Systemy Bezprzewodowe. Paweł Kułakowski

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Systemy Bezprzewodowe. Paweł Kułakowski"

Franciszek Orzechowski
8 lat temu
Przeglądów:

1 Systemy Bezprzewodowe Paweł Kułakowski

5 Tematyka kursu - dekada łączności bezprzewodowej Gwałtowny rozwój sieci bezprzewodowych w ostatniej dekadzie: popyt na usługi łączności radiowej rozwój technologii VLSI sukces telefonii komórkowej i bezprzewodowego dostępu do internetu Ograniczenia/wyzwania: zaniki sygnału radiowego niskie przepustowości mobilność użytkowników

6 Tematy zajęć na laboratorium 1. Rozgrzewka. Transmisja radiowa, modulacje, układy anten. 2. Bitowa stopa błędów, model kanału, modulacje adaptacyjne 3. Propagacja wielodrogowa wewnątrz budynków 4. Zaniki sygnału w komunikacji mobilnej 5. Systemy wieloantenowe MIMO 6. Techniki lokalizacji bezprzewodowej 7. Lokalizacja pasywna 8. Protokoły rutingu geograficznego

7 Wykłady 1. Informacje organizacyjne. Podstawy transmisji bezprzewodowej i techniki antenowej. 2. Wyzwania stojące przed komunikacją bezprzewodową. Modelowanie kanału radiowego. 3. Propagacja fal radiowych. Optyka geometryczna. Ray Tracing. 4. Propagacja wielodrogowa. Zaniki sygnału radiowego. Interferencje międzysymbolowe. 5. Techniki diversity. Systemy wieloantenowe MIMO. 6. Techniki lokalizacji bezprzewodowej i nawigacja satelitarna. 7. Systemy Ultra Wideband. 8. Bezprzewodowe sieci sensorowe.

8 Kwestie organizacyjne Prowadzący: Paweł Kułakowski D5 pokój 122, telefon: Wykłady -> środy godz. 11:15, sala 127/D5 Materiały do wykładu: Proszę robić notatki!

9 Laboratorium 1. Zajęcia w środy, sala 128/D5, 2 grupy : - 13:15-15:30 Zajęcia trwają 2 godziny 15 minut. 2. Osiem obowiązkowych spotkań laboratoryjnych + colloquium ustne dla chcących poprawić ocenę 3. Zasady oceniania: - 10 pkt. do zdobycia na rozmowie pod koniec każdych zajęć - 40 pkt. potrzebnych do zaliczenia na każde 8 pkt. więcej to ocena 0.5 stopnia wyżej (skala ocen AGH)

10 Dla zainteresowanych, do czytania David Tse, Pramod Viswanath Fundamentals of Wireless Communication Andreas Molisch Wireless Communications

11 Podstawy radiokomunikacji i techniki antenowej - przypomnienie

12 Fale elektromagnetyczne k -> wektor falowy określa kierunek propagacji fali E D H B - natężenie pola elektrycznego [V/m] - indukcja elektryczna [C/m 2 ] - natężenie pola magnetycznego [A/m] - indukcja magnetyczna [Wb/m 2 ] Dla ośrodków liniowych: EM Wave D E 0 r H B H k E Z 0 Z > impedancja właściwa ośrodka - dla próżni: 120 [] r

13 Fale elektromagnetyczne źródło fali EM: polaryzacja wertykalna: natężenie pola elektrycznego: j( 2 f t ) E A e polaryzacja horyzontalna: A amplituda, - faza, f częstotliwość fali EM.

14 Fale elektromagnetyczne KAŻDA fala EM jest sumą (złożeniem, superpozycją) fal elementarnych o określonych A, oraz f.

15 Powierzchniowa gęstość mocy w hipotetycznym przypadku, gdy antena promieniuje równomiernie we wszystkich kierunkach, gęstość powierzchniowa mocy w odległości r wynosi: S P T 4 r w ogólnym przypadku: 2 P T moc sygnału nadawanego przez antenę S PT G 4 r T 2

16 Anteny i diagramy kierunkowe źródło fali EM: listek główny Anteny izotropowe oraz anteny promieniujące tylko w jednym, wybranym kierunku NIE ISTNIEJĄ. listki wsteczne listki boczne

17 Parametry anten Zysk kierunkowy D [dbi] stosunek gęstości mocy promieniowanej na danym kierunku do średniej gęstości mocy, w uproszczeniu: wzmocnienie sygnału na danym kierunku w porównaniu z anteną izotropową Zysk energetyczny G [dbi] iloczyn zysku kierunkowego i sprawności energetycznej anteny: G A D 95% Na kierunku maksymalnego promieniowania: D max i G max A 98% Kąt połowy mocy 2 3dB [] kąt poza którym moc sygnału spada o 3dB poniżej mocy maksymalnej

18 Przykłady diagramów kierunkowych

19 Przykłady diagramów kierunkowych

20 Parametry anten Powierzchnia (apertura) skuteczna A S [m 2 ] hipotetyczna, efektywna powierzchnia odbioru sygnału radiowego S gęstość powierzchniowa mocy w pobliżu anteny P R - moc odbierana na zaciskach anteny S PT G 4 r T 2 P S R A S P R P G 4 r T T 2 A S

21 Transmisja w kanale radiowym Nadajnik Kanał radiowy Odbiornik H ( f ) Ae j ( f ) S N I BER P T P R -> czułość odbiornika kodowanie modulacja dekodowanie demodulacja Błędy w transmisji -> kody korekcyjne FEC, retransmisje. UWAGA: omawiana jest pierwsza warstwa modelu OSI.

22 Modulacje Typowe modulacje: BPSK, QPSK, M-QAM, /4 offset QPSK, GMSK QPSK BPSK 16-QAM /4 offset QPSK

23 Modulacje Zależności bitowej stopy błędów BER od stosunku mocy sygnału do mocy szumu SNR dla różnych modulacji

24 Bilans energetyczny łącza radiowego Zapewnienie wystarczającej wartości SNR : BER BLER PER FER 24

25 SNR i E b /N 0 moc sygnału (czasem określana jako: moc nośnej C ) moc szumu S [W] N [W] widmowa gęstość mocy szumu energia przypadająca na jeden bit informacyjny J bit Eb Rb bit s W N 0 B [Hz] Hz szybkość transmisji bitów informacyjnych szerokość pasma częstotliwości krotność modulacji: m = log 2 M M -> liczba stanów w konstelacji symbolowa szybkość transmisji R bit s m b R s bit s sprawność zastosowanych kodów nadmiarowych 25

26 SNR, SIR, SINR systemy "noise-limited" np. łącza satelitarne SNR - SINR - Signal to Noise Ratio Signal to Interference and Noise Ratio SIR - Signal to Interference Ratio systemy "interference-limited" np. sieci komórkowe 26

27 Bilans SNR/SINR/SIR łącza radiowego Bilans mocy sygnału Strona nadawcza Kanał radiowy Strona odbiorcza Bilans mocy szumu i interferencji 27

28 Bilans łącza radiowego Effective Isotropic Radiate Power (P T + G T ± ) Receiver Antenna Gain SNR [db] = EIRP [dbw] PL [db] + G R [db] N [dbw] Path Loss (wg. odpowiedniego modelu kanału radiowego) Noise Power

29 Układy anten Kształtowanie charakterystyk promieniowania: A=1, =90 /4 A=1, =0 kierunek propagacji

30 Układy anten A=1, =90 /4 A=1, =0 kierunek propagacji

31 Układy anten A=1, =90 /4 A=1, =0

32 Układy anten Wybór położenia zer i maksimów charakterystyk Poprawa maksymalnego zysku kierunkowego Niwelowanie niepożądanych sygnałów zakłócających Anteny inteligentne -> modyfikacja charakterystyk promieniowania w reakcji na zmiany sygnałów radiowych docierających do anteny i zmiany w kanale radiowym

33 Dziękuję za uwagę Paweł Kułakowski

Podobne dokumenty

Systemy Bezprzewodowe. Paweł Kułakowski

Systemy Bezprzewodowe. Paweł Kułakowski Systemy Bezprzewodowe Paweł Kułakowski Tematyka kursu - lata komunikacji bezprzewodowej Gwałtowny rozwój sieci bezprzewodowych w ostatnich latach: rozwój urządzeń (smartfony, tablety, laptopy) i aplikacji