldás:M = (44100*16*2*3600)/(8*1024*1024) =

= 605,6 Mbyte

HEFOP 3.3.1.

Információelméleti bevezető

• Diszkrét szimbólum fogalma• Független üzenetek fogalma• Tétel:

– Két független üzenet együttes információtartalma az üzenetek információtartamának összege

HEFOP 3.3.1.

Az üzenetek átlagos információ tartalma - Entrópia

• Független üzenetek esetén:

m

i ii pldpH

1

1

HEFOP 3.3.1.

Entrópia számítása

Feladat:• Egy rendszer négy független üzenet

felhasználásával működik: A, B, C és D. • Ismert továbbá, hogy p(A)=p(B)=0,25 és

p(C)=p(D)=0,5. • Adjuk meg az üzenetek átlagos

információtartalmát!

Megoldás: H=(0,25*2)*2+(0,5*1)*2=1+1=2

HEFOP 3.3.1.

A MOBIL HÁLÓZAT - Tartalom

• RENDSZERTECHNIKAI FELÉPÍTÉS

• CELLULÁRIS FELÉPÍTÉS

• KAPCSOLATFELVÉTEL MOBIL ÁLLOMÁSSAL

• JELZÉS ÁTVITEL

• BESZÉD KÓDOLÁSA ÉS ÁTVITELE

• ROAMING

HEFOP 3.3.1.

RENDSZERTECHNIKAI FELÉPÍTÉS

MS - mobil állomás BS - bázisállomás

BSC - bázis kapcsoló központ MSC - mobil kapcsoló központ

HEFOP 3.3.1.

• 890-960 MHz sávban való átvitel (ebből 50MHz a kihasznált sávszélesség)

• 890-915 MHz mobil állomásról• 935-960 MHz bázis állomáshoz• 124 felhasználható 200 kHz sávszélességű full-duplex

csatorna (ebből 42 jelzéscsatorna és 82 beszédátviteli csatorna)

GSM (Global System for Mobile Communication)

HEFOP 3.3.1.

CELLULÁRIS FELÉPÍTÉSA lefedettség biztosítása

N3RD

D… társcsatornák távolsága

HEFOP 3.3.1.

CELLULÁRIS FELÉPÍTÉS

• több D/R arány használata• cellák megosztása (állomások között)• csatorna kiosztás módosítása

HEFOP 3.3.1.

CSATORNA KIOSZTÁS

Legyen N=7, ekkor cellánként 18 (illetve egy cellában 17) csatorna kerülhet kiosztásra:

A1: 890 - 935 , 891,4 - 936,4 ,…, 913,8 - 958,8

A2: 890,2 - 935,2 , 891,6 - 936,6 ,…, 914 - 959

A3: 890,4 - 935,4 , 891,8 - 936,8 ,…, 914,2 - 959,2

A4: 890,6 - 935,6 , 892 - 937 ,…, 914,4 - 959,4

A5: 890,8 - 935,8 , 892,2 - 937,2 ,…, 914,6 - 959,6

A6: 891 - 936 , 892,4 - 937,4 ,…, 914,8 - 959,8

A7: 891,2 - 936,2 , 892,6 - 936,6 ,…, 913,6 - 958,6

HEFOP 3.3.1.

KAPCSOLATFELVÉTEL MOBIL ÁLLOMÁSSAL

• S/N ellenőrzése

• Mobil állomás hívása

• Mobil állomás által kezdeményezett hívás

• handoff (mobil kapcsoló központ - MSC - ellenőrzése alatt)

HEFOP 3.3.1.

JELZÉS ÁTVITEL• BS-től MS-hez: (40,28,5) paraméterű (n,k)-kóddal• MS-től BS-hez: (48,36,5) paraméterű (n,k)-kóddal

A kódok arányai: 28/40=0,70,7 és 36/48=0,750,75Mindkét kód kódtávolsága: 55, tehát4 hibát képesek jelezni és 2 hibát képesek javítani.

NMT900 esetén kovolúciós kóddal

Az átvitel frekvencia-billentyűzéssel 1,2 - 2,4 kb/s sebességgel.

HEFOP 3.3.1.

BESZÉD KÓDOLÁSA

• analóg beszéd digitalizálása• digitális bitfolyam hibakódolása• bitfolyamok összefűzése• továbbítás TDM segítségével (frequency

hopping)

HEFOP 3.3.1.

ANALÓG BESZÉD DIGITALIZÁLÁSA

• mintavételezés 8 kHz-es frekvenciával• lineáris kvantálás 13 biten (104 kb/s

adatfolyam)• 20 ms beszédből 260 bit adat (13 kb/s)

(Vocoder segítségével)

HEFOP 3.3.1.

HIBAVÉDELEM

260 = 50+132+78

3 4

189 x 2 = 378 (1:2 arányú konvolúciós kód)

378 + 78 = 456 bit378 + 78 = 456 bit 20 s-ra 22,8 kb/s22,8 kb/s

50 nagyon fontos,

132 fontos

78 kevésbé fontos bit

HEFOP 3.3.1.

KELETKEZŐ ADATMENNYISÉG

• 13 kb/s beszéd• 9,8 kb/s hibavédés• 0,95 kb/s jelzésátvitel• 10,1 kb/s szinkron biztosítására

ÖSSZESEN: 33,85 kb/s33,85 kb/s

HEFOP 3.3.1.

ROAMING

• HLR (Home Location Register)

• VLR (Visitor Location Register)

HEFOP 3.3.1.

AZ ATM

• AZ ÁTVITELI MÓDOK ÖSSZEHASONLÍTÁSA

• AZ ATM FELÉPÍTÉSE– kis, rögzített méretű cellák (48 oktett adat,

5 oktett fejrész)– szükség szerinti elv a továbbításban– rugalmas sávszélesség

HEFOP 3.3.1.

ATM PROTOKOLL REFERENCIA MODELL

Magasabb rétegek

Vezérlőfelület Felhasználói felület

Magasabb rétegek

ATM adaptációs réteg

ATM réteg

Fizikai réteg

Menedzsment felület

Rétegmenedzsment

Rétegmenedzsment

HEFOP 3.3.1.

AZ ATM FORGALOM NÉGY OSZTÁLYA I.

CBR (A) - konstans bitsebesség- összeköttetés alapú, szinkron forgalom (nem tömörített hang, vagy képátvitel)- csúcssebességű cellaforgalom

támogatása

HEFOP 3.3.1.

AZ ATM FORGALOM NÉGY OSZTÁLYA II.A.

VBR-RT (B) - változó bitsebesség- valós idejű- összeköttetés alapú, szinkron forgalom (élő képátvitel)- csúcssebességű forgalom forgalom támogatása- maximális burst forgalom

HEFOP 3.3.1.

AZ ATM FORGALOM NÉGY OSZTÁLYA II.B.

VBR-NRT (B) - változó bitsebesség- nem valós idejű forgalom (video playback, multimédia)- csúcs cellasebességű forgalom

támogatása- maximális burst forgalom

HEFOP 3.3.1.

AZ ATM FORGALOM NÉGY OSZTÁLYA III.

ABR (C) - változó bitsebesség- összeköttetés alapú- aszinkron forgalom (nagy kiterjedésű X25, kerettovábbítás ATM-en keresztül)- csúcs cellasebességű forgalom

támogatása- maximális burst forgalom

HEFOP 3.3.1.Puskás

AZ ATM FORGALOM NÉGY OSZTÁLYA IV.

UBR (D) - összeköttetés-mentes adatforgalom (LAN forgalom, nagy kiterjedésű SMDS forgalom stb.) ; nincsenek minőségi paraméterek

megadva

HEFOP 3.3.1.

FeladatEgy mobil készülék napi forgalma az alábbiak

szerint alakult:a, Beszélgetés: 61 perc

b, Internet alapú adatátvitel: 3,5 Mbytec, Videó konferencia: 17 perc (QVGA, 16 bit/pixel,

15 kép/s, CD-DA hang, 40:1 tömörítés)

1. Adjuk meg a napi teljes adatforgalmat MByte-ban!

2. Mennyibe került a napi forgalom a tulajdonosnak (8 Ft/perc és 15 Ft/Mbyte)?

HEFOP 3.3.1.

Feladat megoldása• Beszéd: (61x60x33,85)/(8x1024) = 15,12(61x60x33,85)/(8x1024) = 15,12 MbyteMbyte• Adat: 3,50 Mbyte• Videó-kép:

(320x240x16x15x17x60)/(8x1024x1024x40) Mbyte(320x240x16x15x17x60)/(8x1024x1024x40) Mbyte 56,03 56,03 MbyteMbyte

• Videó-hang:(44100x1x16x17x60)/(8x1024x1024x40) Mbyte(44100x1x16x17x60)/(8x1024x1024x40) Mbyte

2,142,14 Mbyte Mbyte Összesen: 1. 76,79 Mbyte2. 61x8 + 61,67x15 = 1413,05 Ft

HEFOP 3.3.1.

ELŐADÁS ÖSSZEFOGLALÁSA• Az előadásban áttekintettük:• a mobilkommunikáció történetét,• a hírközlés modelljét,• a digitalizálás folyamatát,• az entrópia fogalmát,• mobil hálózaton belül a:

– RENDSZERTECHNIKAI FELÉPÍTÉST– CELLULÁRIS FELÉPÍTÉST– KAPCSOLATFELVÉTELT– JELZÉS ÁTVITELT– BESZÉD KÓDOLÁSÁT ÉS ÁTVITELÉT– ROAMING FOGALMÁT.

HEFOP 3.3.1.

ELŐADÁS/GYAKORLAT ELLENÖRZŐ KÉRDÉSEI

• Mit nevezünk digitalizálásnak?• Hogyan adhatjuk meg, független üzenetek

átlagos információtartalmát?• Mi a GSM?• Mi a Roaming?• Mi az ATM?

HEFOP 3.3.1.

ELŐADÁS felhasznált forrásai• Szakirodalom:

– BERKE, J. - KELEMEN, D. - SZABÓ, J. (2004): Digitális képfeldolgozás és alkalmazásai. Georgikon-Kvark, Keszthely, Pictron Kft., Budapest, ISBN: 963 9096 911 – DIGKEP v6.0.

– BERKE, J. (2008): Mobilkommunikáció /A mobil hálózat/ v3.0, elektronikus oktatási segédlet – www.georgikon.hu/digkep.htm

• Egyéb források: – AMPS cellular system– ITMS– Ericsson

• További ismeretszerzést szolgáló források:

HEFOP 3.3.1.

Előadás anyagát készítette: Dr. Berke József

KÖVETKEZŐ ELŐADÁS CÍME:Digitális aláírás.

Elektronikus aláíráshoz kapcsolódó szolgáltatások. E-business. E-kormányzat.

Következő előadás megértéséhez ajánlott ismeretek kulcsszavai: digitális aláírás, védelem, PDF, szolgáltatók, E-business. E-kormányzat.