Instrukcja do laboratorium z Technologii Informacyjnej
Ćwiczenie 2
Technologie bezprzewodowej transmisji
WLAN & Bluetooth
Instrukcja do laboratorium z Technologii Informacyjnej
Ćwiczenie 2
Technologie bezprzewodowej transmisji
WLAN & Bluetooth
T e c h n o l o g i e b e z p r z e w o d o w e j t r a n s m i s j i W L A N & B l u e t o o t h
1 . C e l ć w i c z e n i a
Przedmiotem ćwiczenia jest przedstawienie wybranych zagadnień dotyczących transmisji informacji
z wykorzystaniem technologii radiowych. Przykładowo porównane zostaną standardy transmisji
bezprzewodowej Bluetooth i WLAN802.11 oraz przeprowadzone pomiary charakterystyk widmowych
punktów dostępowych do sieci WLAN.
2 . Z a g a d n i e n i a p r o p a g a c y j n e w k a n a l e r a d i o w y m
*
W przypadku transmisji radiowej jako medium transmisyjne traktuje się wolną przestrzeń pomiędzy
antenami nadajnika i odbiornika. System łączności radiowej wykorzystuje fale elektromagnetyczne do
transmisji informacji, a jak wiadomo fale elektromagnetyczne propagując między antenami nadajnika
i odbiornika ulegają tłumieniu, zależnemu od częstotliwości fali, odległości między antenami oraz
konfiguracji środowiska propagacyjnego (typów i rozmieszczenia obiektów otoczenia, lokalizacji
i wysokości anten). Dodatkowo ze względu na ruch urządzeń odbiorczych względem nadajnika pojawia
się efekt Dopplera (przesunięcia widma odbieranego sygnału w.cz.).
Przeanalizujmy na początek problem wielodrogowości w przekazywaniu informacji drogą radiową.
W tym celu należy uruchomić skrypt multipath2.m (program pozwala na analizę efektów tłumienia
i zaników selektywnych sygnału wskutek dwudrogowości). Model symulacyjny przygotowano dla
modelowego przypadku jak na rysunku 1.
Rys.1. Geometria rozmieszczenia anteny nadawczej i odbiorczej. (h
t
, h
r
– wysokości zawieszenia
anteny nadawczej i odbiorczej, d – odległość między masztami antenowymi)
Względny spadek mocy sygnału radiowego docierającego do odbiornika po ścieżce
bezpośredniej określa zależność:
2
4
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
d
G
G
P
P
r
t
t
r
π
λ
( 1 )
W zależności (1) G
r
i G
t
oznaczają zyski anteny odbiorczej i nadawczej, λ - długość fali
radiowej a d odległość między antenami. Moc sygnału radiowego docierającego do
odbiornika po L odbitych ścieżkach wyraża się zależnością:
2
1
0
∑
=
=
L
i
j
i
i
r
i
e
d
a
P
P
ϕ
( 2 )
przy czym: a
i
, d
i
oraz φ
i
oznaczają kolejno: wypadkowy współczynnik odbicia, długość
ścieżki i fazę sygnału docierającego do odbiornika po i-tej ścieżce.
T e c h n o l o g i a I n f o r m a c y j n a
K a t e d r a E l e k t r o n i k i A G H
2
T e c h n o l o g i e b e z p r z e w o d o w e j t r a n s m i s j i W L A N & B l u e t o o t h
(
Uruchomić skrypt multipath2.m. Wprowadzić następujące dane:
a) h
1
=100m, h
2
=3m, G
r
=G
t
=1.6, f
1
=100MHz, f
2
=2.4GHz, f
3
=11GHz, 0<d<1000 m
b)
h
1
= 5 0 m , h
2
= 3 m , G
r
= G
t
= 4 , f
1
= 2 0 0 M H z , f
2
= 3 . 6 G H z , f
3
= 5 G H z , 0 < d < 1 0 0 0 m
Przedstaw w sprawozdaniu:
(
wyniki symulacji,
(
wyjaśnienie pojęcia zaniku płaskiego i selektywnego,
(
odpowiedź na pytanie dlaczego wprowadzane są do użytku systemy wieloantenowe (MIMO)
np. w technologii WLAN punkty dostępowe i karty sieciowe posiadają więcej niż jedną antenę.
3 . E l e m e n t y t o r u r a d i o w e g o – a n t e n y r a d i o k o m u n i k a c y j n e
(
Podstawowym elementem toru radiowego jest antena. Różnorodność konstrukcji anten jest ogromna
a dokładny opis najczęściej stosowanych rozwiązań można znaleźć w [4]. Przedmiotem analizy będą
parametry techniczne prostej anteny radiokomunikacyjnej w programie EzNec4.0
Uruchomić program EzNec4 i otworzyć plik o nazwie Unipol1500.EZ. Przeprowadzić analizę
charakterystyki promieniowania i zysku kierunkowego (opcja
FF Plot
), współczynnika SWR (opcja
SWR
) oraz rezystancji wejściowej anteny (można odczytać z danych podanych poniżej wykresu SWR).
Analizy przeprowadzić w przypadku, gdy antena jest umieszczona w wolnej przestrzeni oraz nad
poziomem gruntu (opcja
Ground Type
)
Przedstaw w sprawozdaniu:
(
wyniki symulacji charakterystyki promieniowania, rezystancji wejściowej anteny i współczynnika SWR,
(
jaki wpływ ma na parametry umieszczenie anteny w wolnej przestrzeni i nad powierzchnią przewodzącą,
(
wyjaśnienie jak zysk anteny wpływa na zasięg transmisji.
4 . M o d e l s y m u l a c y j n y d l a s t a n d a r d u B l u e t o o t h
*
Standard Bluetooth został opracowany w Szwecji w 1994r. a następnie w 1998r. powołano grupę SIG,
której zadaniem jest promowanie i rozwój tego standardu. W większości państw świata urządzenia
Bluetooth pracują w zakresie częstotliwości 2400 do 2483,5 MHz z pasmami ochronnymi od dołu 2MHz
i od góry 3,5MHz. Pojedynczy kanał radiowy zajmuje 1MHz a zastosowana technika modulacji sygnału
to GMSK (binarna modulacja częstotliwości z gaussowskim kształtowaniem impulsu). Minimalizacja
zakłóceń pochodzących od innych urządzeń wykorzystujących również pasmo ISM-2,4GHz oraz
ograniczenie możliwości podsłuchu zrealizowano poprzez technikę rozpraszania widma metodą FH
(przeskoki nośnej następują 1600 razy na sekundę).
(
Przeprowadzić symulację transmisji w standardzie Bluetooth (plik: bluetooth_full_duplex.mdl)
T e c h n o l o g i a I n f o r m a c y j n a
K a t e d r a E l e k t r o n i k i A G H
3
T e c h n o l o g i e b e z p r z e w o d o w e j t r a n s m i s j i W L A N & B l u e t o o t h
Rys.2. Model symulacyjny dla transmisji w standardzie Bluetooth
(dostępny pod adresem
)
Przedstaw w sprawozdaniu:
(
charakterystyki czasowe i widmowe wraz z komentarzem,
(
Zestawić łączność z wykorzystaniem modułów bluetooth oraz słuchawki bezprzewodowej Motorola.
W tym celu zainstalować oprogramowanie oraz skonfigurować parametry łączności. Zademonstrować
transmisje strumienia audio do słuchawki.
5 . M o d e l s y m u l a c y j n y W L A N
*
W systemach komputerowych transmisja informacji może odbywać się z wykorzystaniem medium
przewodowego (kable symetryczne tzw. skrętki, kable światłowodowe) oraz bezprzewodowego.
Najpopularniejszym obecnie standardem sieci bezprzewodowych WLAN jest IEEE802.11
(
Uruchomić plik symulacyjny IEEE80211a.mdl
a) Jaki wpływ na szybkość transmisji ma poziom zakłóceń w kanale radiowym?
b)
Ja
k wpływ ma poziom
przesunięcie Dopplera i wartość SNR w kanale radiowym na
poziom
błędów PER (pakietowa stopa błędów) ?
c) Zaobserwuj w jaki sposób adaptacyjnie zwiększana jest szybkość transmisji.
T e c h n o l o g i a I n f o r m a c y j n a
K a t e d r a E l e k t r o n i k i A G H
4
T e c h n o l o g i e b e z p r z e w o d o w e j t r a n s m i s j i W L A N & B l u e t o o t h
Rys.3. Model symulacyjny dla transmisji w standardzie WLAN – IEEE802.11
(dostępny pod adresem
)
Przedstaw w sprawozdaniu:
(
krótkie opis modelu symulacyjnego,
(
wyniki przeprowadzonych analiz wraz z komentarzem,
6 . P o m i a r y p a r a m e t r ó w w i d m o w y c h A c c e s s P o i n t a
(
Zestawić z pomocą prowadzącego zajęcia układ pomiarowy do pomiaru poziomu mocy sygnału
radiowego. Zarejestrować sygnał radiowy punktu dostępowego WLAN, który znajduję się
w laboratorium.
Przedstaw w sprawozdaniu:
(
wyniki pomiarów widma sygnału,
(
komentarz do uzyskanych wyników.
L i t e r a t u r a :
[1] Haykin „Systemy telekomunikacyjne”, WKŁ, 1998
[2] H. Bogucka „Analiza i projektowanie układów telekomunikacyjnych z wykorzystaniem pakietu
MATLAB-SIMULINK”, Wyd. Politechniki Poznańskiej, 1999
[3] B. Mrozek, „Matlab 6 – poradnik użytkownika”, Wydawnictwo PLJ, 2001
[4] J.Szóstka „Fale i anteny”, WKŁ, 2000
[5]
T e c h n o l o g i a I n f o r m a c y j n a
K a t e d r a E l e k t r o n i k i A G H
5