2 PROPAGACIJA RADIO TALASA.ppt

7/21/2019 2 PROPAGACIJA RADIO TALASA.ppt

1/105

Propagacija radio talasa u

sistemima mobilnih komunikacija


2/105

2

Uvod u prostiranje radio talasa

U beinim komunikacionim sistemima prenos signala izmeupredajnika i prijemnika ostvaruje se posredstvomelektromagnetnih (EM) talasa

!od radio talasima(RF-radio-frequency) podrazumevaju se EM

talasi ije se "rekvencije nalaze u opsezima uestanosti od #k$zdo #%%%&$z (#'$z)

Elektromagnetni spektar

#%%%&$z

Radio talasi (RF)


3/105

#

!odela EM spektra


4/105

!odela * dela EM spektra

Granine frekv. Talasne duine Naziv talasnog podruja Oznaka opsega

3 - 30 kHz 100 -10 k vrlo dugi talasi !"# $!er% "o& #re'uen(ies)

30-300 kHz 10 * 1 k dugi talasi "# $"o& #re'uen(ies)

300 - 3000 kHz 1000 * 100 srednji talasi +# $+iddle #re'uen(ies)

3 - 30 +Hz 100 * 10 kratki talasi H# $Hig, #re'uen(ies)

30 - 300 +Hz 10 * 1 ultra kratki talasi - etarski !H# $!er% Hig, #re'uen(ies)

300 * 3000 +Hz 1 * 0.1 de(ietarski H#$ltra Hig, #re'uen(ies)

3 - 30 GHz 10 * 1 ( (entietarski H#$uperHig, #re'uen(ies)

30 - 300 GHz 10 * 1 ilietarski /H#$/tra Hig, #re'uen(ies)

300 - 3000 GHz 1 * 0.1 de(iilietarskiTH# $Treendousl% Hig,#re'uen(ies)


5/105

+

EM spektar

,-* . ,er/ -o0 *re1uenc/ U$* . Ultra $igh *re1uenc/ -* . -o0 *re1uenc/ $* . uper $igh *re1uenc/ M* . Medium *re1uenc/ E$* . E3tra $igh *re1uenc/ $* . $igh *re1uenc/ U, . Ultraviolet -ight ,$* . ,er/ $igh *re1uenc/

4 Mm#%% $z

4% km#% k$z

4%% m# M$z

4 m#%% M$z

4% mm#% &$z

4%% m# '$z

4 m#%% '$z

visible light,-* -* M* $* ,$* U$* $* E$* in"rared U,

optical transmissioncoa3 cablet0istedpair


6/105

5

!rimene pojedinih * opsega


7/105

6

*rekvencijski opsezi koje koriste pojedinibeini komunikacioni sistemi

Europe USA Japan

CellularPhones

S!+%7+68 697:5;5%7568:97958 :9%794+;9#+795%8464%746:+;4:%+74::%U!"S(*


8/105

:

'alasna duina je povezana sa uestano=>u?

@ko posmatramo realne signale njihove uestanosti su niske8 pa su imtalasne duine relativno velike Aa primer8 za signal ija je maksimalna"rekvencija f.4%k$z8 talasna duina iznosi #%kmB

Ca ,$* podruje je reda nekoliko metara8 a za U$* podruje je redanekoliko decimetara8 za 9%% M$z .%##m)

kms

sm

f

c30

101

/10314

8

=

==

cD brzina prostiranja EM talasa (u vakuumu) jednaka je brzini prostiranja

svetlosti c. #34%:

m;sfD "rekvencija radio talasa $zF

c

f =

'alasna duina i uestanost EMtalasa


9/105

9

'alasna duina i uestanost EMtalasa

Sistem Frekvencija Talasna duina

AC struja 50 Hz !000 km

F" radi# $%&T' 100 "Hz 3 m

Celularni sistemi 800 "Hz 3()5 cm

Satelitski &a #*se+ ,0 -Hz 15 mm

%. svetl#st 1015Hz 10(m


10/105

4%

Model beinog komunikacionogsistema

Gant,tPt Gant,rLchannel Pr

labljenje u beinomkanalu

#obitak predajne

antene

#obitak prijemne

antene

E!t . !t3 &ant8tE!t 7 e"ektivna izraena snaga GH

!tD snaga predajnika GF

& D dobitak antene

!r(dI) . !t (dI)J &ant8t (dI)7 -channel(dI) J &ant8r(dI)


11/105

44

dIi D dobitak u odnosu na izotropnu antenu


12/105

42

!ojam decibela (dI)

Koristi se za izraavanje pojaanja (&) ili slabljenja (-) sistema ide"inisanje apsolutnih i relativnih nivoa signala


13/105

4#

!ojam decibela (dI)

gde je?N[dB] 7 razlika nivoa snaga signala u decibelima (relativni nivo)8

P17 snaga signala na ulazu sistema8P27 snaga signala na izlazu sistema8log 7 logaritam za osnovu (log4%)

primeri?!2.!4 A.4% log (!2;!4) . 4% log 4 . % dI

!2.2!4 A.4% log (!2;!4) . 4% log 2 . # dI !2.#!4 A.4% log (!2;!4) . 4% log # . 6 dI

!2.4%!4 A.4% log (!2;!4). 4% log 4% . 4% dI !2.4%n!4 A.4% log (!2;!4) . 4% log 4%n. n L 4% dI

,1

2 l#+ N dB =10sistem!4 !2


14/105

4

@psolutni nivo signala

dIm e"erentni signal je snage 4 mG !(dIm).4% log4%(!GF ; 4mG)

!rimer? naga signala je !.4G !(dI).4%log4%4. %dI !(dIm).4%log4%4%%%mG;4mG. #%dIm

4 G. % dI. #%dImezime ! (dIG) . 4% log (!;4 G) ! (dIm) . 4% log (!;4 mG)


15/105

4+

&enerisanje radio talasa 7 antene adio talasi se generi=u pomo>u

antena8 koje (na predajnoj strani) vr=epretvaranje elektrine energije *signala u elektromagnetnu energijukoja se zrai u okolni prostor

Aa prijemnoj strani8 vr=i se obrnutproces8 odnosno promenljivo EM

polje u prostoru oko prijemne anteneindukuje elektrini signal u anteni8 kojise zatim dovodi na ulaz prijemnika


16/105

45

Komponente EM talasa

" *#lje se javlja u nek#m *r#st#ruka# *#sledica ne*rekidn#+induk#vanja *r#menlji#v+

elektrin#+ *#lja iz *r#menljiv#+ma+netn#+ *#lja i #ratn#)

lektrina i ma+netna k#m*#nenta" talasa me6us#n# su n#rmalnejedna u #dn#su na dru+u! ka# i na*ravac *r#stiranja " talasa)


17/105

46

@ntene

&eneralno8 antena je oscilatorno kolo kod koga je potrebno da seelektrino i magnetno polje proimaju u svakoj taki u prostoru

4::6 7 $ertz prvi konstruisao napravu koja zadovoljava ovaj uslovD$ercov (polutalasni) dipol

u e"ikasnost zraenja8 odnosno da bi sepostiglo zraenje u uzanom snopu i tako se obezbedila visokakoncentracija snage na prijemnoj strani8 to one moraju biti "izikivelike proporcionalno talasnim duinama emitovanog signala

Ntuda8 sa porastom radne "rekvencije8 potrebne dimenzije antenasu sve manjeB


18/105

4:

Nsnovni tipovi antena

@ntene se prema konstrukciji mogu podeliti na? izotropna antena (hipotetika8 idealizovana)

uni"ormno zraenje u svim pravcima8 dijagram zraenja u prostoruje oblika lopte

ovakva antena u stvarnosti ne postoji8 ali se u praksi esto koristikao element komparacije sa drugim linearne antene (monopoli i dipoli)

polutalasni dipol7 dipol ija je "izika dimenzija jednaka 4;2talasne duine radio talasa koji se emituje;prima (ne koristi se na"rekvencija ispod 2M$z8 jer bi dimenzije antena bile suvi=e velike)

antene oblika petlje8 antene sa zrae>im otvorom (paraboline8 horn) antene koje rade na principu soiva


19/105

49


20/105

2%


21/105

24

@ntene za bazne stanice (I)

@ntene koje se naje=>e koriste kod I usmeravaju energiju8koju prime od predajnika8 u jednom relativno uskom smeru

Aa taj nain je nivo polja u tom smeru je od nekoliko desetinado stotina puta ve>i nego kod antena koje bi zraile u svimsmerovima jednako

@ntene nisu idealne8 pa postoji izvesno zraenje iza i ispodantene Karakteristika zraenja antena de"ini=e se njihovimdijagramom 3ra4enja5koji se moe dobiti merenjem iliizraunavanjem Aa slici je prikazan primer uobiajenogdijagrama zraenja antene I koja se koristi za &M 9%%M$z


22/105

22


@ntene koje koriste I mogu zraiti (paralelno sa zemljinompovr=inom) jednako u svim smerovima (omnidirektivne) ilidominantno u jednom uskom sektoru (npr =irine oko #%%)

Craenje antene bazne stanice trebalo bi pokriti tano onaj deopovr=ine koji pripada dotinoj >eliji

!okrivanje je uglavnom odreeno horizontalnim dijagramomzraenja8 dok snop u vertikalnoj ravni odreuje uticaj nasusedne >elije

Ukoliko postoji opasnost od inter"erencije u ostalim >elijamadijagram zraenja antene se moe nagnuti u vertikalnoj ravni


23/105

2#


Kada se antena nalazi na visokom stubu oko kojeg je prazanprostor8 poloaj maksimalnog nivooa polja zavisi od nagi!aantene i isinena koju je antena postavljena


24/105

2,ertikalni antenski nizovi D dijagram zraenja

Ugao usmerenosti


25/105

2+

,ertikalni antenski niz dipola 7omnidirektivno pokrivanje

ektorisano pokrivanje


26/105

25

@ntene za bazne stanice


27/105

26

@ntene za mobilne ureaje

koro omnidirektivni dijagram zraenja8 Maledimenzije

*rekvencijsko podruje rada antene treba da pokrijesve podrane standarde (9%%8 4:%%8 49%% i 2%%%

M$z) 'o se postie kombinovanim antenama(svaka za pojedino podruje) Nbzirom da je potreba za je"tinom proizvodnjom i

malim dimenzijama8 kao re=enje se name>umonopolii dipoli

Ca e"ikasno zraenje duina antene bi trebala bitibarem ;8 =to je nepraktino8 pa se koriste razliiteintegrisane antene koje imaju bitno smanjenue"ikasnost u poreenju sa dipolom


28/105

2:

@ntene 7 rezime

bazne stanice D visine #%7tak metara omni7direkciona D kruni horizontalni dijagram

zraenja sektorske antene D horizontalni ugao usmerenosti

5%%ili 42%%

mobilna stanica D tipino 4+ do # metra8

neusmerena


29/105

29

Nsnovne karakteristike beinogkomunikacionog kanala !ropusni opseg kanala !risustvo =umova i inter"eriraju>ih

(ometaju>ih) signala Kapacitet kanala bit;sF ,arijacije nivoa signala


30/105

#%

!ropusni opseg kanala (band0idth)

predstavlja "rekvencijsku karakteristiku kanala koja pokazuje sposobnostkanala da prenosi signale na razliitim uestanostima

Oirna propusnog opsega kanala? I."upper7"lo0er Uestanost nosioca (carrier)? "c !rimer (&M)

"upper.:9%8M$z "lo0er.:9%2M$z I.%82M$z.2%%k$z

frekvencija

fc fupperflower

B


31/105

#4

Pzoblienja signala usled ogranienogpropusnog opsega komunikacionog kanala


32/105

#2

Pntersimbolska inter"erencija

!ro=irenje trajanja impulsa8 zbognedovoljne =irine "rekventnogopsega sistema za prenos8dovodi do toga da pro=ireniimpuls ima svoj deo i u susednimvremenskim sekvencama8

abiranjem delova susednihimpulsa dobija se neki signal i uvremenskoj sekvenci gde bitrebalo da signal ima vrednostnula (gre=ka u odluivanju)

!ojava da signal iz jedne

vremenske sekvence utie nasignale u ostalim vremenskimsekvencama naziva seintersim!ols$a interferenci%a


33/105

##

Uticaj 6umo2a u be7i4nim sistemimaOta je =umQ !od =umom se podrazumevaju razliiti neeljeni sluajni elektrini

signali koji su uvek prisutni u telekomunikacionim sistemima koji sesuperponiraju sa korisnim signalom koji sadri poruku

=um.svaki neeljeni (umetnuti) signal koji nije deo signala poruke Oum kao pojava ima izuzetan znaaj pri prenosu signala jer pridruen

korisnom signalu izaziva degradaciju kvaliteta signala na prijemu Oum je jedan od osnovnihih ograniavaju>ih "aktora za postizanje

eljenih per"ormansi u telekomunikacionom sistemu


34/105

#

Uticaj umova pri prenosuUticaj umova pri prenosudigitalnih signaladigitalnih signala&re=ka pri odluivanju? poslata 4 a protumaena (primljena) %8 i obratno


35/105

#+

Pzoblienje signala u prisustvu =uma


36/105

#5

Kapacitet digitalnog kanala

Ca digitalne signale postavlja se pitanje kolikodegradacija preno=enog signala ograniava brzinuprenosa podataka koja se moe posti>i

Maksimalna brzina kojom se podaci mogu prenositipreko nekog komunikacionog puta8 ili kanala8 pod datimuslovima naziva se $apacitet $anala

Rilj je da se raspoloivi "rekvencijski opseg iskoristi =to jemogu>e vi=e (tj da se ostvari =to ve>a spektralna

e"ikasnost izraena odnosom bit;s;$z) odnosno posti>i=to je mogu>e ve>u brzinu prenosa podataka za zadatuverovatno>u gre=ke i raspoloivu =irinu opsega


37/105

#6

!arametri koji de"ini=u kapacitetkanala Irzina prenosa podataka (digitalni protok)

Irzina kojom se moe vr=iti komunikacija8 tj broj bita koji semogu preneti u jedinici vremena (b;s)

!ropusni opseg opseg uestanosti ($z) limitiran karakteristikama predajnika

i medijuma za prenos

Oum rednja vrednost nivoa =uma na komunikacionom putu8 tj

odnos signal;=um

,erovatno>a gre=ke D stepen gre=ke bita pri prenosudigitalnih signala


38/105

#:

Kapacitet digitalnog kanala(hannon)

1 / 2 1 2 l#+ $ '= +2 1C bit s B H z SNR

Oenon je pokazao da se maksimalni teorijski kapacitet digitalnog kanala uprisustvu =uma8 izraen u bitima u sekundi8 moe iskazati jednainom(7en#n#va jednaina za ka*acitet di+italn#+ kanala'?

U praksi se mogu posti>i samo protoci koji su nii od ovih vrednosti

!rimer?I.#k$z (=irina opsega uestanosti potrebna za prenos govora u tele"oniji8

A.%dI (;A.4%.4%%%%)8

R. #%% 3 log2(4J4%%%%).#%% 3 log4%(4%%%4);log4%2 . +2 kb;s

R? kapacitet kanala (bit;s)I? =irina propusnog opsega kanala ($z);A? odnos signal;=um (izraen linearno)


39/105

#9

!rostiranje prostornim talasom!rostiranje prostornim talasom(pace 0ave propagation)(pace 0ave propagation)

Ovakav nain prostiranja doinantan je kada je visina predajne antene nogoOvakav nain prostiranja doinantan je kada je visina predajne antene nogo

vea od talasne duinevea od talasne duine 22

h>>R

T

direktan talas

reflektovan

talas

ignal na prijemu je rezultanta direktne i re"lektovanih komponenti

"rekvencije S #% M$z (,$*8U$*)!rostorni talas . direktna J re"lektovana komponenta!rostorni talas . direktna J re"lektovana komponenta


40/105

%


41/105

4

E"ekti pri propagaciji prostornih talasa


42/105

2


43/105

#

!rostiranje radio talasa u sistemimamobilnih komunikacija U sistemima mobilnih komunikacija uobiajeno se koriste

"rekvencije iz U$* (Ultra $igh *re1uenc/) opsega8 kojeobuhvataju uestanosti od #%%M$z do #&$z (talasne duine 4 D%4m)

adio talasi na ovim "rekvencijama prostiru se prostornimtalasom(pace 0ave propagation)

U slobodnom prostoru radio signali visokih "rekvencija (iznad #%M$z) prostiru se slino svetlosnim signalima8 tj pravolinijski'akva prava linija izmedju predajnika i prijemnika naziva se -N(line-of-sig&t)7 linija optike vidljivosti

adio talasi takodje mogu prodirati u objekte &eneralno8 ovapojava je vi=e izraena ukoliko je "rekvencija nia Nbrnuto8 =to je"rekvencija vi=a8 utoliko se radio talasi pona=aju slinijesvetlosnim talasima


44/105

Karakteristike prostiranja radio talasau sistemima mobilnih komunikacija

Kvalitet prijemnog signala znaajno zavisi oduslova propagacije radio talasa

!ropagacija radio talasa zavisi od speci"inostipodruja iznad kojeg se vr=i prostiranje radiotalasa8 a generalno zavisi od kon"iguracije

terena8 uestanosti radio talasa8 brzinekretanja mobilnog terminala8 izvorainter"erencija i drugih promenljivih "aktora


45/105

+

Karakteristike prostiranja radio talasau sistemima mobilnih komunikacija Aa niim "rekvencijama slabljenjesignalaje manjenego na

vi=im "rekvencijama Meutim8 zbog ve>ih talasnih duina8 "izike dimen3ije antena

moraju biti 2e8e na ni7im 9rek2encijama a druge strane8 na 2i6im 9rek2encijama8 mogu>e je koristiti

predajnikemanjih snaga( reda G) da bi se obezbediokvalitetan prijem signala8 odnosno dovoljno velika zonapokrivanja predajnika (do nekoliko km na otvorenim podrujima8pri uslovima postojanja linije optike vidljivosti (-o7line o" sight)8odnosno kroz nekoliko spratova u zgradama D zatvorenim

objektima 'alasne duine na vi=im "rekvencijama (npr iz opsega 9%%M$z)

su reda #%7tak cm8 tako da prijemne (i predajne) antene mogubiti malih dimenzija8 a predajnici malih snaga


46/105

5

Karakteristike prostiranja radio talasau sistemima mobilnih komunikacija Karakteristike prostiranja radio talasa se znaajno

razlikuju u zavisnosti od tipa okruenja? nprprostiranje na otvorenim podrujima je znaajnodrugaije od prostiranja u urbanim zonama ili unutarobjekata

U otvorenim zonama (bez prepreka) na manjimrastojanjima8ja4ina signala opada sa k2adratom

rastojanja U ostalim okru7enjima (tipo2imaterena)5 slabljenje signala uobi4ajeno mnogobr7e raste nego 6to je to slu4aj u ot2orenim

3onama:


47/105

6

Karakteristike prostiranja radio talasau sistemima mobilnih komunikacija U urbanim podrujima8 direktni (-o) talas izmeu predajnika i

prijemnika esto biva blokirani re9lekto2ankao posledicaprisustva zgrada i drugih prepreka na terenu8 ili zbog prisustvazidova u zgradama

'akve situacije dovode do A-N (Aon7-o) uslova propagacije8

odnosno prostiranja po vi=estrukim (indirektnim) putanjama(multipath propagation)8 sa razliitim jainama individualnihkomponenata sa razliitim vremenima pristizanja(ka=njenjima)na prijemu8 =to za posledicu uobiajeno imaznaajne varijacije rezultantnog nivoa signala (brzi "eding)

Maksimalna veliina digitalnog protoka znaajno zavisi odmultipath strukture komunikacionog kanala i karakteristika"edinga usled multipath komponenata


48/105

:

!roblem prepreka zgrade8 ku>e reda veliine nekoliko metara do nekoliko desetina metara drve>e i grupa drve>a prepreke su reda veliine ili ve>e od talasne duine radio talasa 7 mogu

blokirati signal ili ga re"lektovati re"lektovani signal moe dopreti do antene mobilne stanice po vi=e

putanja (multipat& propagaci%a) uz direktni signal peci"inosti propagacije u mobilnim vezama

&ubici usled prostiranja 7 slabljenje na trasi (path loss)

hado0ing (zasenenost) 7 smanjenje snage signala !rostiranje po vi=estrukim putanjama

moe uzrokovati slabljenje i izoblienje signala postojanje re"lektovanih signala od neke prepreke


49/105

9

!romene elektrinog polja u "unkcijivremena i prostora !olje nije konstantno tokom vremena

Cbog promena temperature8 pritiska i vlanosti u tropos"eri menja seindeks re"rakcije8 a padavine unose slabljenja na vi=im"rekvencijama Waina polja na prijemnoj anteni osciluje u odnosu naproraunato polje u uslovima prostiranja u slobodnom prostoru

!romene polja predstavljaju se statistikim veliinama D modelirajuse teorijskim raspodelama (promene polja tokom vremena obino&aussovom)

!olje se menja prostorno (sa promenom rastojanja) Kod mobilnih komunikacija mobilna stanica prolazi kroz podruja s

razliitim uslovima propagacije radio talasa Nsigurava se odreeni procenat pokrivanja lokacija s minimalnom

potrebnom jainom polja (npr 9%X lokacija) aspodela nivoa polja zavisi od tipa terena i sredine (ruralno8

prigradsko8 gradsko podruje) i modeluje se empirijskim modelima


50/105

+%

E9ekti pri prostiranju radio talasa u

sistemima mobilnih komunikacija

slabljenje na trasi

blokiranje (shado;ing)

re9leksija od po2r6ine


51/105

+4

e9lekt#van talas

redajnikd

rijemnik

:

:m;i9rakt#vantalas

;irektan talas


52/105

+2

&ubici (slabljenje) usled prostiranja(!ath -oss) anjem rastojanja(udaljenosti) izmeu mobilne i bazne stanice8

ak i u sluaju da nema prepreka izmeupredajne i prijemne antene

Nni retko uzrokuju prekid veze8 zato =to kad

ovi gubici postanu veliki8 druga bazna stanicapreuzima korisnika

Sl blj j l b d


53/105

+#

Slabljenje slobodnog prostora

(free space loss)

Sna+a si+nala na *rijemu Pr! na udaljen#sti d#d *redajnikadata je izraz#m=

+deje Ptsna+a si+nala na *redaji! talasna duina

*redajnik rast#janje d *rijemnik

:

:m

,,

,4 4 4

tr t

PP Pd d

= =

!odrazumeva prostiranje radio talasadu trase bez prepreka (-o)


54/105

+

naga na prijemu @ntene (ako nisu izotropne) utiu da se ve>i deo energije usmeri

ka prijemniku i iz pravca predajnika i to za'tna predaji i za 'rnaprijemu8 pa je?

,4

t r

r t

G GP P

d

=

't 'rD dobitak predajne8 odnosno prijemne antene8 respektivno?

( ) ( )tp

r

d fdPL

P c

= = =

2 2

2 2

4 4labljenje slobodnogprostora

snaga radio talasa kojise prostiru kroz slobodanprostor opada sakvadratom rastojanja

*riss7ova j7na slobodnog prostora

G A

e=

4

2



55/105

++


(free space loss)

labljenje prilikom prostiranja u slobodnom prostoru predstavlja najvanijiizvor gubitaka u radio kanalu8 u opsezima uestanosti do #%'#

labljenje slobodnog prostora ( izraeno u decibelima)?

fD "rekvencija nosioca

Oto je radna "rekvencija fe*a sla!l%en%e (slo!odnog prostora %e e*e+'o znai da su dometi radio talasa na niim uestanostima (pri istim snagmapredajnika i istim uslovima propagacije) ve>i

$ ' ) l#+ $ ' l#+ $ '!PL dB f MHz d km= + +10 1032 45 20 20


56/105

+5

labljenje slobodnog prostora

Y@ko se rastojanje ili"rekvencija udvostrue8slabljenje slobodnogprostora se pove>a za 5dI

Y@ko se rastojanje ili"rekvencija pove>aju 4% putaslabljenje slobodnogprostora se pove>a za 2%dI

$ ' ) l#+ $ ' l#+ $ '!PL dB f MHz d km= + +10 1032 45 20 20

l blj j t i i t i bil ih


57/105

+6

labljenje na trasi u sistemima mobilnihkomunikacija (!-7!ath -oss)

labljenje na ve>im udaljenostima d

d0> re9erentn# rast#janje u sl##dn#m *r#st#ru$za celularne sisteme sa velikim #lastima*#krivanja d0je ti*in# #k# 1 km! d#k u mikr#

celularnim sistemima d0m#e imati vredn#sti u+ranicama #d 1m t# 100m)

PL dd

d

n( ) ( )

0

PL d PL d n d

d( ) ( ) log( )= +0

0

10

Sl blj j i ( h l )


58/105

+:

Slabljenje na trasi (path loss)

Slaljenje na trasi $u#*adaju?em *#retku'= %rana *#druja $veliki

+rad#vi'

%rana *#druja $mali isrednji +rad#vi'

Suurana *#druja @tv#rene z#ne

rimljena sna+a

r = nK

dn.2 ("ree space)8

n.#7+ D tipino u mobilnim sistemima


59/105

+9

'i i d ti k t


60/105

5%

'ipine vrednosti eksponenta nurazliitim okruenjima

Nkruenje ,rednost eksponentan

lobodan prostor 2

Relularni sistemi D urbana zona

bez prepreka

26 to #+

Relularni sistemi D urbana zonapri prostiranju sa preprekama

# to +

Unutar zgrade D po liniji optike

vidljivosti

45 to 4:

Unutar zgrade 7 (pri prostiranjukroz zidove)

to 5

U "abrikama 2 to #

Il ki j ( h d i )


61/105

54

Ilokiranje (shado0ing)(osenenje;zakljonjenost preprekom) ,isine baznih stanica su reda veliine #%7tak metara i one se normalno

postavljaju na isturenim mestima gde u neposrednoj blizini nemaprepreka

Medjutim8 mobilni prijemnici se nalaze mnogo nie od prirodnih ive=takih objekata u okolini 'ipina visina na kojoj se nalazi mobilniaparat je 4+ 7 # m 'o praktino znai da >e se esto na>i nekaprepreka na putu izmedju bazne stanice i mobilnog prijemnika

Ekstremni sluaj slabljenja imamo kada se na putu radio signala nadjeneka prepreka koja potpuno onemogu>ava propagaciju direktnogsignala 'ada imamo e"ekat blokiranja (shado0ing) =to moe izazvatipad snage prijemnog signala

@ko se radi o vrlo visokim "rekvencijama ak i male prepreke poput zidaili drve>a mogu blokirati signal

R 9l k ij


62/105

52

Re9leksija nastupa u sluajevima kada radio talas nailazi na povr=inu ije su

dimenzije mnogo 2e8eu odnosu na talasnu du7inusignala re"leksija od Cemlje8 zgrada8 zidova8 brda e"lektovani signal je manje snage od originalnog8 jer objekat apsorbuje

deo snage e"leksija moe imati pozitivnu ulogu ukoliko ne postoji (-N) optika

vidljivost izmedju predajnika i prijemnika 'o je uobiajeni sluaj u urbanim i brdskim sredinama ignal se moe vi=e puta re"lektovati do prijemnika8 a nakon svake

re"leksije sve je slabiji

R 9l k ij


63/105

5#

Re9leksija

Kada radio talas nailazi

na granicu dve sredinerazliitih provodnostinpr!vazduh"#emlja$%incidentni talas se

razdvaja na re&e'tovani preneseni!

(e&e'tovana )*+,$'omponenta talasa

dolazi na ulazprijemni'a% gde zajednosa dire'tnim *+,$talasom ini rezultantno

polje na mestu prijema!

LOSNLOSht hr

d

R 9l k ij


64/105

5

*azni pomeraj izmeu direktne

,di re"lektovane ,r

komponentetalasa8 koja odgovara razlicinjihovih puteva8 dat je izrazom?

@mplitude Eri Edsu priblinojednake?

@ko su Edi Eru protiv7"azi (4:%o)8slabljenje signala moe bitiveliko (2%dI ili vi=e)

, , 4t r t r h h h h

d d

= =

d

E1

Re9leksija

#i9 k ij


65/105

5+

#i9rakcija

ava prijem talasa i na mestimazaklonjenim preprekama (izvan -N) !rema obliku prepreke razlikuju se dva tipa di"rakcije? na o=trici noa i

glatkoj povr=ini


66/105

55


67/105

56

prepreka takvog oblika da se moe ucrtati krunicapoluprenika R

&ubici usled di"rakcije na glatkoj s"eri su ve>i u odnosu na sluaj

di"rakcije na o=trici noaV za vrednost 0e1


68/105

5:


69/105

59

ignal

Rasejanje (scattering)


70/105

6%

Rasejanje (scattering)

je poja2a koja se de6a2a na manjim preprekama5 4ije sudimen3ije pribli7no jednake ili manje od talasne du7ine signala0

dolazni signal nakon nailaska na prepreku se rasejava u razliitimpravcima !osledica je znaajno slabljenje signala

ako imamo u vidu da je tipina talasna duina kod mobilnih sistema

reda veliine nekoliko decimetara8 mnogi objekti u okruenju moguizazvati ovaj e"ekat (unutar objekata to mogu biti o=tre povr=ine iname=taj8 a u spoljnjem okruenju razne prepreke manjih dimenzija8vozila8 drve>e i slino

rasejanje

Prostiranje po 2i6estrukim putanjama


71/105

64


(multipath propagation) +1S % ,+1S



72/105

62


(multipath propagation)

!ri prostiranju elektromagnetnih talasa8 posebno u urbanimsredinama dolazi do vi=estrukih re"leksija (multipath)8 =topredstavlja glavni problem u sistemima mobilnih komunikacija

Aaime8 prilikom prostiranja od predajnika ka prijemniku8elektromagnetni talasi se re"lektuju od raznih objekata tako da u

prijemnik isti signal stie sa vi=e razliitih amplituda i ka=njenja("aza) Capravo8 tipian nain prostiranja u sistemima mobilnih

komunikacija je prostiranje po vi=estrukim putanjama U praksi8 vrlo esto i ne postoji -o komponenta8 ve> je signal na

prijemu rezultat mno=tva signala nastalih kao posledicare"leksije8 rasejanja ili di"rakcije



73/105

6#


(multipath propagation)

U takvim situacijama moe do>i do slede>ih e"ekata? ,remenske varijacije signala usled prisustva zakasnelih komponenata

(=irenje signala na prijemu u odnosu na poslati signal)8 sluajnu "rekvencijsku modulaciju usled


74/105

6

Ka=njenje usled propagacije povi=estrukim putanjama D dela/ spread Cbog konane brzine prostiranja EM talasa8 multipath signali stiu do

prijemnika sa odredjenim vremenskim pomakom8 =to dovodi do pojave podnazivom delay spread (.iren%e usled $a.n%en%a) Nva pojava ograniavamaksimalni protok (brzinu prenosa) na radio kanalu

'ipina vrednost za ovu pojavu u gradovima je do # Zs8 u suburbanim

zonama do %+ Zs8 a na otvorenom prostoru %2 Zs &M moe tolerisatiovaj e"ekat do 45 Zs8 =to odgovara razlici puteva od oko # km

ignal napredaji

ignal naprijemu

Irzinaprenosa

Koherentna=irina kanala

-ntersimbolska inter9erencija (-S-)


75/105

6+

-ntersimbolska inter9erencija (-S-)

Komponenta koja u prijemnik stie najkra>im putem8 dakle sa najmanjimka=njenjem8 trpi najmanje slabljenje8 dok su ostale multipath komponente8koje vi=e kasne8 vi=e oslabljene jer prelaze dui put

Aa prijemu8 dakle8 postoji itav niz oslabljenih8 zakasnelih8 digitalnih signalaije su amplitude obrnuto proporcionalne njihovom ka=njenju

Aa taj nain8 rezultuju>i digitalni impuls na prijemu dobija [rep koji izaziva

intersimbolsku inter"erenciju !ojava meusobnog preklapanja impulsa naziva se PP (deo energijeimpulsa iz jednog intervala se pojavljuje i u drugim signalizacionimintervalima)

Kada je ka=njenje ve>e od 2%X trajanja signalizacionog intervala8 PP moepredstavljati znaajan problem 'akoe8 ako se protok pove>ava8 PP jeizraenija


76/105

65

*eding Multipath utie na to da nivo snage

signala na prijemu stalno varira uvremenu i prostoru Nve promenenivoa primljenog signala nazivajuse 9eding0

U sluaju kada se prijemnik8predajnik ili oba kre>u8

karakteristike radio kanala sestalno menjaju tokom vremena i sapromenom lokacija prijemnika i;ilipredajnika


77/105

66

Spori (dugotrajni) feding

!rilikom kretanja mobilne stanice(udaljavanjem mobilnog korisnika od baznestanice ili udaljenijih prepreka) i srednjavrednost primljenog signala znaajno se

smanjuje D variraNve promene se nazivajuspori (long7term? dugotrajni)9eding S*#re varijacije u #k#lini srednje vredn#sti

si+nala *#znate su ka# s*#ri $du+#trajni'

9adin+) @vaj ti* 9edin+a naziva se i shadowing!ili l#+n#rmalni 9edin+)

B i (k tk t j i) f di


78/105

6:

Brzi (kratkotrajni) feding Irze promene vrednosti snage primljenog signala nazivaju se short term

(kratkotrajni)fading

ri kretanju m#iln#+ terminala na manjim rast#janjima$u kra?im vremenskim intervalima'! usled *r#stiranja *#viestrukim *utanjama! ka# *#sledica uestali:re9leksija! di9rakcija ili rasejanja #d razliiti: #jekata!

$n*r! z+rada! rda! v#zila i sl)'! d#lazi d# *#javekratk#trajni: i izrazit# rzi: $du#ki:' varijacija niv#asna+e si+nala na *rijemu)

.redn#st niv#a sna+e *ri rz#m $kratk#trajn#m'

9edin+u m#e se *r#meniti za ak 30 d# 40 dB $103d#104*uta' u #dn#su na srednji niv# sna+e! kada se*rijemnik *#meri sam# za rast#janje k#je #d+#vara delutalasne duine si+nala)


79/105

69

!rethodno pomenuti problemi javljaju se nezavisno jedan oddrugoga

Meutim u ve>ini sluajeva javljaju se upravo istovremeno

a scenarija


80/105

:%

a scenarija

,i=e slabijih (A-N) signala dolazi na antenu mobilne stanice8 alinema direktnog signala

U ovom sluaju8 dolazi vi=e signala re"lektivanih od zgrada i drugihobjekata u vidu vi=e indirektnih putanja

!rimljeni signal je u stvari suma od vi=e identinih signala8 koji serazlikuju po amplitudi i "azi

Wavlja se kad su prepreke blizu prijemne antene8 u podrujima savisokim zgradama8 put kroz =umu varijacija anvelope signala modelira se Ra>leigh'o2om raspodelom ejlijev "eding spada u kategoriju brzog "edinga ejlijev "eding zavisi od brzine kretanja vozila i "rekvencije

!ored jake direktne (-N) komponente signala postoji vi=e

slabijih multipath (A-N) komponenti Ntvoren put8 trgovi i ostala mesta sa dobrom vidljivosti prema baznoj

stanici varijacija anvelope signala modelira se Rice'o2omraspodelom

Doplerov efekat


81/105

:4

Doplerov efekat

;#*ler#v e9ekat= kada se *rijemnik kre?e u #dn#su na izv#r si+nala $*redajnik'!uestan#st *rimljen#+ si+nala ne?e vie iti ista ka# na izv#ru $*redaji') &ada se *rijemnik *riliava azn#j stanici! uestan#st *rimljen#+ si+nala se *#ve?ava u #dn#su

na izv#rni si+nal! a kada se udaljava #d *redajnika uestan#st #*ada)

*rema t#me! uestan#st *rijemn#+ si+nala je=

+de je fC> 9rekvencija n#si#ca na *redaji!

fD> ;#*ler#va 9rekvencija) ;#*ler#v 9rekvencijski *#meraj=

+de je v> rzina kretanja v#zila! talasna duina radi# talasa)

c#sv

fD=

R C D f=

Irzinakretanjavozila v

v

I

fjemaksimalan pri i iznosi fD=v/+= 00


82/105

:2


83/105

:#

"#deli *r#*a+acije u sistemimam#ilni: k#munikacija

!rema veliini podruja pokrivanja Makro>elijski modeli Mikro>elijski modeli !iko>elijski modeli

"#deli *r#*a+acije u sistemima


84/105

:

"#deli *r#*a+acije u sistemimam#ilni: k#munikacija

Modeli propagacije koji se uobiajeno koriste za planiranje ma$ro*eli%aobuhvataju slede>e?

Nkumura $ata Nkumura7$ata (P'U7 !+29)

RN' 2#47$ata Gal"ish7Pkegami -ee8 Rare/8 -ongle/7ice8 Pbrahim7!arsons model P'U7 modeli D preporuke? !4448 !4+5

vaki od navedenih modela je prilagoen za primenu na speci"inimterenima i za odreene opsege "rekvencija

2$umura model (495:) 'okio


85/105

:+

2$umuramodel (495:) 'okio Okumura model je statistiki (empirijski) model koji je razvijen u Japanu i

bazira se na podacima dobijenim nizom merenja na terenu. On se odnosi nanekoliko frekvencijskih opsega koji se koriste u mobilnim komunikacijama. Metod omoguava predikciju snage prijemnog signala bez poznavanja

detalja o realnoj putanji signala izmeu bazne i mobilne stanice. !mestotoga kao ulazne veliine modela koriste se odreene" lako merljive" op#tekarakteristike terena.

!lazni parametri modela mogu se svrstati u dve grupe$ osobine terena$

% efektivna visina bazne stanice"

% talasnost terena"

% parametar izolovane (usamljene) prepreke % gubitak na o#trici no&a

% ugao prokrenosti terena% parametar me#ovite povr#ine (kopno%voda)

tip sredine$ otvorena oblast" suburbana oblast" urbana oblast

2$umura model (495:) 'okio


86/105

:5

2$umuramodel (495:) 'okio 'aje#e primenjivani model za procenu nivoa signala pri prostiranju talasa iznad kvazi ravnih terena u

urbanim sredinama rekvencijski opseg$ od *+M,z do *++ M,z -astojanja$ do ++km isine predajne antene$ od /+m do +++m isina prijemne antene$ od / do + m 0a tipine visine mobilne antene hr1 /m i predajne antene ht12++m Okumura je dao set krivih za procenu

vrednosti medijane slabljenja usled propagacije

3*+(d4) 1 3f5 6mu(f"d) 7 ,tu(ht) 7 ,ru(hr) 7 8areagde je$

3*+7 medijana vrednosti slabljenja usled propagacije

3f 7 slabljenje slobodnog prostora (d4)

6mu7 (dodatni gubici urbane oblasti) % srednja vrednost slabljenja u slobodnom prostoru u urbanojoblasti" podrazumevajui efektivnu visinu bazne stanice h te12++ m 9 visinu mobilnih antena hre1 / m.

Htu$,t)2 Hru$,r)7 korekcije zbog visina antena drugaijijh od h t12++m i hr1/m

Htu$,t)1 2+ log(ht:2++) /+m ; ht ; +++mHru$,r)1 2+ log(hr:/) /m ; hr ; +m

Hru$,r)1 + log(hr:/) hr ; /m

8area% korekcija zbog tipa okru&enja

2$umura model


87/105

:6

2$umuramodel \3mu(fd) (dB) &@E@(") (dI)

2$umura model 7 proraun srednje


88/105

::

2$umuramodel proraun srednjejaine polja na prijemu lede>a jednaina daje srednju vrednost jaine polja i to za sporu varijaciju

signala u oblasti posmatranja u radijusu od 474+ km

2$umura model 7 proraun srednje


89/105

:9

2$umuramodel proraun srednjejaine polja na prijemu

2$umura model


90/105

9%

2$umuramodel

Okumurin model obezbeuje odreeni broj krivih za tipine frekvencijske opsege umobilnim komunikacijama (*+"


91/105

94

atamodel (49:%)

Hata odel je verzija Okuura odela razvijena za proraune zonepokrivanja uz poo raunara.

Hata je izveo ateatike izraze fitovanje $pode4avanje) vrednostido5ijeni, na osnovu Okuurini, odela krivi,. On tako6e daje izrazeza najvanije korek(ione faktore. Hata daje izraze za izraunavanjepropaga(ioni, gu5itaka2 za ur5ane2 su5ur5ane2 i ruralne sredine.

7ogodan je zaakro(elularne sisteme % sa velikim dimenzijama elija Ogranienja za ovaj model su sledea$

*+ G f(M,z) G *++

/+ G ht(m) G 2++

G hrG+

G d(km) G 2+gde je$ htefektivna visina antene 4>.

hrvisina antene M>.

ata model (49:%)


92/105

92

atamodel (49:%)

8ubici za ravna ur5anapodruja dati su izrazom$3*+(d4) 1 @=.** 5 2@.@logfHM,zI 7 /.A2 log(ht) 7 a(hr) 5 (


93/105

9#

atamodel

su5ur5ani i ruralnizonama slabljenje na trasitreba smanjiti u odnosu na vrednost slabljenja u

urbanim podrujima (za srednje i male gradove) za

vrednosti faktora 89d:$ uburbana podrujima

uralna podruja

atamodel D poreenje slabljenja u


94/105

9

p j j jurbanim8 suburbanim i ruralnim zonama

Frek2encijaY ?//!3@isina antene S

Y $B/ m5@isina antene !SY $0Bm0

avisnost slabljenja od frekvencije


95/105

9+

av s ost s ab je ja od e ve c je

urbana oblast? veliki grad

2$umura-ata model (P'U7 !+29)


96/105

95

2$umura ata ode ( U + 9)


97/105

96

Pt$/d*

9D//!3

t/m

rBm

(t)(r)&0$Ddi

RN'2#4 $ata model 4999F


98/105

9:

F

!ro=ireni $ata model za "rekvencije od 48+ do 2 &$z8 za primenu u urbanimzonama

Cbog potrebe planiranja &M 4:%% sistema8 razvijena je revizija $ata modela8RN' 2#47$ata8 koja koristi sline metode onima koji su kori=>eni u$ata;Nkumura modelu

ht 30m,00m ! hr 1m10m! d=1km,0km

Nsnovni izraz RN' 2#47$ata modela je?0!. 5## J ##9 log(f) 7 4#:2 log(&t) 7 a(&r) J (9 7 5++ log(&t)) log(d) J 4m

gde a(&r) ima isti izraz kao u originalnom modelu za srednje i male gradove8 a4m5%dI za gradove srednje veliine i suburbane centre sa prosenom gustinom

rastinja84m 5# dI za metropoleNpseg "rekvencija na koje se model primenjuje je 4+%% ] "(M$z) ] 2%%%8 a ostalaogranienja su ista?

C@ST ,31 Dal9is:Eke+ami m#del


99/105

99

+

S

Kod ovog modela je mogu>e uvesti neke parametre koji opisuju karakterurbane sredine8 kao =to su?

&Roof7 visina zgrade8 u mF8 6 7 =irina ulice8 u mF8 b 7 rastojanje izmedju zgrada8 u mF8

7 orijentacija ulice u odnosu na direktni radio put8 u stepenima



100/105

4%%

+

!ristup je statistiki8 jer se unose samo karakteristine vrednosti8 ane i opisi svih zgrada i ulica pojedinano

Nvaj model moe se primeniti na velike8 male i mikro >elije Model je8 meutim8 ogranien na ravan gradski teren 'akodje8 ogranienje postoji u smislu da se ne moe primeniti ako je

antena bazne stanice nia od krovova zgrada8 a treba ga treba

oprezno primenjivati ako je antena bazne stanice priblino u visinivrhova krovova oblinjih zgrada

Ca pouzdane rezultate u okviru malih >elija8 poeljno je da antenabazne stanice bude vi=e od m iznad maksimalne visine krovovazgrada na udaljenosti do 4+% m

Pnae8 raniji8 slini modeli nisu posebno uzimali u obzir sluaj daizmeu antene bazne stanice i antene mobilnog tele"ona du nekeulice postoji direktna linija optike vidljivosti

RN' 2#4 Gal"ish7Pkegami model uzima u obzir i ovaj sluaj



101/105

4%4

Frekvencija 9= 800 ,000 "Hz .isina antene azne stanice :t= 4 50 m .isina *rijemne antene :r= 1 3 m ast#janje d= 0)01 5 km

]dB[dl!2"fl!2#"$%2L c&', ++

]dB[d

dl!%#dl!2"fl!2#"$%2L

re*kre*kc&',

+++

!o liniji optike vidljivosti

Iez linije optike vidljivosti

P'U7 preporuka !444


102/105

4%2

U p epo u a

Model koji je relevantan za makro>elijske primene8 primenljivje za rastojanja od 2%m do +km8 moe se primeniti za A-osisteme

!redstavlja verziju RN' 2#4 Gal"ish7Pkegami modela sapojednostavljenom i generalizovanom procedurom prorauna

elevantni parametri mogu biti u slede>im granicama? &!? D +%m &m? 4 D #m f? :%% D 2%%%M$z ako je &!75 sredn%a isina o!%e$ata

(#grada) i#nad lo$alnog terena f? :%% D +%%%M$z ako je &! 8sredn%a isina o!%e$ata

(#grada) i#nad lo$alnog terena

P'U7 preporuka !4+5


103/105

4%#

p p

Model koji se moe primeniti za ve>a rastojanja8 sve do 4%%%km Model je zasnovan na seriji gra"ika (ili tabela)8 originalno

dobijenih na osnovu niza merenja8 koji omogu>avaju predikcijupolja na =irim makro>elijskim podrujima (koriste se i zaradiodi"uzne stanice i "iksni beini pristup)

Aeophodno je primeniti korektivne "aktore za razliite varijanteterena8 e"ektivne visine antena baznih stanica8 sluajkombinovanih trasa Cemlja D more i za razliite procentevremena raspoloivosti

Nvaj metod daje priblino iste rezultate kao i model Nkumura7

$ata na rastojanjima do 4%km Metod je primenljiv za "rekvencije od #%M$z do #&$z i rastojanjaod 4 do 4%%%km

Mikro>elijski modeli propagacije


104/105

4%

j p p g j

K7ke mikro>elija? Cona pokrivanja od 4%% do 4%%% m Manje visine I? #74%m Manje snage predajnika? 4%mG do 4G

Empirijski modeli? -ee Dov mikro>elijski model Model dvostrukog nagiba $ar7$ia7Iartoni model

*iziki modeli? Modeli dva zraka (t0o ra/) i etiri zraka ("our7ra/)

Kanjon model Model sluajnog talasovoda P'U7 !444 A-o model

!iko>elijski modeli


105/105

j

Pndoor okruenja? poslovni objekti8 zgrade8 aerodromi8 el stanice 'ipovi modela?

Empirijski Gall and *loor "actor models (modeli koji ukljuuju "aktore zidova ispratova) RN'2#4 Multi7Gall model (vi=e zidova) Ericsson model Empirijski modeli za G-@A !redikcija zasnovana na merenjima

*iziki ray tracing

U'< (Uni"orm geometrical 'heor/ o"

Documents

2 PROPAGACIJA RADIO TALASA.ppt