dr hab. inż. Alexander Ţariov, profesor PS, pok

Transkrypt

1 1

2 dr hab. inż. Alexander Ţariov, profesor PS, pok

3 Problematyka antenowa w systemach telekomunikacji bezprzewodowej 3

4 Jednym z ważnych elementów każdego łącza lub kanału bezprzewodowego, zrealizowanego w technice radiowej, jest urządzenie antenowe. 4

5 5

6 6

7 7

8 8

9 9

10 W transmisji radiowej sygnał z nadajnika jest przesyłany kablem antenowym do anteny, gdzie następuje jego wypromieniowanie w przestrzeń. W zależności od typu anteny sygnał może być nadawany z taką samą mocą we wszystkich kierunkach lub też może zostać skupiony w węższej wiązce wypromieniowanej w wybranym kierunku. 10

11 Emisję sygnału z anteny najlepiej opisuje tzw. charakterystyka anteny przedstawiana zwykle w postaci trójwymiarowej bryły która zawiera wypromieniowaną wiązkę. 11

12 12

13 Antena stanowi złącze pomiędzy nadajnikiem (lub odbiornikiem) a medium propagacyjnym. Antena jest urządzeniem całkowicie pasywnym, które nie jest w stanie wzmocnić całkowitej mocy sygnału. Jednakże anteny wykonane jako kierunkowe charakteryzują się zyskiem w wybranym kierunku w porównaniu do idealnej anteny dookólnej (izotropowej). 13

14 Ponieważ antena nie jest w stanie powiększyć całkowitej mocy sygnału, antena kierunkowa w pewnych kierunkach musi cechować się większymi stratami w porównaniu do anteny izotropowej. 14

15 W telekomunikacji rozgłoszeniowej (radiofonia FM, telewizja programowa) anteny nadawcze zazwyczaj mają równomierny zysk w płaszczyźnie poziomej, natomiast anteny odbiorcze są kierunkowe w celu ich optymalnego dostrojenia do nadajnika. 15

16 16

17 17

18 Z punktu widzenia fizyki antena jest po prostu odcinkiem przewodu o wymiarach porównywalnych z długością fali nośnej. Nie wdając się w dokładniejsze rozważania, można poprzestać na stwierdzeniu że antena jest najlepiej dopasowana do częstotliwości pracy gdy jej długość równa się długości fali. Ponieważ jednak warunek ten jest trudny do spełnienia (dla fal długich długość fali mierzy się w kilometrach), w praktyce stosuje się anteny półfalowe i ćwierćfalowe. 18

19 Ogólnie mówiąc, dobre wyniki można osiągnąć, stosując anteny o wymiarach rzędu ćwierć do połowy długości fali. 19

20 Jest więc rzeczą oczywistą, że systemy radiowe stosowane na samolotach lub statkach kosmicznych powinny pracować z takimi częstotliwościami, aby długości fal nie przekraczały co najwyżej kilku metrów, nie wchodzą natomiast w rachubę długości fal 10 m i więcej; także i atmosfera nie jest przenikliwa dla tych małych częstotliwości. 20

21 Jeśli elementy anteny są mniejsze niż jedna czwarta długości fali i wynoszą np. jedną dziesiątą lub setną długości fali, to wówczas bierna składowa impedancji anteny staje się zdecydowanie pojemnościowa, co wymaga dostrajania dużą indukcyjnością, a w rezultacie powoduje znaczne zmniejszenie skuteczności anteny, w sensie wielkości mocy wypromieniowanej lub odebranej. 21

22 Odległość od środka geometrycznego anteny do danego punktu na powierzchni bryły symbolizuje natężenie wypromieniowanego sygnału. Często określa się charakterystykę anteny podając szerokość kątową czyli tzw. dyspersję wypromieniowanej wiązki dla płaszczyzny poziomej i pionowej. Na przykład antena o charakterystyce dookólnej (promieniująca sygnał z taką samą mocą dookoła) ma kąt promieniowania wiązki 360 stopni (dla płaszczyzny poziomej). 22

23 Mówiąc o kierunkowości anteny często określa się szerokość wypromieniowanej wiązki. Anteny promieniujące wiązkę mocno rozproszoną określane są jako szerokokątne, podczas gdy anteny promieniujące wiązkę skupioną określane są jako kierunkowe, gdyż promieniują sygnał w jednym wybranym kierunku. 23

24 Charakterystyka anteny ma duży wpływ na zysk energetyczny anteny. Zysk ten, mierzony w decybelach [db] określa ile razy silniej antena promieniuje sygnał wzdłuż osi zwanej kierunkiem promieniowania w stosunku do promieniowania anteny teoretycznej, która jest pojedynczym punktem promieniującym sygnał z taką samą mocą we wszystkich kierunkach. Antena teoretyczna nie jest możliwa do zrealizowania w praktyce, ale jest niezbędna do przeprowadzenia obliczeń anten rzeczywistych. 24

25 Mimo skomplikowanej definicji zysk energetyczny anteny jest bardzo wygodnym pojęciem przy obliczaniu bilansu mocy. Im większy zysk energetyczny danej anteny tym węższą wiązkę ona promieniuje, ale jednocześnie bardziej "wzmacnia" sygnał w kierunku swojej osi. Na przykład antena o dużym zysku energetycznym wynoszącym 24dB promieniuje wiązką o szerokości tylko 7 stopni, podczas gdy antena o zysku 8.5 db promieniuje wiązkę o szerokości 75 stopni. 25

26 Anteny szerokokątne (o szerokości wiązki większej niż 60 stopni) i dookólne (szerokość wiązki 360 stopni) najlepiej nadają się do stacji bazowych w sieciach typu "punkt-wielopunkt", które muszą swoim zasięgiem "pokryć" wybrany obszar np. halę magazynową, port, lotnisko itp. Anteny kierunkowe są używane przede wszystkim do pojedyńczych łącz radiowych o większym zasięgu. 26

27 Na terenach, na których występuje duża liczba obiektów, od których sygnał radiowy może się odbić jak np. budynki, metalowe ogrodzenia, nisko przelatujące samoloty, zalecane jest stosowanie dwóch anten nadawczo -odbiorczych, gdyż w ten sposób można wyeliminować szkodliwy wpływ odbić tzw. fadingu. Przy odbiorze każdego pakietu urządzenie automatycznie wybiera jedną z anten, która w danym momencie odebrała lepszy sygnał. 27

28 Promieniowanie anteny można podzielić na dwie części - pole bliskie oraz pole dalekie. Będziemy rozważać wyłącznie pole dalekie, które jest polem dominującym w zakresie odległości większych od kilku długości fal sygnału (w końcu jest to sytuacja typowa). 28

29 Gęstość mocy promieniowanej przez antenę zmniejsza się z kwadratem odległości od anteny, co przypomina zachowanie pola grawitacyjnego i zresztą jest konsekwencją zbliżonego rozumowania. gdzie ρ jest powierzchniową gęstością mocy; P- całkowitą mocą nadawaną; G - zyskiem anteny w rozważanym kierunku, h -odległością od anteny. 29

30 Najbardziej typową anteną jest dipol: 30

31 Najbardziej efektywne sprzężenie pomiędzy anteną i nadajnikiem (lub odbiornikiem) ma miejsce wtedy, jeżeli elektryczna" długość anteny jest równa całkowitej wielokrotności połówek długości fali sygnału (l = raλ/2). Dla ra = 1 otrzymujemy najkrótszą antenę nazywaną dipolem półfalowym. Fizyczna długość dipola półfalowego jest równa w przybliżeniu 95% jego długości elektrycznej. 31

32 Na rysunku przedstawiono antenę fizycznie krótszą od dipolu półfalowego - monopol ćwiercfalowy - aczkolwiek z elektrycznego punktu widzenia równoważną dipolowi półfalowemu. 32

33 Zasada działania monopolu ćwierćfalowego wykorzystuje fakt, że powierzchnia Ziemi jest dobrym zwierciadłem dla fal radiowych, a więc może stanowić drugie zwierciadlane ramię dipolu. 33

34 Monopol ćwiercfalowy jest dobrą anteną odbiorczą dla radiokomunikacji ruchomej, ponieważ charakteryzuje się równomiernym zyskiem w płaszczyźnie poziomej. Monopol ćwiercfalowy emituje falę poprzeczną spolaryzowaną w taki sam sposób jak fala emitowana z dipola (pionowy dipol emituje falę poprzeczną z poziomym polem elektrycznym oraz pionowym polem magnetycznym). 34

35 W stacjonarnych odbiornikach telewizyjnych stosuje się przeważnie anteny o silnie zaznaczonej kierunkowości. Antenę taką buduje się w postaci układu dipoli. Typowym przykładem odbiorczej anteny telewizyjnej jest antena Yagi: h<λ/4 L > λ/2 L < λ/2 35

36 h<λ/4 L > λ/2 L < λ/2 Elementem aktywnym w antenie Yagi jest dipol (do tego dipola jest podłączone gniazdko antenowe odbiornika); za elementem aktywnym jest ustawiony reflektor, a przed elementem - kilka krótkich, nieaktywnych dipoli nazywanych direktorami. 36

37 Antena Yagi jest anteną o promieniowaniu osiowym, ponieważ kierunek największego zysku energetycznego jest zgodny z jej osią. 37

38 Dipole półfalowe oraz anteny na nich oparte są dostrojone do rezonansu do pewnej konkretnej częstotliwości, a więc mogą być wykorzystywane wyłącznie w łączności wąskopasmowej. 38

39 Z transmisją wąskopasmową mamy do czynienia wówczas (jest to kwestią umowy), jeżeli szerokość pasma sygnału nie przekracza 10% częstotliwości nośnej (lub częstotliwości rezonansowej). W przeciwnym przypadku, gdy szerokość pasma sygnału przekracza 10% częstotliwości nośnej, sygnał jest nazywany sygnałem szerokopasmowym. Sztuka konstrukcji dobrej anteny polega na uzyskaniu jak najszerszego pasma sygnału przy danej częstotliwości rezonansowej. 39

40 Anteny mikrofalowe Mikrofale są falami radiowymi(o częstotliwo-ściach większych od l GHz), które można skupiać w podobny sposób jak promieniowanie świetlne. Typowa antena mikrofalowa jest metalowym talerzem o kształcie parabolicznym. 40

41 W nadajniku energia promieniowania przez promiennik jest odbijana przez talerz jako wiązka równoległa, natomiast w odbiorniku padająca wiązka równoległa jest ogniskowana do detektora. W identyczny sposób działa teleskop odbijający Newtona wykorzystywany w astronomii optycznej. 41

42 Rysunek ilustruje definicję paraboli jako miejsca geometrycznego wszystkich punktów P równoodległych od ogniska paraboli F oraz od linii prostej nazywanej jej kierownicą. 42

43 Powierzchnia anteny (lub zwierciadła w przypadku promieniowania świetlnego) powstaje w wyniku obrotu paraboli wokół osi x. Załóżmy, że kierownica paraboli jest oddalona od początku układu współrzędnych o - a, a ognisko F od początku o +a. 43

44 Przenieśmy teraz kierownicę paraboli na jej "drugą" stronę tak, jak pokazano to na rysunkie. Zauważmy, że dla wszystkich promieni, równoległych do osi x, wychodzących z kierownicy, odległość do ogniska F jest jednakowa. 44

45 Zgodnie z falową teorią światła i zasadą Huygensa, jeżeli punkty na wewnętrznej powierzchni paraboli będziemy traktować jako wtórne źródła fal (po ich oświetleniu), to wszystkie promienie wychodzące z linii prostopadłej do osi x przybędą razem do ogniska, a więc wiązka światła zostanie zogniskowana w punkcie F. 45

46 46

47 W przypadku, gdy długość fal jest znacznie mniejsza od rozmiarów przeszkody, fale rozchodzą się w liniach prostych, nazywanych promieniami. Takie podejście do analizy rozchodzenia się światła nazywamy optyką geometryczną. Fale nie zawsze rozchodzą się w liniach prostych, przecież fale radiowe mogą uginać się na budynkach lub innych przeszkodach, jeżeli tylko długość fali jest porównywalna z rozmiarami przeszkody. 47

48 Mikrofale mogą przekazywać strumienie o dużej przepustowości, ponieważ w zakresie dużych częstotliwości nośnych można przesyłać sygnały szerokopasmowe. Łączność mikrofalowa opiera się na propagacji troposferycznej (dohoryzontowej). 48

49 Oznacza to, że w obszarze miasta można zbudować szybką, bezprzewodową sieć transmisji danych, a można też zbudować dalekosiężne łącze danych, w którym sygnał jest przekazywany od przekaźnika do przekaźnika umieszczonego w zasięgu optycznym. Anteny są zazwyczaj umieszczane na szczytach wzgórz lub na wysokich budynkach tak, aby maksymalnie powiększyć ich zasięg optyczny (nie więcej niż ok. 80 km, w zależności od wysokości anteny oraz częstotliwości sygnału). 49

50 50

51 systemów radiolokacji oraz systemów telefonii Łączy mikrofalowych zaczęto używać pod koniec II wojny światowej. Służyły one początkowo do łączenia nośnej. Po wojnie stosowano je zwłaszcza dla transmisji sygnału telewizji i na szeroką skalę w telefonii. Wraz z rozwojem techniki półprzewodnikowej, cywilnym wykorzystywaniem technologii kosmicznych, na świecie zaczęto stosować radiolinie również poza 51 wymienionymi dziedzinami.

52 Powstały niewielkie kompaktowe urządzenia, łatwe do instalacji, nie wymagające dużych inwestycji. Radiolinie wykorzystano również do przesyłania w telewizji przemysłowej, przy tworzeniu rozległych sieci komputerowych, zastosowano w systemach zabezpieczeń terenów rozległych, do monitorowania środowiska, tworzenia systemów telefonii mobilnej. 52

53 Dalszy burzliwy rozwój zastosowań łączy mikrofalowych nastąpił wraz z rozwojem Internetu. W miejscach gdzie dotychczasowe przyłącza sieci telefonicznych nie są dostateczne a budowa sieci ISDN nieekonomiczna, postawienie łącza mikrofalowego rozwiązuje problemy szybko i skutecznie. 53

54 celu: Transmisje mikrofalowe są stosowane w łączności między dwoma budynkami w mieście; komunikacji na terenach otwartych, gdzie położenie kabla nie jest opłacalne (pustynie, bagna, obszary wodne); zapewnienia połączeń naziemnych dublujących inne rodzaje komunikacji publicznej; zapewnienia łączności satelitarnej ze stacjami naziemnymi. 54

55 Zakres częstotliwości, na których działają naziemne łącza mikrofalowe na potrzeby telekomunikacji, jest różnie definiowany. Najczęściej stosowane długości fali radiowej w zakresie centymetrowym, od l m do l mm, odpowiadają częstotliwościom od 0,3 GHz do 30 GHz, niekiedy nawet do 300 GHz (0,1 mm). 55

56 Tak znaczne częstotliwości nośne umożliwiają uzyskanie dużych szerokości pasma pozwalających na tworzenie dużej liczby kanałów dla telekomunikacji, zgrupowanych w trzech kategoriach: małej pojemności (wąskopasmowe) - zawierające do 120 analogowych kanałów telefonicznych lub kanały cyfrowe o łącznej przepływności do 10 Mb/s; średniej pojemności - obejmujące od 120 do 300 kanałów analogowych lub kanały cyfrowe 10 do 100 Mb/s; dużej pojemności ~ powyżej 300 kanałów telefonicznych lub cyfrowe o przepływności powyżej 100 Mb/s. 56

57 Z reguły (są wyjątki), radiolinia składa się z dwóch współpracujących ze sobą stacji. Przestrzeń między antenami, w której odbywa się transmisja musi być całkowicie wolna. Nie mogą tam znajdować się drzewa, krzewy, czy jakiekolwiek zabudowania. 57

58 Transmisja energii odbywa się w t.zw. 1 strefie Fresnela, mającej kształt elipsoidy (t.j. bryły obrotowej o eliptycznym przekroju podłużnym). Fresnel Zone 58

59 59

60 60

61 Mikrofale są także wykorzystywane w łączności satelitarnej. W celu uniknięcia ustawicznego przestawiania czaszy anteny w pogoni za satelitą, satelity telekomunikacyjne są często umieszczane na orbicie geostacjonamej. Satelita geostacjonamy jest zawieszony" ciągle nad tym samym punktem kuli ziemskiej, jego czas obiegu jest bowiem równy dokładnie jednej dobie. Do sytuacji takiej dochodzi wyłącznie wtedy, gdy satelita jest umieszczony na wysokości km nad równikiem ziemskim. 61

62 Satelity działają jako transpondery. satellite transponder dish 22,300 miles dish uplink station downlink station 62

63 Opóźnienie przekazania za pośrednictwem satelity wiadomości od stacji naziemnej A do stacji naziemnej B i z powrotem wynosi co najmniej t = 4h/c = 0,48 s (przy założeniu, że obydwie stacje naziemne znajdują się wprost 63 pod satelitą).

64 Stosunkowo duże opóźnienie w oczekiwaniu na odpowiedź stwarza problemy przy transmisji sygnału mowy. Opóźnienie około pół sekundy jest jeszcze do przyjęcia, natomiast opóźnienie jednosekundowe z pewnością już nie, rozmówcy są bowiem wtedy przekonani, że ich wypowiedź nie dotarła do drugiej osoby i należy ją powtórzyć. 64

65 Z tego powodu protokoły transmisji danych w łączach satelitarnych są tak modyfikowane, aby zmniejszyć do minimum czas oczekiwania informacji na transmisję (protokół HDLC w wersji rozszerzonej). 65

66 Satelity wprost idealnie nadają się do transmisji rozsiewczej i stanowią z ekonomicznego punktu widzenia atrakcyjną alternatywę infrastruktury telekomunikacyjnej, szczególnie na obszarach o niewielkiej gęstości zaludnienia lub w krajach rozwijających się. 66

67 67

68 Anteny inteligentne (Smart antennas) Działanie współczesnych systemów telekomunikacji bezprzewodowej opiera się na strukturze komórkowej, w której rolę interfejsu radiowego spełnia ruchomy kanał radiowy. Przy użyciu tego kanału użytkownik systemu uzyskuje dostęp do usług telekomunikacyjnych poprzez stację bazową. 68

69 Urządzenie antenowe stacji bazowej w postaci anteny inteligentnej, które ma współpracować z zapchanym widmowo bezprzewodowym medium transmisyjnym, tzn. ze środowiskiem propagacji fal radiowych, musi dostosowywać w czasie rzeczywistym swoje właściwości kierunkowe do zmieniającego się położenia terminalu użytkownika ruchomego oraz do zmieniającego się rozkładu sygnałów zakłócających. 69

70 Oznacza to, że w celu zapewnienia ciągłości transmisji wiązka główna anteny inteligentnej musi być zawsze zorientowana w kierunku użytkownika ruchomego, a ściślej w kierunku nadejścia sygnałów od tego użytkownika. Ponadto, w celu ograniczenia wpływu sygnałów zakłócających, na kierunkach ich nadejścia powinny być położone lokalne minima charakterystyki promieniowania tej anteny. 70

71 Anteny inteligentne to to znacznie więcej, niż określenie rodzaju anteny. Jest to to powszechna nazwa jednej z nowoczesnych technik łączności bezprzewodowej, która wykorzystuje wieloelementowe układy antenowe (szyki antenowe) oraz zaawansowaną obróbkę sygnałów. 71

72 We współczesnych systemach radiokomunikacyjnych jest konieczne stosowanie anten inteligentnych, ponieważ umożliwiają one zwiększenie zasięgu stacji bazowej przez zwiększenie zysku anteny, zmniejszenie kosztów instalacji wstępnej systemu, zabezpieczenie systemu przed zakłóceniami, polepszenie łączności przez zarządzanie propagacją wielodrogową oraz zwiększenie pojemności systemu. Wszystkie wymienione cechy są wynikiem zdolności anten inteligentnych do rozpoznawania sygnałów nadchodzących z różnych kierunków. 72

73 Dlatego anteny te stanowią znaczącą część nowoczesnych systemów komunikacji ruchomej (lądowej, jak i satelitarnej), które w ostatniej dekadzie są jedną z najbardziej dynamicznie rozwijających się dziedzin techniki. 73

74 74

75 75

76 Wielosektorowa konfiguracja charakterystyki anteny 76

77 Układy wieloantenowe MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) 77

78 78

79 Antena MIMO 79

80 Anteny fraktalne Anteny oparte na geometrii fraktalnej posiadają unikalne właściwości dzięki specyfice warunków brzegowych spełnianych na ich powierzchniach. Zastosowanie krzywych wypełniających przestrzeń umożliwia miniaturyzację rezonatora, podczas gdy użycie promiennika o kształcie cechującym się samopodobieństwem może prowadzić do uzyskania wielopasmowego zachowania anteny. 80

81 Miniaturowe anteny fraktalne, oparte na krzywych wypełniających przestrzeń, bazują na efekcie zwiększenia długości elektrycznej. Zastosowanie skomplikowanych kształtów fraktalnych wymusza bardziej skomplikowaną, przez co dłuższą, drogę prądów na powierzchni promiennika. Na skutek tego częstotliwość rezonansowa anteny o ustalonych rozmiarach zewnętrznych ulega obniżeniu. 81

82 82

83 Rozchodzenie się fal radiowych i kanały y radiowe 83

84 Rozchodzenie się sygnału (czyli propagacja) w rzeczywistym kanale radiowym występującym w systemach radiokomunikacji ruchomej znacznie odbiega od propagacji w wolnej przestrzeni. Widoczne jest to zarówno w wielkości tłumienia, jakiemu poddawany jest sygnał przesyłany w kanale, jak i w różnego typu zniekształceniach wprowadzanych przez kanał radiowy. 84

85 Na przykład, w warunkach rzeczywistych, natężenie pola elektromagnetycznego maleje wraz ze wzrostem odległości pomiędzy terminalem a stacją bazową w sposób znacznie szybszy, aniżeli wynikałoby z zależności obowiązujących dla propagacji w wolnej przestrzeni. 85

86 Transmisja wielodrogowa 86

87 Podstawowym zjawiskiem kształtującym propagację sygnału w rzeczywistym kanale radiowym jest transmisja wielodrogowa. Zjawisko to polega na tym, że na skutek obecności na drodze sygnału takich przeszkód jak budynki, elementy ukształtowania terenu lub samochody, poszczególne promienie sygnału ulegają odbiciu, ugięciu i rozpraszaniu. W efekcie sygnał docierający do odbiornika jest wypadkową wielu fal radiowych, które pokonały drogi o różnej długości. Z tego powodu zaprojektowanie odbiornika dekodującego w sposób niezawodny przesyłania sygnału jest skomplikowane. 87

88 88

89 Z drugiej strony, na terenach gęsto zabudowanych często zdarza się, że nie istnieje prosta, bezpośrednia droga pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem, a sygnał informacyjny ma szansę dotrzeć do odbiornika jedynie dzięki fali odbitej lub ugiętej. Propagacja wielodrogowa jest w tej sytuacji zjawiskiem pożądanym, likwidującym skutki tzw. cienia radiowego.! 89

90 W rzeczywistym środowisku propagacyjnym, moc sygnału odbieranego przez poruszającą się stacje ruchomą zmienia się na przemian, maleje i wzrasta w zależności od konfiguracji przeszkód znajdujących się w danej chwili na drodze sygnału. Wynikają z tego stosunkowo wolnozmienne zaniki mocy sygnału radiowego, zwane także "efektem cienia radiowego". Odstęp czasu pomiędzy takimi zanikami, dla stacji ruchomych montowanych w samochodach, wynosi typowo kilka sekund. 90

91 Z drugiej strony, do anteny w odbiorniku dochodzą promienie, które przebyły drogi o różnej długości, mają, więc różną amplitudę oraz fazę, a więc i różne znaki. Jeśli dwie składowe docierające do odbiornika i niosące tę samą informację mają ten sam znak, wówczas oba sygnały wzmacniają się i uzyskujemy bardzo dobre warunki odbioru. Jeśli jednak znaki obu składowych są przeciwne, wówczas dochodzi do wytłumienia sygnału, czyli zaniku. 91

92 O tym czy dochodzi do wzmocnienia sygnału czy też do wytłumienia decyduje wzajemne położenie obu anten oraz przeszkód, mierzone z dokładnością do pojedynczych centymetrów. 92

93 Dość powiedzieć, że sąsiednie minima i maksima sygnału oddalone są od siebie zaledwie o λ/2, czyli o pól długości fali, a więc o odległość 17 cm lub 8 cm (dla sieci GSM pracującej na częstotliwości 900 MHz λ=33 cm, a dla sieci działającej na częstotliwości 1800 MHz λ=17 cm). Jeśli terminal GSM zamontowany jest w samochodzie poruszającym się z szybkością np. 80 km/h, wówczas antena odbiornika wpada w zanik co 3-7 ms, zależnie od pasma częstotliwości, a więc kilkaset razy w ciągu sekundy - stąd nazwa zaniki szybkozmienne. 93

94 94

95 Efekt Dopplera 95

96 Drugim zjawiskiem mającym istotne znaczenie dla transmisji fal radiowych w rzeczywistych kanałach radiowych jest tzw. efekt Dopplera. Zjawisko to sprawia, że częstotliwości fal radiowych nadawanych lub odbieranych przez poruszające się obiekty ulega przesunięciu (podwyższeniu lub obniżeniu), zależnie od prędkości i kierunku poruszania się obiektu. 96

97 Doppler Christian Johann ( ), austriacki astronom i fizyk, profesor uniwersytetu w Wiedniu. Odkrył iwytłumaczył zjawisko zmiany obserwowanej częstotliwości fali wywołanej względnym ruchem. Autor licznych prac z zakresu optyki i astronomii 97 instrumentalnej.

98 Podobnie jak w przypadku wielu innych zjawisk fizycznych, efekt Dopplera może być zjawiskiem pożądanym, np. w oparciu o niego działają radary, ale w przypadku sieci telefonii komórkowej jest on znacznym utrudnieniem, ograniczającym możliwości transmisyjne urządzeń nadawczo-odbiorczych. Dla nadajnika pracującego cego z częstotliwo stotliwością 900 MHz odbiornik poruszający się z prędko dkością 60 km/h odbierze częstotliwo stotliwość przesuniętą o około o 50 Hz. 98

99 Z drugiej strony efekt Dopplera może być wykorzystywany do pomiaru względnych prędkości w radionawigacji lotniczej, sterowaniu rakietami lub satelitami, a także w radiowej kontroli szybkości na drogach. 99

100 Nadajnik i odbiornik znajdują się w ruchu względem siebie i ośrodka. Przed nadajnikiem fale ulegają zagęszczeniu, a za nim rozrzedzeniu. Wpływa to na częstotliwości nadawane i obierane 100 przez te urządzenia.

101 Szumy i zakłócenia 101

102 Sygnał przesyłany w kanale radiowym jest zniekształcany przez dodające się do niego szumy i zakłócenia. Są one zarówno pochodzenia naturalnego (np. szum termiczny, promieniowanie kosmiczne) jak i także efektem działania człowieka. W sieciach radiokomunikacyjnych szczególnie dokuczliwym źródłem zakłóceń są sygnały pochodzące od innych nadajników radiowych pracujących na danym terenie. 102

103 Warto pamiętać, ze w sieciach komórkowych ta sama częstotliwość wykorzystywana jest wielokrotnie w różnych komórkach do obsługiwania różnych abonentów. Wprawdzie odległość ta jest dobrana starannie w taki sposób, aby poziom zakłóceń (tzw. zakłócenia współkanałowe) był niewielki, ale z uwagi na statystyczny charakter propagacji fal radiowych, nie jest możliwe całkowite zabezpieczenie się przed wpływem tych zakłóceń. 103

104 Z jednej strony, chodzi tu o nadajniki sieci radiokomunikacyjnych, zarówno siacie bazowe jak i terminale innych użytkowników. Z drugiej strony na danym terenie działają nadajniki innych systemów radiokomunikacyjnych, zarówno systemów łączności jak i systemów radiofonicznych i telewizyjnych, a także systemów radiolokacji itp. Do sygnału dodają się także zakłócenia pochodzące od linii energetycznych, trakcji tramwajowej, silników iskrowych itd. 104

105 Podsumowując, wszystkie powyższe zjawiska sprawiają, ze przesyłanie sygnału radiowego w warunkach rzeczywistych opisywane jest jedynie w sposób statystyczny, a zaprojektowanie niezawodnego systemu transmisyjnego do przesyłania sygnału w kanale radiowym jest trudne i wymaga skomplikowanych rozwiązań technicznych. 105

106 ANTENY 106

107 107

108 108

109 109

110 110

111 111

112 112

113 113

114 114

115 115

116 116

117 117

118 118

119 119

120 120

121 121

122 122

123 123

124 124