Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek A rádiófrekvenciás hullámtartomány Hullámterjedési alapok Zajok és zavarok a rádiócsatornában BEVEZETÉS Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz Rádiócsatornák Az elektromágneses hullámtartománynak az ultrahang- és a látható fény tartományai között része Igen széles, és nem teljesen kihasznált sáv: ~10 kHz-től ~1 THz-ig (terahertz: 10¹² Hz) Hullámterjedés a szabadban Az elektromos jel átalakítása elektromágneses hullámmá és viszont: antennák, adó- és vevő-antennák A hatékony kisugárzáshoz és vételhez a hullámhossz nagyságrendjébe eső méretű antennák kellenek Az antennák fő jellemzője: antennanyereség definíciója: G=4πAe/λ2, ahol Ae az antenna „hatásos felülete”, amelyet az antenna fizikai jellemzői határoznak meg. Hányszor több teljesítményt igényel egy gömbsugárzó antenna azonos eredményhez. Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Az elektromágneses hullámtartomány f(Hz) 100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 Rádió-hullámok Mikro-hullámok Infravörös sugarak Kozmikus sugarak Röntgensugarak Látható fény Ultraibolya sugarak f(Hz) 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 Sodrott érpár Műholdas adás Fényvezető szál Koaxiális kábel AM Földi mikrohullámú adás FM rádió Hajózás rádió TV Sáv LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Frekvenciagazdálkodás A rádiócsatorna nyitottsága miatt kritikus a frekvenciasávok felosztása a felhasználók között Engedélyköteles és engedélyhez nem kötött sávok Általában: engedély kell, kivétel: ISM-sáv (Industrial, Scientific, Medical) ~2,4 GHz, ~5,6 GHz A szabályozás többszintű: globális, Nemzetközi Rádiószabályzat regionális, pl. EU irányelvek nemzeti, Mo-n az NHH (Nemzeti Hírközlési Hatóság) Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

A hullámterjedést befolyásoló jelenségek szabadtéri csillapítás a távolság négyzetével fordítottan arányos visszaverődés (reflexió) bármilyen közegről, amely az adott frekvenciasávban visszaverő felületként szerepel (pl. légköri réteg a dekaméteres tartományban, épület a cm-s tartományban) törés (refrakció) elhajlás (diffrakció) szóródás (scattering) az adott hullámhossznak megfelelő méretű részecskéket tartalmazó közegben, pl. troposzféra Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Fő hullámterjedési módok Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Frekvenciasávok és terjedési jellegzetességeik Érdekesség: a terjedési viszonyok nagyjából frekvencia-, ill. hullámhossz-dekádonként eltérőek Példák: igen hosszú hullámok (km): diffrakció következtében igen nagy távolságú terjedés rövidhullámok (10m): felszíni és visszavert hullám, visszaverődés az ionoszféráról, akár globális távolságokra mikrohullámok (cm): egyenesvonalú terjedés Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Földfelszíni terjedés (síkhullámok) Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Ionoszférikus terjedés (térhullámok) Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz Példák Rövidhullámú terjedés Középhullámú terjedés napszakfüggősége nappal: tipikusan 200 km, ritkán nagyobb, mint pár száz km éjjel: 1000 km is lehet adóteljesítmény csökkentése! Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Közvetlen rálátásos (line-of-sight) terjedés Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Közvetlen rálátásos és rálátás nélküli összeköttetések Nagyvárosi környezet: visszaverődések az épületekről, az épületek árnyékoló hatása Rurális környezet: csillapítás a növényzet miatt Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz Szabadtéri terjedés Vett teljesítmény szabadtéri terjedés esetén (Friis-féle képlet) : Pr=PtGtGrλ2/(4π)2d2L, Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Szabadtéri terjedés (folyt.) Rokon jellemző az EIRP (effective isotropic radiated power – hatásos izotróp kisugárzott teljesítmény): EIRP=PtGt ERP: nem az izotróp sugárzóhoz, hanem a félhullámú dipólantennához viszonyítva, amelynek nyeresége 2,15 dB ezért az ERP=EIRP-2,15 dB Szabadtéri csillapítás (free space loss) PL(db)=10log(Pt/Pr) = -10log GtGrλ2/(4π)2d2L Decibelek! Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Reflexió, kétutas földfelszíni viszaverődés Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz Diffrakció A Huyghens-elv: Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz Késél-diffrakció Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz Fresnel-zónák Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Diffrakció, Fresnel-zónák, diffr. csillapítás Bonyolult számolás Egyszerű, tapasztalati hozzáállás: Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

A közvetlen rálátás definíciója a Fresnel-zónák alapján Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Empirikus terjedési modellek A köv. részben Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

A többutas terjedés és következményei A különböző utakon terjedő jelek időben eltolva érkeznek a vevőbe, gyengítik egymást a jelenség régi ismerős: fading (elhalkulás) a rövidhullámú rádiózásnál A többutas terjedés hatásának csökkentése: többszörös vétel diversity az eljárás neve több antenna és vevő egyidejűleg, és optimális kombinálás (tér-diversity) adás és vétel párhuzamosan több frekvencián (frekvencia-diversity) Fadingmodellek (a köv. részben) diversity = variációk léte Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Zajok és zavarok a rádiócsatornában A rádiócsatorna „nyitottsága” Zajok termikus zaj a vevő bemenetén atmoszférikus zajok kozmikus zaj, galaktikus zaj Zavarok ipari zajok, zavarok más rádiórendszerekből származó zavarok Sokszor ezek együttes hatásával kell számolni Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Műholdas rádiócsatorna: csillapítás- és zajviszonyok A vett jel nagyságát alapvetően a szabadtéri csillapítás befolyásolja Az adó- és a vevőantennák nyereségével lehet javítani az antennák „irányítottak” antennanyereség: a fő sugárzási irányba eső telj. sűrűség per az izotróp sugárzó telj. sűrűsége A zaj döntően a vevőkészülék bemenetén jelentkező termikus zaj, kismértékben a vett jelhez a csatornában adódott zajok és zavarok (kozmikus zaj, ipari zajok és zavarok) A műkoldas csatorna jel-zaj-mérlege geostacionárius műhold esetén megj.: geostacionárius és alacsony röppályás (LOS- low orbit satellite) műholdak Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Példa: műholdas terminálhálózat, „hub” alkalmazásával Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz Példa: földfelszíni pont-pont mikrohullámú összeköttetés Kültéri egység Beltéri egység Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Példa: földfelszíni pont-pont mikrohullámú összeköttetés Kültéri egység Beltéri egység Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Példa: cellás mobil rádióhálózat BTS = Base Transceiver Station BSC = Base Station Controller PCU MSC = Mobile Switching Center VLR = Visitor Location Register HLR = Home Location Register AUC = Autenthication Center SGSN = Serving GPRS Support Node GGSN = Gateway GPRS Support Node BTS = Base Transceiver Station BSC = Base Station Controller Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Példa: cellás mobil rádióhálózat MS PSTN B S C T BTS MSC/VLR IWF AuC EIR HLR EIR = Equipment Information Register IWF = Interworking Function EIR = Equipment Information Register IWF = Interworking Function Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz