Systemy bezprzewodowe.
Podstawy budowy systemów łączności radiowej oraz satelitarnej.
Rys.1. Podział widma elektromagnetycznego
Rys.3. Dipol
Rys.4. Charakterystyki kierunkowe promieniowania dipola
Rys.5. Antena „Yagi” (zakres VHF i UHF)
Rys.6. Antena paraboliczna (zakres mikrofalowy)
Telekomunikacja satelitarna
W geostacjonarnym systemie telekomunikacji satelitarnej sygnał informacyjny przesyłany jest przez łącze nadawcze ze stacji na Ziemi w kierunku satelity, będąc wzmocnionym przez transponder (czyli układy elektroniczne) na pokładzie satelity, by następnie zostać retransmitowanym z satelity przez łącze powrotne w kierunku innej stacji naziemnej.
Najczęściej wykorzystywanym pasmem częstotliwości w telekomunikacji satelitarnej jest pasmo 6 GHz (pasmo C) dla łącza nadawczego i pasmo 4 GHz dla łącza powrotnego. Zastosowanie takiego pasma częstotliwości ma następujące zalety:
• Stosunkowo tanie wyposażenie mikrofalowe;
• Niewielkie tłumienie spowodowane opadami atmosferycznymi, które stanowią główną przyczynę degradacji sygnału;
• Mało znaczący szum z nieba; szum tła niebieskiego (pochodzący z przypadkowych źródeł emisji galaktycznej, słonecznej i ziemskiej) osiąga swój najmniejszy poziom pomiędzy 1 a 10 GHz.
Rys.7. System telekomunikacji satelitarnej
Interferencja radiowa - ogranicza zastosowania satelitów telekomunikacyjnych działających w paśmie 6/4 GHz, ponieważ częstotliwości transmisji z tego pasma pokrywają się z ziemskimi systemami mikrofalowymi. Zjawisko to wyeliminowano w „drugiej generacji" satelitów telekomunikacyjnych, posługujących się większymi mocami i falami z pasma 14/12 GHz (tzn. z pasma Q).
Rys.8. Schemat blokowy transpondera
Transponder - dla typowego satelity telekomunikacyjnego z pojedynczą translacją częstotliwości.
Antena odbiorcza - przyjmuje sygnały z ziemi.
Filtr pasmowoprzepustuwy - separuje sygnał odbierany od innych kanałów radiowych.
Wzmacniacz niskoszumowy –wzmacnia sygnał b,w,cz,.
Przetwornik częstotliwości odbiorczej zapewniaja konwersje częstotliwości RF odbieranych przez satelitę na pożądane częstotliwości łącza powrotnego w stronę stacjinaziemnych.
Wzmacniacz z lampą o fali bieżącej - daje duże wzmocnienie w szerokim zakresie częstotliwości. W lampie o fali bieżącej sygnał elektromagnetyczny propaguje wzdłużspirali (a więc cewki lub przewodnika w kształcie sprężyny), podczas gdy elektrony z wiązki przyspieszanej wysokim napięciem poruszają się równolegle do spirali z prędkością bliską prędkości fali sygnału; w wyniku tego następuje przekaz mocy od elektronów do fali, a moc przekazana narasta gwałtownie wraz z propagacją sygnału wzdłuż spirali.
Opóźnienie propagacji - duży problem w związku ze znaczną odległością propagacji w kanałach satelitarnych. W szczególności, sygnały mowy wysłane przez satelitę narażone są na opóźnienia transmisji równe około 270 ms. Tak więc jeśli chodzi o sygnał mowy, to jakiekolwiek niedopasowanie impedancji w zestawie odbiorczym łącza satelitarnego powoduje, że występuje echo głosu spikera, które słyszalne jest ponownie w nadawczej części stacji po całkowitym czasie opóźnienia wynoszącym około 540 ms.
Kompensator echa - zapobiega zjawisku opóźnienia w łączu. Urządzenie odejmujące sztucznie wytworzony estymator echa od sygnału powrotnego; sama zaś estymacja przebiega w specjalnym filtrze, który automatycznie dostraja się do zmiennych charakterystyk kanału.
Radiokomunikacja ruchoma - obszar telekomunikacji bezprzewodowej w pomieszczeniach zamkniętych lub w przestrzeni otwartej, gdzie nadajnik lub odbiornik może być w ruchu, nawet jeśli chwilowo pozostaje w spoczynku.
Złożona i zmienna natura ruchomego kanału radiowego zmusza do wykorzystania analizy statystycznej do ilościowego określenia dwu podstawowych czynników:
· Średnia moc sygnału - minimalna moc emisji z nadajnika, niezbędnej dla akceptowalnej jakości transmisji w wyznaczonym obszarze;
· Zmienność sygnału - charakterystyka zaników w kanale.
Idea łączności komórkowej opiera się na:
1. Dublowaniu częstotliwości. Ta sama częstotliwość nośna kanału przydzielona jest na terenach odległych od siebie na tyle, by interferencja nie stanowiła zagrożenia. W ten sposób zamiast pokrywać znaczne obszary lokalne za pomocą pojedynczego nadajnika dużej mocy, umieszczonego na dużej wysokości, technika dublowania częstotliwości pozwala na osiągnięcie dwu oczywistych korzyści: utrzymywanie nadawanej mocy każdej stacji bazowej na minimalnym poziomie oraz możliwość umieszczania anten stacji bazowych na minimalnych wysokościach jakie są wymagane dla pokrycia obszarów poszczególnych komórek.
2. Podziale komórek. Gdy zapotrzebowanie na połączenia przewyższa liczbę kanałów przyznanych danej komórce, stosuje się podział komórek celem umożliwienia większej liczby połączeń w ramach tej komórki. Podział komórki polega na takiej rewizji granic pojedynczej komórki, aby dany obszar lokalny, rozpatrywany dotychczas jako pojedyncza komórka, obejmował teraz pewną liczbę mniejszych komórek, przy wykorzystaniu dodatkowych kanałów przydzielonych tym nowym komórkom. Umożliwia to redukcję mocy i elewacji anten nowych stacji bazowych, przy wykorzystaniu dotyc czasowych częstotliwości zgodnie z nowym planem.
Zjawiska związane z propagacją
Podstawowy problem w pracy radia komórkowego w terenie zabudowanym polega na usytuowaniu anten ruchomych abonentów (indywidualnych lub samochodowych) znacznie poniżej poziomu okolicznych zabudowań. Tak więc nie istnieje „bezpośrednia widoczność" anteny ze stacji bazowej lecz fale rozproszone od okolicznych elewacji i dyfrakcja ponad budynkami i wokół budynków.
Zjawisko wielodrożności - energia dociera do anteny odbiorczej wieloma drogami, a sygnał odbierany dochodzi do miejsca przeznaczenia z różnych kierunków cechujących się różnymi opóźnieniami czasowymi.
„Statyczne" środowisko wielodrożne” Nieruchomy odbiornik odbiera wielodrożny sygnał wąskopasmowy w postaci niezmodulowanej fali nośnej. Sygnał odbierany składa się z dwu stłumionych wersji sygnału transmitowanego, docierających kolejno do odbiornika. Z powodu różnych czasów opóźnienia powstaje względna różnica faz między tymi dwiema składowymi odbieranego sygnału. Są dwa skrajne przypadki:
• Względne przesunięcie fazy jest równe zeru i fala pierwotna sumuje się z odbitą, jak na rys.10a).
• Względne przesunięcie fazy jest równe 180 stopni i fala pierwotna zostaje prawie całkowicie wytłumiona przez falę odbitą, zgodnie z rys.10b).
Rys.10. Zjawisko interferencji
Zjawiska związane z odbiorem wielodrożnym czyli wzmocnieniem lub tłumieniem fali wypadkowej, pokazano na rysunkach 3a) i 3b), gdzie sygnały przedstawiono za pomocą wskazów. W statycznym środowisku wielodrożnym amplituda sygnału odbieranego nie zależy od czasu.
„Dynamiczne" środowisko wielodrożne”. Odbiornik znajduje się w ruchu, a transmitowany sygnał wąskopasmowy dociera do odbiornika pokonując inną drogę propagacji. Przesunięcia fazy między składowymi pierwotnymi i odbitymi każdego z sygnałów są funkcją położenia odbiornika. W miarę pokonywania przez ruchomy odbiornik pewnego dystansu, amplituda (obwiednia) sygnału odbieranego zmienia się wraz z odległością.
Rys.12. Zmiana amplitudy sygnału wraz z odległością
Zaniki sygnału – zjawisko pokazujące, że dla pewnych lokalizacji odbiornika wskazy sumują się, a dla innych zachodzi prawie całkowite wytłumienie interferujących składowych sygnału.
Radiotelefon
Urządzenie zapewniające łączność radiową na bliskie i średnie odległości. W radiotelefonach wykorzystywane są różne sposoby modulacji sygnału m.in. modulacja FM (Freąuency Modulation – modulacja częstotliwości) do łączności radiowej z użyciem mowy. Zaletą transmisji FM wąskopasmowej jest umiarkowana odporność na zakłócenia, przy stosunkowo wąskim paśmie częstotliwości przenoszenia i prostocie układowej.
W radiokomunikacji stosowane są cztery wersje pracy sieci:
· simpleksowy,
· duosimpleksowy,
· dupleksowy,
· semidupleksowy.
Na rys.1. pokazano zasadę pracy radiotelefonu w systemie sieci „simpleks".
Rys.1. Schemat sieci „simpleks” (N – nadajnik, O – odbiornik)
System simpleks - nadawanie i odbiór współpracujących stacji odbywa się na przemian na jednej, określonej częstotliwości, z tym że w czasie gdy jedna ze stacji nadaje, pozostałe stacje odbierają nadawaną korespondencję i nie mają możliwości nadawania. Wymagane jest więc przestrzeganie kolejności w nadawaniu i odbiorze. Nadawanie informacji jest tylko wtedy celowe, gdy w tym samym czasie współpracujący radiotelefon jest włączony na jej odbiór. System simpleks gospodaruje w sposób ekonomiczny zapasem częstotliwości oraz umożliwia korzystanie z prostych urządzeń antenowych.
Pozostałe rodzaje pracy radiotelefonów:
· duosimpleks - dwie częstotliwości pracy (po jednej dla każdego kierunku łączności) z tym że zarówno stacja ruchoma, jak i stała pracują tylko albo na odbiór, albo na nadawanie;
· dupleks - nadawanie i odbiór mogą odbywać się jednocześnie w obu kierunkach (wykorzystywane są dwie częstotliwości oddzielone od siebie o kilka MHz);
· semidupleks - jeden koniec łącza pracuje...
matthas