Sprehod po poglavjih

• Elektrostatika • Elektrodinamika• Elementi električnega tokokroga

• Veriga generiranja, transformiranja in

uporabe električne energije

• Elektronika v prometu • Osnovni pojmi regulacije v prometu

Zanesljivost naprav• Življenjska doba – s statistično porazdelitvijo

– Objekti, ki se starajo (motorji, pnevmatike, orodja) porazdelitev odvisna od zunanjih vplivov

– Objekti, ki se ne starajo (elektronski elementi, če niso preobremenjeni!) porazdelitev okvar popolnoma naključna

• Zanesljivost Z(t)– verjetnost, da komponenta po času t še ni pokvarjena (Stöcker, str.

731)

• Pričakovani čas do okvare MTTF (Mean Time To Failure) za sisteme, ki jih ob okvari zamenjamo, ne popravljamo

– stopnja okvarjenosti:

– na primer 10-7h (1 okvara na 10 milijonov komponent ur) za ključne procese, ni zadosti vodenje cestnega, letalskega prometa z GNSS, transakcije v denarnem prometu, prenos električne energije

• Pričakovani čas med okvarami MTBF (Mean Time Between Failures) za sisteme, ki jih ob okvari popravljamo

0

( )MTTF Z t dt

število okvarstopnja okvarjenosti

začetno št. komponent čas obratovanja

Čas, ki preteče med dvema zaporednima okvarama

število komponent, ki po času t še delujejo( )

začetno št. komponentZ t

NalogaProizvajelec po izdelavi pospešeno preizkuša svoje nove naprave in beleži

koliko naprav se je pokvarilo ob katerem času. Narišite diagram in ocenite življenjsko dobo izdelane naprave. Ocenite zanesljivost (št. naprav, ki še delujejo/skupno št. preizkušanih naprav) in stopnjo okvarjenosti (št. okvar/ skupno št. preizkušanih naprav), ki bi jih z izbrano življenjsko dobo poslali na trg.

Čas (mes)

10 20 30 40 50 60 70 80 90100

110

120

130

140

150

160

170

180

Št. okvar

1 1 3 1 4 1 0 0 0 2 15 40 90520

67 30 20 1

0

100

200

300

400

500

600

10 40 70 100 130 160

Št. okvar

Zanesljivost

Prva inženirska naloga za sistem: kolikšno zanesljivost zanj zahtevati? Oceno zanesljivosti moramo imeti za sistem po izdelavi, oceno preverjamo z rednimi preizkusi in pregledi. Funkcije sistema in dokumentacija morajo biti zanesljivi. Zahteve za zanesljivost so vsebovane v podrobnih opisih sistemov in podsistemov, načrtih preizkusov in tudi v členih pogodb.

Zahteve izražamo s parametri zanesljivosti, od katerih je najbolj pogost mean-time-between-failure (MTBF), ki ga lahko razumemo kot pogostnost odpovedi = število odpovedi v določenem obdobju.

Zanesljivost napravnačrtovanje

izdelava

Skladnost (odvisna od

t)

Zanesljivost (odvisna od

t)

Stopnja okvarjenosti (AQL, LTPD, ppm)

Porazdeljenost parametrov

MTBF

MTTF

Povpr. življ. doba

Verjetnost preživetjaStabilnost parametrov

Presoja proizvodov

Uporaba proizvodo

v

Kakovost proizvodov

materiali

Po knjigi: Component Reliability for Electronic SystemsTitu-Marius I. Băjenescu,Marius I. Bâzu

Zanesljivost naprav

Zanesljivost naprav

Polprevodniške tehnologije

Nekaj definicij

Signal pojav, ki nosi informacijo o obnašanju sistema

Enosmerni tok tok, ki ves čas teče v isto smer Izmenični tok tok, ki ves čas spreminja smer Element tokokroga dvovhodni element skozi

katerega teče električni tok Karakteristika elementa odvisnost med izhodno in

izhodno veličino (npr. I(U)) Linearni elementi tokokrogov upor, kondenzator,

tuljava imajo linearno karakteristiko Nelinearni elementi so elementi z nelinearno

karakteristiko (iz polprevodniških materialov)

Še nekaj definicij prepovedani pas energijski skok, ki ga morajo opraviti elektroni

(e-), da postanejo nosilci el. toka vrzel če atomu manjka en e- do nevtralnosti, pravimo, da ima en

pozitiven naboj, kar imenujemo vrzel (v+) PN spoj osnovni gradnik digitalne elektronike, nastane ob staknitvi

polprevodnikov, enega s prevladujočimi e- (N tip) in drugega s v+ (P tip)

osiromašeno področje prostor v okolici PN spoju, v katerem ni prostih nosilcev naboja (niti e-, niti v+)

dioda element, ki dopušča el. tok le v eno smer mikroelektronske tehnologije (ločimo ji po debelini najtanjših

povezav μm ali nm) zaporedje postopkov izdelave drobnih integriranih vezij

integrirano vezje po mikroelektronskih postopkih na eni silicijevi rezini izdelana enota, sestavljena iz množice tranzistorjev, diod, namenjena za opravljanje funkcij na majhni površini

mikroprocesor enota, sestavljena iz delov, ki, glede na signale na vhodih po vgrajenem programu, omogočajo izvajanje predvidenih funkcij (logičnih, aritmetičnih)

Kaj je PN spoj in za kaj je uporaben?

• prepovedani pas onemogoča e-, da se pri Tsob gibljejo kot el. tok prevodnik, izolator in polprevodnik (En)

• Spoj in diode (En)

• Polprevodniki in uporaba (Eh..)

– Dioda: Delovanje, uporaba (En)

– Tranzistor: delovanje 1 delovanje 2 (En)

– Logična vrata: delovanje (En)

• Prozorna elektronika (Slo)

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.90

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Napetost (V)

To

k (A

)

consult diodeCurrent.m

n = 1.6 n = 1.7 n = 1.9

Tok PN diode

1TnU

u

s eIi

IS .. tok nasičenja v zapori (značilno nekaj nA)

UT .. termična nepetost (običajno pri Tsob znaša 26 mV)

n .. faktor diode (n=1 za diode v integr. vezjih, n=2 za diskretne diode)

Sodobna elektronika

• komunikacija(telefon, radio)• obdelava informacij (računalnik) • stik z realnostjo (radio-navigacijski

pripomočki, radio-lokacijski pripomočki)

Digitalna tehnika

• Štetje čas in Galileo– Merjenje časa – koliko znaša deviacija merjenja časa z atomsko uro?

______ s– Koliko dobimo, če to deviacijo pretvorimo v razdaljo?

______ m

• Osnova številskih sistemov sta enota in sistem uteži (glej R. Čop, Osnove digitalne tehnike (ODT), str. 2)

• Logične funkcije

Digitalna tehnika

• Polprevodniški materiali – ponavadi silicij + primesi (dopanti)– mikroelektronska tehnologija: rezine, tiskanje s svetlobo, izdelava

mikroprocesorja• Polprevodniški elementi

– nelinearni elementi • diskretni

– diode– transistorji

» http://www.rtvslo.si/znanost-in-tehnologija/intelov-velik-korak-k-uporabi-tridimenzionalnih-tranzistorjev/256812 » http://colos1.fri.uni-lj.si/ERI/RACUNALNISTVO/RAC_SLOJI/Tranzistor.html

• integrirana vezja• Strukture

– odločitvene (vmesniki za senzorji,...) in pomnilniške (RAM,..)

– avtomati – prosto po Von Neumannu: naprava, ki glede na vhodne pogoje in po programu opravlja predvidene operacije in se jo da preprogramirati

– komunikacijska vezja

Brezžična komunikacija

• Brezžičnost– Za komunikacijo ni treba žic, optičnih vlaken, uporablja

pa se radijski oz. optični spekter ali ultrazvok s fiksno ter nomadsko oz. mobilno uporabo

• Pozorni moramo biti na:– domet komunikacije– zasedenost povezav– motnje pri prenosu– hitrost prenosa podatkov– varnost komunikacije– opremo za komunikacije – razpoložljivo energijo– ceno za zasedanje spektra

Brezžično širjenje informacij

• Elektromagnetno valovanje (emv) – električno in

magnetno polje v prostoru in času

– naprave – poti razširjanja emv– zanesljivost naprav

in prenosa informacij

• Elektromagnetno sevanje (EMS)– učinki na okolico

naprav– učinki na človeka

Naravni zakoni(upad zaznane moči z oddaljenostjo)

250 W

1 W

20 0

00 km

1300 km

izvor motenj

satelit GNSS

Elektromagnetna sevanja (EMS)

Sevanje je oddajanje valov ali delcev, ki se širijo v prostor (sevanje radijske antene, sevanje radioaktivnega vira, sevanje svetlobe).

Pri sevanju nas zanimajakost sevanja (potencialna izpostavljenost

sevanju) in absorbirana moč sevanja (dejanski učinek

sevanja – na tkiva)

Izpostavljenost različnim jakostim povzroča sile v celicah

Učinek: tkiva absorbirajo del izsevane moči EMS

Omejitve seval

• Omejitve s stališča uporabnika: specifična vsrkana moč Specific

Absorption Ratio SAR = ( E2)/

– izvor sevanja: efektivna vrednost električne poljske jakosti E

– tkivo: specifična prevodnost in specifična gostota

prim. El. praktikum str. 156 in http://www.forum-ems.si/

• Človekovo telo – proizvaja do 150 W (metabolizem), pri težkem delu do 1000 W, – absorbira med opoldanskim sončenjem do 200 W, od RF sevanj 5,6 W

• Biološke učinke EMS ocenjujemo z absorpcijo v telesu, ki je določena s stopnjo specifične absorpcije (SAR). Koliko moči absorbira biološka snov (W/kg). SAR se povpreči na 6 minut.

• Ob blagem segrevanju telesa za njegovo izravnavo dokazano poskrbijo naravni mehanizmi v telesu (termoregulacija). Močno segrevanje pa lahko telo preobremeni in povzroči škodljive vplive na zdravje.

• Človek v svojem okolju ni izpostavljen samo enemu viru EMS, temveč vsem virom EMS v določenem okolju hkrati. Posledice akumulacije absorbiranih sevanj?

• Za določitev izpostavljenosti EMS je potrebno izmeriti in oceniti skupno sevalno obremenitev okolja (http://www.forum-ems.si/).

• Za frekvence med 400 in 2000 MHz - meji SAR za okolja:

0,4W/kg delovno 0,08W/kg bivalno

snov absorbira moč

energija sevanja

naravni, vedno več umetnih

Učinki sevanj: segrevanje tkiv

izvori sevanj

Frekvenčni spekter

Poglejte si simulacijo na INIS, 2013Wikipedia commons

Sistemi brezžičnih zvez

po A. Štern, 2012

5G

Brezžične tehnologije

Stacionarni domet: do 100 km, tip. 30 kmHitrost: do 72.6 Mbit/s, tip. 18 Mbit/sKognitivni radio pri izrabi TV kanalov

Operatersko okolje

Mobilni domet: do 35 km, tip. 5 km

Hitrost: do 21.6 Mbit/s HSPA+Celično globalno pokrivanje

Operatersko okoljeStacionarni in mobilni

domet: do 50 km, tip. 5 kmHitrost: 5 - 75 Mbit/sOperatersko okolje

Nomadsko: do 500 mHitrost: do 150 (600) Mbit/s

Lokalno pokrivanjeBrezplačna uporabaNomadsko: do 50m

Hitrost: do 1 Mbit/s, (do 1 Gbit/s)

Osebno pokrivanje, brezplačnoBližina telesa: do 10 cmBližina telesa: do 10 cm

aktivni RFID: do 50 maktivni RFID: do 50 mHitrost: do 424 kbit/sHitrost: do 424 kbit/s

Stacionarni in mobilni domet: nekaj 1000 kmRazlične hitrosti: kbit/s do nekaj 10 Mbit/s

Pokrivanje s sateliti LEO, MEO in GEO

WPAN

WMAN

WWAN

WLAN

IEEE 802.15Bluetooth

IEEE 802.11Wireless LAN

IEEE 802.16Wireless MANMMDS, LMDS

IEEE 802.20Mobile Broadband

Wireless Access (MBWA)

ETSIHIPERLAN

ETSI HIPERMAN& HIPERACCESS

3GPP, 3GPP2GSM, UMTS, HSxPA,

HSPA+, LTE, LTE-Advanced

WRAN

IEEE 802.22 Wireless Regional Area Networks

ZigBeeUWB

WBANRFID NFC

WGAN

BGAN Broadband Global Area Networks

A. Štern, 2012

RFID• RFID in kako delujejo? čitalnik - priponka

• http://www.element14.com/community/videos/8770/l/recording-of-elektor-academy--rfid-trickery

– Pasivni (em val čitalnika, kateremu približamo priponko, inducira napetost v dolgi anteni priponke, kar vzbudi dejavnost čipa)

• manjše razdalje: LF, HF na cca. 1m, UHF do 10m

• čitalniki na ključnih mestih: vrata, izhod od blagajne v trgovini, ključavnica avtomobila, avtomat za pijače

– Aktivni (baterija)• do nekaj 10 m• večje hitrosti prenosa podatkov, • (mikrovalovna izvedba) cestninjenja, stanje zalog, inventarja, gibljivost zaposlenih v

nadzorovanih območjih

• RFID in NFC (komunikacije v bližnjem polju – čitalnik in priponka sta nekaj valovnih dolžin ( = c/f) narazen)– skupaj omogočata večje hitrosti prenosa (do 424 kbit/s),

nove storitve (vstopnice, plačila, vizitke)

Problem 1

Večje število prepeljanih potnikov v javnem prevozu je možno doseči s sistemom prioritete avtobusov. Vozila sporočajo svoje položaje z zig-beeji.

• Ali je sistem prioritete vozil javnega prevoza (bus priority) učinkovit v primeru LPP?

Dim

c, P

eča

r, .

., V

alič

, 2013

, A

N E

VA

LUA

TIO

N O

F B

US P

RIO

RIT

Y P

ILO

T A

PPLI

CA

TIO

N F

OR

EFF

ICIE

NT B

US S

ER

VIC

E IN

LJU

BLJ

AN

A

Rešit

ev z

zig

-bee v

pro

metu

Data exchange

Dim

c, P

eča

r, .

., V

alič

, 2013

, A

N E

VA

LUA

TIO

N O

F B

US P

RIO

RIT

Y P

ILO

T A

PPLI

CA

TIO

N F

OR

EFF

ICIE

NT B

US S

ER

VIC

E IN

LJU

BLJ

AN

A

Rešit

ev z

zig

-bee v

pro

metu

Elektronska komunikacijska sredstva

• Področje elektronike• Zasnova elektronskih sistemov s

katerimi:– kodiramo (moduliramo,...)– oddajamo – detektiramo informacije

Zmogljivost prenosnega kanala

po A. Štern, 2012

)2log(

)/1log( NSBc

Kdaj prenesemo več podatkov? Kdaj imamo večjo rumeno kocko?• če prenašamo dlje časa na širšem pasu in z večjo močjo

Kako več uporabnikov navidezno hkrati prenaša podatke?• FDMA - frekvenčni sodostop (Frequency Division Multiple Access)• TDMA - časovni sodostop (Time Division Multiple Access)• CDMA - kodni sodostop (Code Division Multiple Access)

Izvor-ponor informacij

IZVORINFORMACIJE

IZVORNIKODIRNIK

KANALSKIKODIRNIK

KANALSKIDEKODER

PONORNIDEKODER

PONORINFORMACIJE

PRENOSNIKANAL

MODULATOR

DE-MODULATOR

Govor,glasba,slike,video,

podatki

WAV,MP3,

JPEG,DivX,ZIP

robustnost,redundanca,priprava na

lastnostiprenosnega

kanal

AM/FM,QPSK,

QAM64,kHz, MHz,

GHz

izgube,lom,uklon,presih,presluh,šum,interferenca

Električni tok Radijski signal

po A. Štern, 2012

Modulacija

• Zakaj moduliramo?• Pomembni pojmi:

– pasovna širina– nosilni signal (sinus določene frekvence)

– informacijski signal (zvoki v telefoniji ali znaki v telegrafiji)

– modulirani nosilni signal– nameni uporabe različnih vrst (katero

modulacijo rabi radio, katero GSM?)

Modulacija

• Splošno

c

Moduliramo nosilni signal.

Če so nespremenljive:

A .. amplituda

.. frekvenca

.. faza

zapišemo modulirani nosilni signal:

( ) cos( )

Ko spreminjamo samo amplitudo (ne frekvence ali faze):

( ) ( )

cu t A t

u t f t

cos( )

Ko spreminjamo samo frekvenco (ne amplitude ali faze):

( ) cos(( ( ) ) )

Ko spreminjamo samo fazo (ne amplitude ali frekvence):

( ) cos( ( ))

c

c

c

t

u t A g t t

u t A t h t

u(t)

Pasovna širina

• APEK z dodelitvijo frekvenčnega pasu dovoljuje uporabo spektra zgolj v določenem območju

Za posamezne modulacije rabimo…

• ceneni kakovostni digitalni * sprejemnik

*za velike hitrosti prenosa podatkov; primerjava AM in M kaže, da na enaki pasovni širini, M prenaša več podatkov kot AM

pri AM vplivamo napri AM vplivamo na pri FM vplivamo napri FM vplivamo na pri pri M vplivamo naM vplivamo na

Razmerje signal / šum (SNR)

• Ali bo naprava signal (signal merjene veličine, informacijski signal) lahko rekonstruirala ali ne?• Moč (oddanega) signala, občutljivost sprejemnika • Moč toplotnega šuma elektronskih naprav in okolice

– a) radijski sistem (Friisova enačba)radijski sistem (Friisova enačba)– b) radarradar (signal se na razdalji R od oddajnikove antene odbija od prevodne površine k sprejemniku)

• razmerje signal/šum med drugim odvisno od frekvence, oddaljenosti, slabljenja

kTo .. močnostna gostota frekvenčnega spektra šuma [W/Hz]

B .. efektivna pasovna širina (-3dB) [Hz]Fn .. šumno število [ ]PT .. oddajna moč v konici [W]GT, GR .. dobitka anten oddajnika in

sprejemnika [ ] λ .. valovna dolžina [m] L .. skupno slabljenje [ ]R .. oddaljenost antene od odbojne

površine [m] σ .. velikost odbojne površine [m2]

2

2

0

4 4T T Rsignal

šum n

P G GP R LRP kT BF

2

0

4T T Rsignal

šum n

P G GP RP kT BF

Fri

is,

19

46

rad

ars

ka

en

ačb

a

Slabljenje vzdolž poti razširjanja

• Ko se signal v obliki elektromagnetnega vala razširja v prostor ali ko se sprememba napetosti razširja po kablu z oddaljevanjem od izvora, se njegova moč zaradi same razdalje zmanjšuje.

• Ker pa je sredstvo, skozi katerega se signal razširja, realno, nastajajo izgube, ki jih povzema izraz slabljen

Pna koncu .. moč signala na koncu obravnavane poti [W]Pna začetku .. moč signala ob izvoru [W]

L .. slabljenje [dB]

• Če je sredstvo linearno, je slabljenje sorazmerno razdalji do izvora oz. dolžini kabla do oddajnika– Izmerimo slabljenje L_kab v kablu dolžine D in kabel vzemimo kot linearno

sredstvo. Če nas zanima slabljenje v kablu na enoto dolžine (npr. na 1 km), z razmerjem 1 km/D določimo L_km

10log na koncu

na začetku

PL

P

Prenos govora in podatkov

• Stopnje pred oddajo– govor (pretvorimo v digitalni zapis, kodiramo), podatke (z

modemi prilagodimo na ustrezne napetostne nivoje)– kanalsko kodiranje (razporeditev po možnih kanalih)– šifriranje (tudi za varnost, zanesljivost prenosa)– moduliranje (vključitev visoke frekvence nosilnega signala)

• Brezžično prenašamo modulirane signale

po A. Štern, 2012

Celičnost mobilne telefonije

• Operater GSM ima na voljo omejeno število prenosnih kanalov (frekvenc)

• V sosednjih celicah se ne pojavijo iste frekvence

• Šestkotniki (en osrednji in 6 okoli) tvorijo celico, vsaki celici pripada 1/7 vseh frekvenc

• na eni frekvenci ( f1) poteka

– 8 časovnih rezin uporabnikov in signalizacija

– TDMA sodostop

V zvočnikh ob prehodu med celicami zaslišimo motnjo s frekvenco 1 / 4,615 ms = 216,6 Hz

po A. Štern, 2012

Klic v tujino Kaj se zgodi, če iz Slovenije kličemo

slovenskega naročnika, ki gostuje v tujini:

– klicatelj v Sloveniji zavrti telefonsko številko mobilnika

– pri domačem operaterju mobilnika se preveri stanje uporabnika (HLR)

• uporabnik je doma, v domačem omrežju

• uporabnik se nahaja v tujini, prijavljen je v omrežju tujega operaterja

• uporabnik ima izklopljen telefon

– klic se preusmeri v tujino– tuj operater

• preveri, na katerem območju celic se uporabnik nahaja

• sproži klic na skupino celic– naročnik v tujini

• se odzove na klic• plača gostovanje

Gateway Mobile Switching Centre

Home Location Register

Base Station Controller

po A. Štern, 2012

Sledenje našemu GSM..

• ..in podatki o nakupovalnih navadah http://www.pathintelligence.com/video/

Komunikacija in navigacija s pomočjo satelitov

• Pokrivanje območij s satelitskimi signali– dopolnjevanje obstoječe prizemne

komunikacijske infrastrukture• pomemben člen pri optimizaciji povezljivosti

“kjerkoli, kadarkoli” v omrežjih 4G (5G)• pomembna vloga na območjih brez prizemne

infrastrukture– morja in oceani, puščave, gore

– postavitev visokih “baznih postaj” oz. “letečih ur”• bolj vertikalno pokrivanje ozemlja s signalom• dosegljivost tudi v dolinah in soteskah

geostacionarna tirnica

nizka tirnica

srednja tirnica (GPS)

• Prednosti– pokrivanje zelo velikih geografskih območij– premoščanje nepokritih področij– cenovna politika neodvisna od razdalje oz. lokacije klica– možnost sprejema broadcast sporočil– kopica možnih storitev s področja zaščite in reševanja

• Slabosti– veliki stroški vzpostavitve sistema– motnje v komunikaciji in zakasnitve– zasedenost frekvenc in tirnic– v večini potrebna vidnost prostega neba– slaba razpoložljivost terminalne opreme– in dostopa do tehnologije

Prednosti in slabosti satelitskih komunikacij

po A. Štern 2012

Satelitska radionavigacija (GNSS)

• Leteče ure (sateliti GPS oz. GNSS) oddajajo signale, sprejemniki na Zemlji jih sprejemajo in določajo svoj položaj (PVT)

• Pot signala od satelita (v srednji tirnici, 20.000 km) do sprejemnika na Zemlji se pot začne v brezzračnem prostoru (vakuumu), nadaljuje skozi ionosfero (ionizirana atmosfera) in konča v troposferi (vremenski vplivi). Vsi delci, ki jih signal na poti sreča, zavirajo njegovo potovanje in mu jemljejo moč.

• Kako natančen je izračun položaja?– Natančnost je odvisna od števila satelitov nad obzorjem in vzorca

njihove razporeditve v času določanja položaja (vzorec razporeditve se na pribl. 12 h ponovi)

• Kako zanesljiv je izračun položaja?– Prisotnost šumov

• Naravnih (izredna Sončeva dejavnost, ionosfera) • Umetnih (oddajanje na sosednjih frekvencah)

– Prisotnost motenj• Nenamernih (‘nehote vklopljen motilnik...’)• Namernih (zmanjšati nadzor, neplačevanja)• Odpornost ‘navadnih’ sprejemnikov na motnje• Potvarjanje položaja (finančni interesi (KRIVOLOV) in kriminalna dejavnost –

TRANSPORT NEVARNIH SNOVI)

Problem 2

Pojavljajo se primeri krivololova v zaščitenih območjih. Plovila oddajajo lažne podatke o svojem položaju.

• Kako zaščititi javljalnike položaja vozil/plovil pred vdori oz. potvarjanji (spoofing/meaconing)?

Kro

ener,

Dim

c, H

ard

enin

g o

f ci

vili

an G

NSS t

rack

ers

Zaščit

a p

od

atk

ov o

polo

žaju

plo

vil

Zmanjšanje možnosti potvarjanja poslanih VMS

podatkovKako zaščitimoKako zaščitimo sprejemnik

GNSS in oddajnik signalov na plovilih, ki oddaja informacije (VMS) za sledenje:

• Zaznavamo, če nekdo prekriva sprejemnik/oddajnik s kovinsko škatlo

• Fizično onemogočamo poseg v škatlo v kateri je sprejemnik GNSS

• Preverjamo ali so signali GNSS istovetni? (authetication, ali sprejeti signali GNSS pripadajo resničnim satelitom?)

Kro

ener,

Dim

c, H

ard

enin

g o

f ci

vili

an G

NSS t

rack

ers

Digitalne modulacije• nQAM kvadraturne amplitudne modulacije

– spreminjanje dveh parametrov: amplitude in faze– konstelacijski diagram - prikaz simbolov

• vsak simbol pri nQAM nosi k bitov• pri 16QAM nosi vsak simbol log2n=k=4 bite• 2 bita določata amplitudo, 2 pa fazo

– vpliv šuma• šum premika lokacije simbolov v naključni

smeri• pri dani moči se posamezni simboli naključno

približujejo– mejne hitrosti

• moč pada s kvadratom razdalje– razdalje med simboli se hitro bližajo– pri istem šumu enkrat simboli trčijo

• omejitev višjih redov modulacije z razpoložljivo močjo

– hitrejši prenos -> bližje anteni

Konstelacijski diagram 16QAM

šum

c(t) = C cos (ωct + φc)

moč

po A. Štern, 2012

Problem 3

Zaznavanje delujočih satelitskih telefonov na morju lahko pomaga, da reševalci hitreje najdejo izvor klica na pomoč.

• Ali je signal, ki ga sprejemamo, res signal satelitskega telefona in koliko si v tem razpoznavanju lahko pomagamo s programskim radiem (software defined radio)?

Dim

c, B

ald

ini, S

itham

para

nata

n,

Exp

erim

enta

l det

ectio

n of

sa

telli

te-m

obile

tra

nsm

issi

ons

with

cyc

lost

atio

narit

y fe

atur

es

Zazn

avan

je s

ate

lits

kih

kom

un

ikacij

Zaznavanje določene vrste EMV v prostoru

Zaznavanje Zaznavanje prisotnosti moči IN vrste kodiranja na sat. up-link frekvenci

• za down-link: občutljiv sprejemnik (satelit 35 000 km)

• analiza

Dim

c, B

ald

ini, S

itham

para

nata

n,

Exp

erim

enta

l det

ectio

n of

sa

telli

te-m

obile

tra

nsm

issi

ons

with

cyc

lost

atio

narit

y fe

atur

es

Iz oblike grafa sklepamo, da je signal, ki smo ga prestregli, res iskani signal

Sprehod po poglavjih

• Elektrostatika • Elektrodinamika• Elementi električnega tokokroga

• Veriga generiranja, transformiranja in

uporabe električne energije

• Elektronika v prometu • Osnovni pojmi regulacije v prometu

Elektronika in regulacije

• Elektronika v prometu

• Osnovni pojmi regulacije v prometu

Pomen znaka: PRI VOŽNJI S TOVORNJAKI PO TEJ CESTI

NE UPORABLJAJTE SATELITSKE NAVIGACIJE!

Elektronika v prometu

• Radijske (komunikacijske) naprave (značilnosti in načini razširjanja emv, smisel modulacije, sevanje)

• Energetska elektronika (gospodarnost izrabe energetskih virov: goriva, el. energije)

• Krmilja in avtomatske naprave (mikroprocesor, računalniški sistemi, sistemi vodenja - vključno z navigacijo)

• Stik človek-naprava (senzorji, vmesniki, aktuatorji (ABS), prikazovalniki)

• Prometna infrastruktura (signalizacija, radar, nadzorna središča,…)

Elektronika v prometu• Vidiki ( obravnavanje informacij, ki omogočajo

nemoten promet)• Upoštevanje naravnih zakonov za lažje delo in

življenje• Elektronski elementi (generiranje signalov,

analogna in digitalna obdelava signalov,…)• Postopki (modulacija, ojačevanje, obdelava

informacij)• Naprave (procesorji, krmilja, števne zanke,

radijske naprave, signalizacija, RFID…)• Sistemi (računalniški sistemi, satelitska

radionavigacija (GNSS), pomoč pri vožnji, …)– težave zapletenih sistemov (npr. večpotje)

Pomoč pri vožnji

•vozilo vozi po cesti •položaj spremlja naprava OBU (on board unit)•odseki z omejitvami hitrosti so shranjeni v pomnilniku OBU•ko vozilo vstopi v odsek z omejitvijo hitrosti, ga opozori zvočni signal, (v kasnejših različicah ASA celo odvzame plin)

ASA

Zanesljivost navigacijeZgradbe v mestnih jedrih odbijajo in senčijo signale navigacijskih satelitov, kar pogosto povzroča napake.

Rešiti težavo mestnih sotesk

Osnovni pojmi regulacije

• Smisel regulacije (…doseči zanesljivo boljši (varnejši) potek dogodkov, kot če sistem prepustimo samemu sebi…)

• Katere veličine v prometu reguliramo? (informacije vplivajo na obnašanje voznikov) posredno na količino prometa, uspeh mogoč, če upoštevamo na kapaciteto ceste

• S katerimi sredstvi prometne avtomatizacije razpolagamo? (semaforji, dinamični portali, prilagodljive omejitve hitrosti, cestninjenje, …)

regulator prometni sistemnpr. želen

pretok

trenutni pretok

senzorski sistem

Σ

Osnovni pojmi regulacije

•Postopki (primer dozirani dostop, vodenje voznega parka, …)

•Vsebina regulacijske zanke, pomen zanesljivosti upravljanja z informacijami senzorjev (računalniški vid)

Osnovni pojmi regulacije

• Pričakovanja od regulacij– manj zastojev – dvig povprečne hitrosti– krajši potovalni časi– manjši vplivi na okolje– manjši stroški vožnje

– … Kliknite na sliko

Po točkah zapišite kako sistem deluje in mi pošljite vaš opis po pošti.

Problem 4

Tovornjaki se na poti z pristanišča Koper v Bertokih vključujejo na AC.

• Ali bi sistem doziranega dostopa (ramp metering) izboljšal varnost njihovega vključevanja v hiter prometni tok?

Dim

c, V

alič

, A

ppro

pria

tene

ss o

f Ram

p M

eter

ing

of H

eavy

Tra

ffic

from

Por

t of

Kop

er o

n A

1 H

ighw

ay R

amp

‘Ber

toki

’

Rešit

ev d

ozi

ran

i d

osto

p -

Bert

oki

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 240

100

200

300

400

500

600

Q1

0 m

in

time (hour)

Thursday, May 12-th, 2005

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

0

100

200

300

400

500

600

Q1

0 m

in

day of month

May 2005

Pretok po A1 ob Pretok po A1 ob odcepu Bertoki z odcepu Bertoki z zankami QLD 6zankami QLD 6

vir: DRSC

0

2500

5000

7500

10000

12500Jan

Feb

Mar

Apr

Maj

Jun

Jul

Avg

Sept

Okt

Nov

Dec

2000 2001 20022003 2004 20052006

Vstopajoči tovornjaki v Vstopajoči tovornjaki v pristanišče Koperpristanišče Koper

vir Luka Koper

Divača

Koper

200 m

• Podatki

A1 (A1 (vir: Promet 2003) :) :

45.000 vozil/dan 45.000 vozil/dan

10% tovornih10% tovornih

Dim

c, V

alič

, A

ppro

pria

tene

ss o

f Ram

p M

eter

ing

of H

eavy

Tra

ffic

from

Por

t of

Kop

er o

n A

1 H

ighw

ay R

amp

‘Ber

toki

’

Dim

c, V

alič

, A

ppro

pria

tene

ss o

f Ram

p M

eter

ing

of H

eavy

Tra

ffic

from

Por

t of

Kop

er o

n A

1 H

ighw

ay R

amp

‘Ber

toki

’

Rešit

ev d

ozi

ran

i d

osto

p -

Bert

oki

• Predlog

Če imate še kaj časa..

Inmarsat• International Maritime

Satellite Organization– začetek zagotavljanja

komunikacijskih storitev pomorščakom leta 1982

– zagotavlja komercialne storitve in javno brezplačno pomoč v sili

• GMDSS - Global Maritime Distress Safety System - prioritetna komunikacija v sili

• EPIRB - Emergency Position Indicating Radio Beacon

• Vrste storitev– govorne storitve– sporočilne storitve SMS/faks– videotelefonija– podatkovne storitve različnih

tipov• 600-9600 bit/s - telemetrija• 64 kbit/s - vodovni prenos

(CS)• 492 kbit/s - paketni prenos

(PS)

po A. Štern 2012

Pokrivanje Inmarsat• Sateliti v geosinhroni tirnici na 35,786

km– 3 generacije satelitov I-2, I-3 in I-4 (skupaj

10 SAT)• generacija 2 (2 SAT) se izteka po 20 letih• generacija 3 (5 SAT) zagotavlja osnovne

storitve• generacija 4 (3 SAT) zagotavlja storitve IP

BGAN

po A. Štern 2012

Iridium• Prvi poskus zagotavljanja globalne satelitske telefonije 1998

– začetni neuspeh - odmevna zgodba o nezrelosti uporabniškega trga• razlogi: cena storitev in opreme, velikost terminalov, primerjava z GSM

– leta 2001 ponovno oživetje projekta s kapitalom 6 mrd. $• današnje tržišče obsega 523.000 uporabnikov po celem svetu (dec.

11)• Vrste storitev

– govorne in podatkovne storitve• govorni kodeki od 2.2 do 3.8 kbit/s• omogočen prenos IP do 10 kbit/s• dosežena latenca 1800 ms

– sporočilne in enosmerne paging storitve• pošiljanje SBD (Short Burst Data)• sporočila <2 kB s časom prenosa

od 6 do 22 sekund

po A. Štern 2012

Thuraya• Pokriva zgolj določene regije z 2 GEO satelitoma

– osrednja in južna Evropa, srednji Vzhod, S Afrika, del Azije in Avstralije– uporaba 200 ločenih nastavljivih antenskih snopov (angl. spot beam)

Vrste storitev•govorne storitve•prenos kratkih sporočil SMS•prenos podatkov

•9,6 kbit/s za podatke in faks•60/15 kbit/s DL/UL za GmPRS podatke•444 kbit/s z uporabo prenosnih terminalov

•podpora GPS na vseh terminalih•podpora več storitvam: govorni predal, WAP, “Prayer service”•klici v sili z natančnim sporočanjem lokacije

po A. Štern 2012