Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 1 Infocommunication systems Infokommunikációs rendszerek Lecture 3. előadás Radio transmission Rádiós átvitel.

Az előadások a következő témára: "Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 1 Infocommunication systems Infokommunikációs rendszerek Lecture 3. előadás Radio transmission Rádiós átvitel."— Előadás másolata:

1 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 1 Infocommunication systems Infokommunikációs rendszerek Lecture 3. előadás Radio transmission Rádiós átvitel Takács György

2 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 2 Radio transmission media Frequency bands and wave propagation modes Terrestrial radio connection Satellite communication In door radio connection

3 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 3 Media characteristics Transmission parameters (path loss, delay, fading, radio interferences) Reliability and availability - equipment and propagation parameters (lightning, snow, rain, fog, smoke) Openness – interferences - privacy

4 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 4 Is radio communication a technical issue (1)? Radio communications use open and common media. Using a radio frequency means consuming. So management of radio frequency is inevitable. Using a radio frequency means a kind of environment pollution! Frequency police? Radio frequencies are limited resources. The „good” frequencies are already consumed. Frequency fees! ORTT. Propagation of radio waves do not consider political borders! Frequency management is a typical international process. (CCIR, ITU-R)

5 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 5 Is radio communication a technical issue (2)? Radio frequencies have considerable physiological effect! Antennas are considered as special constructions. Local municipalities regulate construction rules and issue building licences. Satellite positions are limited resources too. The „good” positions are consumed. Differential equations of electromagnetic wave propagation are quite simple – in the case of plane wave and free space. Solutions in real geographic situations (among hills, valleys, buildings or especially inside buildings) are extremely difficult.

6 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 6 Frequency bands and wave propagation modes LF (30-300kHz) MF (300-3000kHz) HF (3-30 MHz) VHF (30-300 MHz) UHF (300-3000MHz) SHF (centimetric waves, 3-30GHz) EHF (millimetric waves, 30-300GHz)

7 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 7 Propagation modes and antennas LF MF

8 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 8

9 9 Propagation modes and antennas HF

10 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 10

11 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 11 Propagation modes and antennas UHF VHF SHF EHF

12 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 12

13 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 13

14 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 14

15 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 15

16 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 16 in free space (ε 0,µ 0 ): plane-wave solution 1. electric and magnetic field vectors are perpendicular 2. ratio of their amplitudes is a constant and called as free-space wave impedance

17 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 17 Reflection coefficient characteristic impedance

18 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 18 Free space radio link (LOS) P T transmitted power A e effective area of antenna G gain of antenna λ wavelength d distance

19 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 19

20 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 20 Example by GSM mobile system Base station d=30m P=50W d=3cm P=5W P r =kP T /d 2 P r =k×0,0555 P r =k×5555 100000×

21 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 21 Property of a radiated electromagnetic wave describing the time varying direction and relative magnitude of the electric-field vector In general the field is elliptically polarized Linear and circular polarizations are special cases Polarization:

22 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 22 Reflection The amplitude, phase and polarization of the reflected wave is determined by the material parameters of the medias and the surface irregularity.

23 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 23

24 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 24

25 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 25

26 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 26 Propagation with direct and reflected waves and reflected only waves

27 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 27 RECEIVER SENDER Without FADING RADIO FOR MOBILES

28 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 28

29 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 29

30 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 30

31 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 31

32 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 32

33 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 33

34 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 34

35 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 35

36 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 36

37 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 37

38 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 38 „Good” frequencies? Bandwidth issues? Low attenuation (loss) High bandwidth Beaming – circular characteristic Cheap or free No interference Exclusive usage „Good” frequencies are not existing -- Only compromise of limitations

39 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 39 Radio link types Point-point connections Point multipoint connections Cellular systems

40 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 40 Optically visibleloop The surface of the earth 30-50 km because the spherical earth Terrestrial microwave connections

41 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 41

42 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 42

43 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 43 Geostationary satellite characteristics Gravitation force Centrifugal force Mass of the satellite, kg Mass of the earth Gravitational constant Speed of the satellite, m/s

44 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 44

45 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 45

46 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 46

47 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 47

48 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 48

49 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 49

50 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 50

51 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 51

52 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 52

53 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 53

54 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 54

55 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 55

56 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 56

57 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 57

58 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 58

59 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 59

60 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 60

61 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 61 Cellular systems in a cluster each cell has a separate frequency a is the area of one cell A is the cluster area R is the cell diameter D is the distance between clusters (the distance between cells with identical frequencies) K is the number of the cluster cells

62 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 62 Examples for generating clusters

63 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 63 Frequency reuse pattern for K=4

64 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 64 Frequency reuse pattern for K=7

65 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 65 Frequency reuse pattern for K=19

66 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 66 K=?

67 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 67 Increasing capacity in cellular systems Adding new channels Frequency borrowing Cell splitting Cell sectoring Microcells

68 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 68 Sectoring

69 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 69 In-door wireless connections

70 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 70 A vezetéknélküli adathálózat bázisállomásainak helye elő van készítve minden folyosón

71 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 71

72 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 72

73 Komm. rendsz. 3. előadás 2012. szept. 24. 73 Interferences