3- ΣΔΥ50 - ΟΣΣ4 - Physical Layer

8/18/2019 3- ΣΔΥ50 - ΟΣΣ4 - Physical Layer

1/19

Ασύρματη διάδοση καιμοντέλα απώλειας

4η ΟΣΣ


2/19

• Ισοτροπική κεραία: εκπέμπει κατά την ίδιποσότητα σε κάθε κατεύθυνση

• Στη πράξη, δεν υπάρχει ισοτροπική κεραίκαθώς καμία δε δίνει απόλυτα σφαιρικήδιάδοση

• Επιπλέον, συμφέρει να συγκεντρώσουμετην εκπεμπόμενη ισχύ προς συγκεκριμένηκατεύθυνση (αντίστοιχο παράδειγμα:ανακλαστικό υλικό πίσω από τη λάμπα σεφανάρι αυτοκινήτου)

• Πχ στο b) σε απόσταση R, η ισχύς P’ είναιδιπλάσια από ότι h P στο α) Άρα:

dBiGdB

G

3PP'log10

2P

P'• Ο παράγοντας G (παράγοντας κέρδους-

antenna gain) δείχνει το κέρδος στηλαμβανόμενη ισχύ σε σχέση με αυτήν τηςισοτροπικής κεραίας

Κεραίες


3/19

Κάθε ηλεκτρομαγνητικο κύμα το οποίο διαδίδεται υφίσταταιεξασθένηση

Η πιο απλή μορφή διάδοσης είναι στον ελεύθερο χώρο

Aν η κεραία του πομπού δεν είναι ισοτροπική τότε ισχύει

Εάν λάβουμε υπόψη και απώλειες που δεν οφείλονται στη διάδοση

Εξασθένηση στον ελεύθερο χώρο

mbt r GG P P

2

d4π

00

2

d4π L L

GG

L

GG

P

P

p

mbmb

t

r


4/19

Συμπεράσματα: Σε σταθερή απόσταση η μεταβολή στη λαμβανόμενη ισχύ είναι

ανάλογη του f - 2 Συνεπώς, σήματα μεγαλύτερης συχνότητας εξασθενίζουν πιο εύκολα

Για συγκεκριμένο σήμα, η ισχύς σε απόσταση d είναιαντιστρόφως ανάλογη του τετραγώνου του d

Εξασθένηση στον ελεύθερο χώρο


5/19

Επίδραση καμπυλότητας της γης

beh Rd 2Re: η ακτίνα της Γης.

hb: το ύψος της κεραίας του πομπού


6/19

Ανάκλαση:Συμβαίνει όταν το ηλεκτρομαγνητικό κύμα πέσει πάνω

σε αντικείμενο διαστάσεων >> λ. Ανακλάται μέρος της ισχύος τουσήματος

Περίθλαση: Συμβαίνει όταν το ηλεκτρομαγνητικό κύμα πέσειπάνω σε αδιαπέραστο αντικείμενο (π.χ. τοίχο). Δευτερεύονταηλεκτρομαγνητικά κύματα δημιουργούνται πίσω από τοαδιαπέραστο αντικείμενο. Αυτό εξηγεί την λήψη RF σεπεριβάλλοντα χωρίς LOS (line of sight)

Διασπορά : Συμβαίνει όταν το ηλεκτρομαγνητικό κύμα πέσει πάνωσε αντικείμενο διαστάσεων


7/19 Ανάκλαση (R), Περίθλαση (D), Διασπορά (S).


8/19

Η σχετική συνεισφορά των παραπάνω τριώνμηχανισμών διάδοσης στο τελικό λαμβανόμενοσήμα, εξαρτάται από το περιβάλλον

Σε περιπτώσεις όπου υπάρχει LOS μεταξύ

transmitter-receiver, η περίθλαση και η διασπορά δενέχουν σημαντική επίδραση (Ricean fading)

Αντιθέτως, σε περιπτώσεις όπου δεν υπάρχει LOS

μεταξύ transmitter-receiver, (π.χ. ο χρήστης ενόςκινητού στο δρόμο μιας πόλης) η περίθλαση και ηδιασπορά καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό την ποιότητατου λαμβανόμενου σήματος (Rayleigh fading)

Μηχανισμοί διάδοσης


9/19

Πολύδρομη διάδοση (Multipath propagation):προκαλείται από τους παραπάνω τρεις μηχανισμούςκαι προκαλεί γρήγορες μεταβολές στην ισχύ τουλαμβανόμενου σήματος

Οι μεταβολές αυτές μπορεί να είναι μέχρι και 3~4τάξεις μεγέθους (30-40 dB)

Η μέση τιμή του λαμβανόμενου σήματος έχειμικρότερες μεταβολές και εξαρτάται από τηναπόσταση πομπού-δέκτη

Μηχανισμοί διάδοσης


10/19Μεταβολή του λαμβανόμενου σήματος σε σχέση με την απόσταση πομπού και δέκτη

Καταστολή σήματος λόγω multipath propagation


11/19

•Χρονική διασπορά: η επέκταση των μεταδιδόμενων συμβόλων στο χρόνο

•η διαφορά μεταξύ των συνιστωσών με τη μεγαλύτερη και τη μικρότερη καθυστέρησηονομάζεται επέκταση καθυστέρησης Td

•Εάν ο χρόνος συμβόλου είναι μεγάλος σε σχέση με το Td, τότε αυτη δεκαταλαμβάνει σημαντικό χρόνο σύμβολου και δεν έχουμε διασυμβολικήπαρεμβολή

•Διαφορετικά η διασυμβολικη παρεμβολη ανεβάζει σημαντικά το BER


12/19

Ειπώθηκε ότι η ισχύς P(d) του σήματος ενός πομπού είναι ανάλογητου d -2 σε απόσταση d . Αυτό δεν ισχύει σε πραγματικάπεριβάλλοντα όπου παρουσιάζεται επιπλέον σημαντικήεξασθένηση λόγω των μηχανισμών που περιγράφηκαν πρινέχειαναπτυχθεί ένα γενικό μοντέλο για διάδοση ΝLOS:

Όπου P(d o ) η μέση λαμβανόμενη ισχύς σε σημείο d o σε LOS με τηνκεραία και έξω από την κοντινή ζώνη της, 3 n 5, ανάλογα με το

περιβάλλον (n: εκθέτης διάδοσης)

Power in dBm=10log(power in mW)

n

o

or

d

d d P d P

)()(

dBmd

d nd P d P r

00 log10)(log10)(

Εξασθένηση σε περιβάλλοντα NLOS


13/19


14/19

Οταν σχεδιάζουμε ένα σύστημα, η εμβέλεια ορίζεται εωςτην απόσταση που υπάρχει ένα ελάχιστο P r που εγγυάταιλειτουργία του δέκτη Συνήθως το όριο ευαισθησίας (receiver sensitivity) του δέκτη

Όμως εφόσον μ=0 50% των περιοχών στο όριο εμβέλειας θα λαμβάνουν σήμα

χαμηλότερης ισχύος από το όριο ευαισθησίας

Για το λόγο αυτό αυξάνουμε την ισχύ εκπομπής ώστε γιατην ίδια εμβέλεια να αυξήσουμε τη λαμβανόμενη ισχύ στοόριο ευαισθησίας Παράγοντας αύξησης F

s γνωστός ως περιθώριο σκίασης (fade

margin)

Περιθώριο σκίασης


15/19

Μετατόπιση Doppler

Είναι η μετατόπιση της συχνότητας f m που παρατηρείται στολαμβανόμενο σήμα, όταν υπάρχει σχετική κίνηση του δέκτη ωςπρος τον πομπό με ταχύτητα v

f m=vf /c

Έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση του εύρους φάσματος του σήματος Η συχνότητα αυξάνεται όταν κινούμαστε προς τον πομπό

Η συχνότητα μειώνεται όταν απομακρυνόμαστε από τον πομπό

Ακίνητος πομπός Κίνηση πομπού ->


16/19

Ένα ασύρματο καναλι χαρακτηρίζεται από χρονική διασπορά καιδιασπορά συχνότητας

Xρονική διασπορά: προκαλείται από τη διασπορά στο χρόνο τωνμεταδιδόμενων συμβόλων και οφειλεται στη συχνοτικά επιλεκτική

σκίαση κατασταση οπου το κανάλι έχει πολλές συχνοτικές συνιστώσες οιοποίες χρειάζονται διαφορετικό χρόνο για να φτάσουν στο δέκτη καιυπόκεινται σε διαφορετικό βαθμό εξασθένησης.

Εύρος ζώνης συνοχής καναλιού: Η περιοχή συχνοτήτων στο εύροςτης οποίας η εξασθένηση είναι ίδια

Χρόνος συνοχής καναλιού: το χρονικό διάστημα κατά το οποίο τοκανάλι παραμένει σταθερό

ίσος με το αντίστροφο της μετατόπισης Doppler

Χαρακτηριστικά ασύρματου καναλιού


17/19

Μακροκυψέλες: πιο γνωστά μοντέλα των Okumura/Hata Okumura: Μέσω μετρήσεων συνέταξε καμπύλες path loss συναρτήσει τηςαπόστασης για σειρά συχνοτικών καναλιών μεταξύ 100 MHz και 1,92 GHz

Hata: Προσέγγιση καμπυλών Okumura με μαθηματική σχέση Η μεσαία τιμή της απώλειας διάδοσης (L 50(d)) προκύπτει από τα παρακάτω (150 ≤ f c ≤ 2200

MHz, 30 ≤ hb ≤ 200 m, 1 ≤ hm ≤ 10m, 1≤ d ≤ 20Km)

Μοντέλα απώλειας


18/19

μοντέλο COST 231 προτάθηκε από τον Ευρωπαικό Οργανισμό Προτυποποίησης

Τηλεπικοινωνιών (European Standards TelecommunicationsInstitute-ETSI), για συστήματα προσωπικών επικοινωνιών

A ποτελεί συνδυασμό εμπειρικών και ντετερμινιστιών μοντέλων

για εκτίμηση της απώλειας διάδοσης σε ένα αστικό περιβάλλον800 MHz έως 2 GHz

Χρησιμοποιείται κυρίως στην Ευρώπη για το σύστημα GSM 1800



19/19

Μοντέλα διάδοσης σε εσωτερικό χώρο Χρηση για τoποθετηση εξοπλισμου ( APs) σε indoor WLANs Το παρακάτω μοντέλο αφορά indoor picocell environment Η απώλεια διάδοσης σε μια πικοκυψέλη δίνεται από τη σχέση:

η απώλεια διάδοσης σε απόσταση ενός μέτρου γ ο εκθέτης διάδοσης d η απόσταση πομπού και δέκτη μια τυχαία μεταβλητή που μοντελοποιεί το αποτέλεσμα της σκίασης η εξασθένηση μεταξύ n ορόφων. Τυπικές τιμές εξασθένησης ανά όροφο για

συχνότητες λειτουργίας 900 MΗz και 1.7 GHz είναι 10 dB και 16 dB αντίστοιχα

dBXnLnlog(d)10σ

f 0

d L L p p


0d L p

σX

nLf

3- ΣΔΥ50 - ΟΣΣ4 - Physical Layer

Documents

Transcript of 3- ΣΔΥ50 - ΟΣΣ4 - Physical Layer