Sieci Bezprzewodowe

Sieci Bezprzewodowe

Wykład: 30 godzin

Laboratorium: 15 godzin

Egzamin

jasielsk@agh.edu.pl

Program wykładu



Łącze radiowe



Zakresy fal radiowych



Anteny



Modulacje analogowe i cyfrowe



Techniki rozpraszania widma



Modemy radiowe



Multipleksacja



Metody korekcji błędów

Program wykładu



Planowanie częstotliwości



Metody dostępu do kanału radiowego



Bezprzewodowe systemy transmisji danych



Sieci bezprzewodowe dla zastosowań

domowych



Bezprzewodowe sieci osobiste



Lokalne bezprzewodowe sieci komputerowe



Miejskie sieci bezprzewodowe



Bezprzewodowe sieci rozległe

Program wykładu



Systemy dostępowe



Systemy komórkowe



Systemy trankingowe



Systemy satelitarne



Systemy rozgłoszeniowe



Rola poszczególnych warstw modelu

OSI/ISO w bezprzewodowych sieciach

transmisji danych

Co to jest sieć

bezprzewodowa?

Krótko mówiąc: jest to sieć, w której

połączenia

między urządzeniami sieciowymi

zrealizowano bez

użycia przewodów (np. kabli symetrycznych

lub

koncentrycznych, czy światłowodów)

Przyczyny stosowania sieci

bezprzewodowych



wygoda użytkowania,



elastyczność konfiguracji,



eliminacja konieczności okablowania,



eliminacja problemu zgodności wtyczek,



mobilność stacji (urządzenia przenośne),



względy techniczne (duże odległości, duże

zagęszczenie urządzeń),



transmisja prowadzona sporadycznie,



mała ilość danych do przesłania.

Wady:



niższe osiągane prędkości transmisji,



wrażliwość na zakłócenia

elektromagnetyczne (współdzielenie

pasma między sieci 802.11, Bluetooth czy

kuchenki mikrofalowe





niższe bezpieczeństwo (łatwiejszy

podsłuch czy nieuprawniony dostęp do

medium),



większe zużycie energii.

Pionierzy sieci

bezprzwodowych

James Clark Maxwell (1831-1879)

w oparcie o rezultaty badań Gauss’a,

Faraday’a i Ampere’a sformułował

jednolitą teorię elektromagnetyzmu i

przewidział teoretycznie istnienie fal

elektromagnetycznych

Heinrich Rudolf Hertz

(1857-1894)

zademonstrował

doświadczalnie istnienie

fal radiowych

Pionierzy sieci

bezprzwodowych

Guglielmo Marconi (1874-1937)

pokazał możliwość

wykorzystania

fal radiowych w telekomunikacji

Pierwszy odbiornika

radiowy

A. S. Popow, 1895,

Telekomunikacja

bezprzewodowa - główne daty

historyczne



koniec XIX wieku – pierwsza transmisja

bezprzewodowa,



początek XX wieku – rozwój radia,



lata II Wojny Światowej – rozwój techniki radarowej,



lata powojenne – rozwój telewizji czarno-białej i

kolorowej,



1953 – początek komunikacji satelitarnej,



przełom lat 70 i 80 XX wieku – telefonia komórkowa

analogowa,



lata 90 i późniejsze – telefonia komórkowa cyfrowa

GSM, UMTS,



początek XXI wieku – bezprzewodowa komunikacja

ruchoma.

Łącze radiowe

Łącze radiowe

- zastaw urządzeń i medium

propagacyjne niezbędnych do realizacji transmisji

informacji

Dekadowy podział fal

radiowych

wprowadzony przez CCIR

Nazwa fal

Oznaczenie

Długość fal

Częstotliwoś

Myriametrow
e

VLF

10 - 100 km

3 - 30 kHz

Kilometrowe

1 - 10 km

30 - 300 kHz

Hektometrow
e

100 - 1000

300 - 3000

kHz

Dekametrowe

10 - 100 m

3 – 30 MHz

Metrowe

VHF

1 - 10 m

30 – 300

MHz

Decymetrowe

UHF

10 – 100 cm

300 –

3000MHz

Centymetrow
e

SHF

1 – 10 cm

3 – 30 GHz

Milimetrowe

EHF

1 – 10 mm

30 – 300

GHz

Decymilimetr
owe

0,1 – 1 mm

300 – 3000

GHz

Tradycyjny podział fal

radiowych

Nazwa fali

Długość fali

Częstotliwość

Bardzo długie

≥ 20km

≤ 15kHz

Długie

3 - 20 km

15 - 100kHz

Średnie

200 - 3000 m

100 - 1500kHz

Pośrednie

100 - 200m

1,5 - 3Mhz

Krótkie

10 – 100 m

3 - 30Mhz

Ultrakrótkie

1 – 10 m

30 - 300Mhz

Mikrofale

≤ 1m

≥ 300 Mhz

Wykorzystanie fal

w transmisji danych



Najczęściej do transmisji stosowane fale z

zakresów VHF, UHF rzadziej SHF



Możliwe uzyskanie jest prędkości transmisji od

kilku kbit/s do kilkuset Mbit/s



Fale z zakresów LF i MF charakteryzują się bardzo

dużymi zasięgami transmisji lecz małą szybkością

transmisji

Przydzielone częstotliwości

pracy



pasma ISM (Industrial, Scientific and Medical)

– UHF ISM 902 – 928 MHz,

– S-Band ISM 2,4 – 2,4835 GHz,

– C-Band ISM 5,725 – 5,835 GHz



dla sieci lokalnych:

– 2,4 – 2,4835 GHz, max 100 mW,

– 5,15 – 5,35 GHz, max 200 mW,

– 5,47 – 5,725 GHz, max 1 W,

– 17,1 – 17,3 GHz, max 100 mW,



podczerwień – brak ograniczeń prawnych.

Propagacja fal radiowych

Podstawowe zjawiska:



propagacja - rozprzestrzenianie się fal,



refrakcja - zmiana kierunku fali na granicy

ośrodków,



dyfrakcja - ugięcie się fali na krawędzi przeszkód,



absorpcja - pochłanianie fali,



dyspersja - zmiana szybkości fal o różnych

częstotliwościach.

Typy fal radiowych ze

względu na drogę

propagacji



Fale przyziemne - rozchodzą się w bliskości ziemi,

do kilku tysięcy km (VLF, LF).

Fala przyziemna może rozchodzić się jako:

•

fala powierzchniowa - rozchodzi się wzdłuż

powierzchni ziemi,

•

fala przestrzenna – może mieć dwie składowe

bezpośrednią i odbitą.



Fale troposferyczne - docierają do odbiornika

wskutek zjawiska refrakcji w troposferze.



Fale jonosferyczne - docierają do odbiornika po

odbiciu od dolnej warstwy jonosfery.

Wpływ powierzchni Ziemi na

propagację fal radiowych



odbicie fal radiowych od powierzchni Ziemi

(szczególnie dla fal krótkich i ultrakrótkich),



tłumienie fal wnikających w powierzchniowe

warstwy Ziemi,



interferencja fali bezpośredniej i odbitej,



skokowe zmiany natężenia pola EM na granicy

ośrodków o różnych parametrach elektrycznych,



refrakcja brzegowa (zmiana kierunku propagacji

fal), zachodząca na brzegu morza,

Wpływ powierzchni Ziemi na

propagację fal radiowych



rozproszenie fal wskutek odbić od pofałdowanej

powierzchni Ziemi,



dyfrakcja fal na krawędzi przeszkód terenowych.

Praktyczny zasięg fali przyziemnej wynosi:



dla zakresów VLF i LF - do kilku tysięcy

kilometrów ,



dla zakresu MF - do kilkuset kilometrów,



dla zakresu HF - do kilkudziesięciu kilometrów.

Wpływ troposfery na

propagację fal radiowych



Refrakcja fal radiowych polegająca na zmianie

kierunku propagacji fal wskutek zmian

przenikalności elektrycznej wraz z wysokością,



rozpraszanie fal radiowych, spowodowane

chaotycznymi ruchami mas powietrza w

troposferze (umożliwia dalekosiężną

komunikację na falach ultrakrótkich),



tłumienie fal krótszych od 10 cm, powodowane

opadami atmosferycznymi i absorpcją

molekularną,

Wpływ jonosfery na

propagację fal radiowych



tłumienie fal z zakresu bliskiego falom

optycznym, powodowane także rozpraszaniem na

cząsteczkach i tłumieniem w cząsteczkach

twardych.



załamanie fal, powodujące powrót fal na Ziemię,



dyspersja, powodująca różnice w szybkości fal o

różnych częstotliwościach,



absorpcja, spowodowana zderzeniami elektronów

z cząsteczkami gazów i jonami, połączona

niejednokrotnie ze zjawiskiem refrakcji.

Propagacja fal długich,

średnich oraz krótkich



Powierzchnia Ziemi to ekran przewodnościowy nad

którym fale propagują - nieznaczne tłumienie i

silna dyfrakcja.



Załamanie od jonosfery - najczęściej stosowane -

mniejsze tłumienie i pochłanianie, większa moc

przy większych odległościach.



Bardzo duże anteny nadawcze



Fale radiowe bardzo długie przenikają górne

warstwy morza (łączność z zanurzonymi okrętami

podwodnymi)

Propagacja fal ultrakrótkich



Fale ultrakrótkie - propagują przez:

- refrakcję w troposferze,

- odbicie od powierzchni Ziemi,

- dyfrakcję fal wokół powierzchni Ziemi,

- rozpraszanie fal w jonosferze i troposferze.



Wykorzystywane przez systemy telewizyjne,

radiofonii wysokiej jakości, systemy

nawigacyjne, radiolokacyjne

Propagacja mikrofal



Propagacja podobna do promieni świetlnych



Przy dużych odległościach (do 900km) –

propagacja przez rozpraszanie troposferyczne

(do wys.18km) (wymaga dużej mocy nadajników)



W sieciach mobilnych występuje zjawisko

Dopplera (przesunięcie częstotliwości fali nośnej)



Wykorzystywane są w radiowych sieciach

lokalnych oraz w systemach telefonii komórkowej

Propagacja fal z zakresu

promieni podczerwonych

Promienie podczerwone - promieniowanie EM z zakresu

fal λ=0,75µm-1mm



Propagacja podobna do fal świetlnych,



możliwość dokładnego skierowania wiązki na

odbiornik (umożliwia wiele transmisji w tym samym

obszarze),



standardowa prędkość transmisji to 115kbit/s,



silna absorpcja przez parę, dwutlenek węgla,

rozpraszanie się na cząsteczkach kurzu,



zasięg łączności zależny głównie od tłumienności

ośrodka.

Anteny - parametry

Antena

– urządzenie zamieniające fale EM na sygnał

elektryczny i odwrotnie. Jest niezbędnym elementem

składowym każdego systemu radiokomunikacji.

Najważniejsze parametry:



Charakterystyka promieniowania

określa wartość

natężenia pola elektrycznego wokół anteny, w tej

samej odległości r od anteny, w różnych kierunkach

promieniowania, a więc podaje rozkład natężenia

pola na powierzchni kuli otaczającej antenę.

Anteny - parametry



Zysk kierunkowy

(nazywany również

zyskiem anteny) określa właściwości

kierunkowe anteny w stosunku do anteny

wzorcowej (np. izotropowej, tzn. promieniującej

we wszystkich kierunkach jednakowo)



Szerokość pasma przenoszenia

anteny

określa przedział częstotliwości promieniowania

dla określony dla 3-decybelowego spadku.



Impedancja anteny

ma znaczenie przy

dopasowaniu anteny do linii zasilającej.

Anteny dookólne

Antena dookólna

nadaje

Z taką samą mocą

wszystkich

kierunkach

jednocześnie.

Anteny kierunkowe

Sygnał anteny

kierunkowej

jest skupiony i zarazem

wzmocniony w jednym

kierunku.

Document Outline