Infokom. 3. ea. 2012. szept. 23.1 Infocommunication systems Infokommunikációs rendszerek Lecture...
-
Upload
ashlynn-george -
Category
Documents
-
view
217 -
download
0
Transcript of Infokom. 3. ea. 2012. szept. 23.1 Infocommunication systems Infokommunikációs rendszerek Lecture...
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 1
Infocommunication systems Infokommunikációs rendszerek
Lecture 3. előadásRadio transmission
Rádiós átvitel
Takács György
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 2
Radio transmission media
• Frequency bands and wave propagation modes
• Terrestrial radio connection
• Satellite communication
• In door radio connection
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 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
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 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! NMHH.
• Propagation of radio waves do not consider political borders! Frequency management is a typical international process. (CCIR, ITU-R)
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 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.
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 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)
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 7
Propagation modes and antennas
LFMF
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 8
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 9
Propagation modes and antennas
HF
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 10
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 11
Propagation modes and antennas
UHFVHFSHFEHF
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 12
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 13
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 14
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 15
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 16
in free space (ε0,µ0):
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
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 17
Reflection coefficient
characteristic impedance
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 18
Free space radio link (LOS)
PT transmitted power
Ae effective area of antenna
G gain of antenna
λ wavelength
d distance
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 19
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 20
Example by GSM mobile system
Base stationd=30m
P=50W
d=3cm
P=5W
Pr=kPT/d2
Pr=k×0,0555
Pr=k×5555 100000×
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 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:
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 22
Reflection
• The amplitude, phase and polarization of the reflected wave is determined by the material parameters of the medias and the surface irregularity.
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 23
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 24
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 25
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 26
Propagation with direct and reflected waves and reflected only waves
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 27
RECEIVER
SENDER
Without FADING
RADIO FOR MOBILES
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 28
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 29
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 30
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 31
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 32
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 33
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 34
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 35
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 36
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 37
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 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
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 39
Radio link types
• Point-point connections
• Point multipoint connections
• Cellular systems
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 40
Optically visible loop
The surface of the earth30-50 km because the spherical earth
Terrestrial microwave connections
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 41
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 42
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 43
Geostationary satellite characteristics
Gravitation force
Centrifugal force
Mass of the satellite, kg
Mass of the earthGravitational constant
Speed of the satellite, m/s
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 44
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 45
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 46
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 47
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 48
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 49
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 50
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 51
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 52
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 53
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 54
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 55
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 56
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 57
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 58
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 59
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 60
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 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
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 62
Examples for generating clusters
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 63
Frequency reuse pattern for K=4
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 64
Frequency reuse pattern for K=7
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 65
Frequency reuse pattern for K=19
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 66
K=?
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 67
Increasing capacity in cellular systems
• Adding new channels• Frequency borrowing• Cell splitting• Cell sectoring• Microcells
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 68
Sectoring
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 69
In-door wireless connections
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 70
A vezetéknélküli adathálózat bázisállomásainak helye elő van készítve minden folyosón
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 71
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 72
infokom. 3. ea. 2012. szept. 23. 73
Interferences