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