Siirtotiet (Siirtomedia)

Transkriptio

1 CT30A2002 Tietoliikennetekniikan perusteet Siirtotiet (Siirtomedia) 1

2 Yleistä siirtoteistä Käydään läpi fyysiset ominaisuudet, sovelluskohteet ja pääpiirteet siirron kannalta Siirtotiet, joilla tietoa siirretään eri järjestelmien välillä, voidaan jakaa kahteen kategoriaan: johtimellisessa (ohjatussa) siirtotiessä signaalit kulkevat fyysistä reittiä pitkin johtimettomalla (ohjaamattomalla) siirtotiellä tieto siirtyy langattomasti 2

3 Yleistä siirtoteistä Johtimellisia siirtoteitä Parikaapeli Koaksiaalikaapeli Valokuitu Sähköjohto Johtimettomia siirtoteitä Mikroaaltolinkit Satelliittilinkit Radiotie Infrapunalinkit 3

4 Yleistä siirtoteistä Sekä siirtotien että signaalin ominaisuudet vaikuttavat tiedonsiirron laatuun ja ominaisuuksiin Johtimellisessa siirrossa siirtotiellä on suurempi vaikutus Johtimettomassa signaalin kaistanleveys ja antennin ominaisuudet ovat siirtotien ominaisuuksia tärkeämpiä esim. antennin suuntaavuus 4

5 Design Factors Determining Data Rate and Distance bandwidth higher bandwidth gives higher data rate transmission impairments impairments, such as attenuation, limit the distance interference overlapping frequency bands can distort or wipe out a signal number of receivers more receivers introduces more attenuation

6 Electromagnetic Spectrum

7 Johtimelliset siirtotiet Johtimellisessa siirtotiessä tiedonsiirtonopeus tai laitteiden välinen etäisyys riippuu pitkälti käytettävissä olevasta kaistanleveydestä Johtimellisia siirtoteitä Parikaapeli (twisted pair) - esim. puhelinkaapeli Koaksiaalikaapeli (coaxial cable) - TV kaapeli Optinen kuitu (optical fiber) Sähköjohto Tilaajaliitäntä sähköverkon välityksellä 7

8 Johtimelliset siirtotiet Käytetään lyhyistä tilaajaliitännöistä ja lähiverkoista aina pitkiin runkoyhteyksiin asti Siirtoteillä voidaan välittää sekä digitaalisia että analogisia signaaleita Siirtotien pituuden kasvattamiseksi suuremmilla etäisyyksillä signaalia pitää parantaa (vahvistaa/ tahdistaa) Analogisilla signaaleilla käytetään vahvistimia Digitaalisilla signaaleilla toistimia 8

9 Transmission Characteristics of Guided Media Frequency Range Typical Attenuation Typical Delay Repeater Spacing Twisted pair (with loading) 0 to 3.5 khz khz 50 µs/km 2 km Twisted pairs (multi-pair cables) 0 to 1 MHz khz Coaxial cable 0 to 500 MHz 7 10 MHz 5 µs/km 2 km 4 µs/km 1 to 9 km Optical fiber 186 to 370 THz 0.2 to 0.5 db/ km 5 µs/km 40 km

10 Parikaapeli (twisted pair) Halvin ja eniten käytetty johtimellinen siirtotie Koostuu toistensa ympärille kiedotuista kahdesta kuparijohtimesta Kierrolla häiriöitä pienentävä vaikutus Johdinpari muodostaa aina yhden kommunikointilinkin Useita johdinpareja voidaan yhdistää suuremmaksi kaapeliksi 10

11 Parikaapeli Käytetään yleisesti niin puhelin- kuin dataverkoissa Puhelinverkoissa parikaapelia käytetään tilaajajohtimena (analoginen signaali) Dataverkoissa (digitaalinen signaali) parikaapelilla päästään jopa Gbps nopeuteen, joskin hyvin rajoitetulla etäisyydellä ja rajoitetulla määrällä laitteita Mitä suurempi tiedonsiirtonopeus sitä lyhyempi etäisyys (mitä suurempi taajuus, sitä suurempi signaalin vaimeneminen) 11

12 Parikaapeli Erilaiset häiriötekijät vaikeuttavat parikaapelin käyttöä (esim. sähkömagneettiset häiriöt) Häiriösietoisuutta voidaan parantaa päällystämällä kaapeli suojaavalla foliolla tai metallipunoksella Johtimien kiertäminen vähentää matalan taajuuden häiriöitä Eri mittaisten kierteiden käyttö pienentää taas ylikuulumista (vierekkäisien parien) 12

13 13

14 Parikaapeli Parikaapelista kaksi yleistä tyyppiä: suojattu (STP) suojaamaton (UTP) Lisäksi olemassa foliosuojattu (FTP) Puhelinkaapelina käytetään suojaamatonta Suojattu kestää paremmin ulkoiset häiriöt ja sitä suositaan dataverkoissa in a variety of categories - see EIA

15 Parikaapeli Parikaapeli voidaan jakaa ominaisuuksiensa mukaan kategorioihin: Kategoria 1: Ei suorituskykyvaatimuksia Kategoria 2: < 1Mbps Kategoria 3: < 16 MHz, <16 Mbps Kategoria 4: < 20 MHz Kategoria 5: < 100 MHz, <100 Mbps Kategoria 6: < 200 MHz (1 Gbps) Kategoria 7: < 500 Mhz Eroja esim. kierteiden pituus 0,6-0,85 cm (CAT5) vs. 7,5-10 cm (CAT3) 15

16 Twisted Pair Categories and Classes

17 Near End Crosstalk coupling of signal from one pair of conductors to another occurs when transmit signal entering the link couples back to the receiving pair - (near transmitted signal is picked up by near receiving pair)

18 Signal Power Relationships

19 19

20 20

21 Koaksiaalikaapeli Kaksi johdinta sisäkkäin Parempi häiriönsieto jo luontaisesti Käytetään esim.: TV-jakeluverkoissa Puhelinverkkojen runkoverkoissa (korvattu nykyisin kokonaan kuidulla) Lähiverkoissa (nykyisin hyvin olematonta) Väylätyyppisiä 21

22 Koaksiaalikaapeli Koaksiaalikaapelilla voidaan välittää sekä analogisia että digitaalisia signaaleita Analogiselle signaalille vahvistimet muutaman kilometrin välein, digitaaliselle toistimet noin kilometrin välein Koaksiaalikaapelissa voidaan käyttää parikaapelia korkeampia taajuuksia (suuremmat tiedonsiirtonopeudet) Suurimmat häiriötekijät: vaimennus, lämpökohina, keskeismodulaatiokohina (FDMA) 22

23 23

24 Optinen kuitu Optinen kuitu on µm paksuista valoa läpäisevää materiaalia Kuitu koostuu ytimestä, heijastuskerroksesta ja kuoresta Ytimessä (core) siirretään valoaallot (yleensä aina digitaalinen signaali) Heijastuskerroksen (cladding) tarkoituksena on pitää valo ytimessä Kuori (jacket) suojaa kuitua kosteudelta ja vaurioilta 24

25 Optinen kuitu 25

26 Fiber Optics (a) Three examples of a light ray from inside a silica fiber impinging on the air/silica boundary at different angles. (b) Light trapped by total internal reflection. 26

27 Fiber Cables (a) Side view of a single fiber. (b) End view of a sheath with three fibers. 27

28 Optical Fiber - Benefits greater capacity data rates of hundreds of Gbps smaller size and lighter weight considerably thinner than coaxial or twisted pair cable reduces structural support requirements lower attenuation electromagnetic isolation not vulnerable to interference, impulse noise, or crosstalk high degree of security from eavesdropping greater repeater spacing lower cost and fewer sources of error

29 Optical Fiber - Transmission Characteristics uses total internal reflection to transmit light effectively acts as wave guide for to Hz (this covers portions of infrared & visible spectra) light sources used: Light Emitting Diode (LED) cheaper, operates over a greater temperature range, lasts longer Injection Laser Diode (ILD) more efficient, has greater data rates has a relationship among wavelength, type of transmission and achievable data rate

30 30

31 Transmission of Light through Fiber Attenuation of light through fiber in the infrared region. 31

32 Kuitujen käyttökohteita: Optinen kuitu Runkoverkot kuidut ovat parhaimmillaan suurta kapasiteettia vaativiin olosuhteisiin Kaupunkiverkot myös lyhyemmillä matkoilla voidaan kuituja käyttää yhdistämään keskuksia Lähiverkot useat uudet teknologiat perustuvat kuitujen käytölle Tilaajajohdot johtaa todelliseen kotimultimedian mahdollisuuteen 32

33 Optinen kuitu Optiset kuidut toimivat THz alueella (infrapuna ja näkyvä valo) Kuitujen toiminta perustuu valon kokonaisheijastukseen Kuidut voidaan jakaa monimuoto- ja yksimuotokuituihin Monimuotokuituja on askeltaitekertoimisia ja asteittaistaitekertoimisia 33

34 Optinen kuitu 34

35 Optinen kuitu Monimuotokuidut kärsivät signaalipulssin levenemisestä eli dispersiosta johtuen useista säteiden etenemisreiteistä käyttö lyhyillä matkoilla, liitosjohdoissa Askeltaitekertoimiselle muotodispersio on pahin Yksimuotokuidulla tätä dispersion tyyppiä ei esiinny (jonkin verran materiaalidispersiota) käyttö runkojohtimissa 35

36 Optinen kuitu Kuiduissa valo voidaan tuottaa valodiodilla (light emitting diode, LED) laserilla (Injection laser diode, ILD) LED on halvempi, mutta toimii paremmin erilaisissa lämpötiloissa, ja käyttöikä on pidempi Laser on tehokkaampi ja mahdollistaa suuremmat datanopeudet paremman signaalin ansiosta 36

37 Fiber Cables (2) A comparison of semiconductor diodes and LEDs as light sources. 37

38 Frequency Utilization for Fiber Applications 38

39 39

40 Sähköjohto Data siirretään sähkön kanssa samassa verkossa pistokemodeemilla erotellaan data sähkövirrasta Edut olemassa oleva verkkorakenne Haitat: sähköverkossa on paljon kohinaa ja heijastuksia ja etenkin sähkövirtapiikkejä, jotka häiritsevät datasignaalia Käyttö lähinnä tilaajaliityntänä 40

41 The Electromagnetic Spectrum The electromagnetic spectrum and its uses for communication. 41

42 Johtimettomat siirtotiet Signaali etenee ilmassa (tai muussa väliaineessa) antennien välityksellä Jako Suunnattu (directional) Suuntaamaton (omnidirectional) ympärisäteilevä Suunnatussa antennien oltava tarkasti toisiaan kohden Suuntaamattomassa kommunikoinnissa aallot etenevät kaikkiin suuntiin 42

43 Tärkeimmät etenemismekanismit 1. Eteneminen näköyhteysreittiä pitkin (line-of-sight propagation) Aallon kaartumisen takia radiohorisontti on geometristä horisonttia kauempana Tärkein etenemismekanismi UHF-, SHF- ja EHF- alueilla (n. 30 MHz GHz) Yli 30 MHz taajuudet eivät heijastu ionosfääristä Kommunikointi satelliittien kanssa Kurssilla käsiteltävien tekniikoiden käyttämä etenemistapa 43

44 Tärkeimmät etenemismekanismit 2. Eteneminen ilmakehän heterogeenisuuksista tapahtuvan sironnan (scattering) avulla Taajuusalue on noin 0,3-10 GHz 44

45 Tärkeimmät etenemismekanismit 3. Eteneminen ionosfäärin kautta (sky wave propagation) Radioaalto voi heijastua ionosfäärin kautta alle 30 MHz:n taajuuksilla Heijastuminen johtuu aaltojen taittumisesta (refraction) Uudelleen heijastumalla maanpinnasta on ympäri maapallon eteneminen mahdollista 45

46 Tärkeimmät etenemismekanismit 4. Eteneminen maanpinta-aaltona (ground wave propagation) Radioaalto seuraa maan pintaa Vaimennus kasvaa nopeasti taajuuden kasvaessa, tämän vuoksi eteneminen rajoittuu muutaman MHz:n taajuuksille 46

47 Optinen- ja radio-näköyhteys Maan kaarevuus asettaa ehdottoman maksimin näköyhteydelle maan pinnalla kommunikoitaessa (horisontti) Optiselle näköyhteydelle, jossa antenni on korkeudella h, on maksimi näköyhteys d kilometreinä: 47

48 Johtimettomat siirtotiet Kolme perustaajuusaluetta: 30 MHz - 1 GHz - käytetään ympärisäteilevissä sovelluksissa (radioaallot) 1-40 GHz mikroaallot - käytetään erittäin tarkasti suunnatuissa antenneissa 300 GHz THz infrapuna-alue - käytetään esim. toimistoympäristöissä yhden huoneen sisällä point-to-point kommunikointiin 48

49 Antennas transmission antenna radiated into surrounding environment converted to electromagnetic energy by antenna radio frequency energy from transmitter reception antenna fed to receiver converted to radio frequency electrical energy electromagnetic energy impinging on antenna electrical conductors used to radiate or collect electromagnetic energy same antenna is often used for both purposes

50 Radiation Pattern power radiated in all directions does not perform equally well in all directions as seen in a radiation pattern diagram an isotropic antenna is a point in space that radiates power in all directions equally with a spherical radiation pattern

51 Antennit Erilaisia antennityyppejä Ympärisäteilevä Eri tavoin suuntaavat antennit Sektoriantennit Satelliittiantenni On myös hyvä muistaa, että antennien suuntakuviot ovat kolmiulotteisia 51

52 Antennit Ympärisäteilevä 52

53 Antennien suuntakuviot a) Yksinkertainen dipoliantenni b) Torviantenni 53

54 Antennit Suunta-antennit 54

55 Antennien suuntakuviot Suunta-antenni (Yagi) Ylhäältä Sivulta 55

56 Antennit Sektoriantennit 56

57 Antennien suuntakuviot Sektoriantenni 57

58 Antennit Lautasantennit 58

59 Antenna Gain measure of the directionality of an antenna power output in particular direction verses that produced by an isotropic antenna measured in decibels (db) results in loss in power in another direction effective area relates to physical size and shape

60 Antennivahvistus (antenna gain) Tehon ulostulo tiettyyn suuntaan verrattuna isotrooppisen antennin ulostuloon 3 db gain = 3 db:n vahvistus isotrooppiseen antenniin verrattuna kyseisessä suunnassa Antennin vahvistus ei siis tarkoita sitä, että se lähettäisi enemmän tehoa ulos kuin siihen saapuu (verkkokortilta tms. lähettimeltä) Antennin lähettämä teho kohdistetaan pienemmälle alueelle (ja on pois muista suunnista!) Jos antennin keila kavennetaan 5%:iin ympärisäteilevään verrattuna, on sen vahvistus 20-kertainen Lain mukaan antennista saa silloin lähteä kokonaistehoa vain 5 % maksimitehorajasta (esim. 2.4 GHz:n ISMkaistalla max. 100 mw / 20 eli 5 mw) 60

61 Johtimettomat siirtotiet Johtimettomien siirtoteiden jako Mikroaaltolinkit Suunnattu kommunikointi Satelliittilinkit Satelliittikommunikointi Radiotie Suuntaamaton kommunikointi Infrapuna Lyhyen matkan point-to-point 61

62 Mikroaaltolinkit Mikroaaltolinkeissä käytetään tarkasti suunnattuja lautasantenneja Antennit sijaitsevat riittävän korkealla, jotta näköyhteysvaatimus saavutettaisiin Maksimietäisyys d antennien välillä on: d = etäisyys [km] h = antennin korkeus [m] K = korjauskerroin 62

63 Mikroaaltolinkit Korjauskerrointa K tarvitaan, koska aallot taipuvat ilmassa ja etenevät näköyhteyttä pidemmälle K = 4/3 (yleisesti käytetty K:n arvo) Esim. Antennien korkeus 100 m => d = 82 km 63

64 Mikroaaltolinkit Mikroaaltolinkkejä käytetään: runkoverkot point-to-point linkit rakennusten välillä sekä äänelle että datalle Mikroaaltolinkkejä voidaan käyttää laajalla taajuusalueella (1-40 GHz) Mitä korkeampi taajuus sitä laajempi taajuuskaista ja suurempi siirtonopeus (lyhyempi etäisyys) 64

65 Mikroaaltolinkit Suurin häiriötekijä on signaalin vaimennus Vaimennus on etäisyyden ja aallonpituuden funktio: Vaimennus on etäisyyden neliön funktio, kun parikaapelilla ja koaksiaalilla vaimennus on exponentiaalinen etäisyyden suhteen => vahvistimet ja toistimet voidaan sijoittaa kauemmas ( km päähän) Sade ja taajuusalueiden päällekkäisyys muita häiriötekijöitä, heijastukset Taajuusalueiden käyttö onkin hyvin säänneltyä 4-6 GHz, 11 GHz, 22 GHz Mitä suurempi taajuus, sitä pienempi antenni 65

66 Microwave Bandwidth and Data Rates

67 Satelliittilinkit Satelliittilinkit ovat eräänlaisia mikroaaltolinkkejä maassa sijaitsevat lähettimet ja vastaanottimet linkitetty satelliittien kautta Satelliitilla kaksi taajuusaluetta: vastaanottaa signaalin uplink-kaistalla, vahvistaa ja ja lähettää eteenpäin downlinkillä Toiminta voi olla point-to-point broadcast 67

68 Satelliittien toimintatyypit 68

69 Satelliittien kiertoratatyypit Vanhimmat satelliitit paikallaan pysyviä eli ns. geostationaarisia (korkeudella km) GEO (Geostationary Earth Orbit) Uudemmat satelliitit voivat olla matalarata-satelliitteja (LEO, MEO (Low/Medium Earth Orbit)) Myös HEO (Highly Elliptical Orbit) satelliitteja on olemassa Samalla kaistalla toimivat satelliitit eivät saa olla liian lähellä toisiaan häiriöiden vuoksi 4 astetta 4/6 GHz kaistalla 3 astetta 12/14 GHz kaistalla => rajoittaa satelliittien maksimimäärää 69

70 Paras taajuusalue 1-10 GHz Satelliittilinkit alle 1 GHz luonnollisia häiriölähteitä yli 10 GHz vaimeneminen kasvaa rajusti Yleisesti käytössä 4/6 GHz kaista (täynnä) 11(12)/14 GHz kaista uutena, etuna pienemmät vastaanottolaitteet 19(20)/29(30) GHz seuraavana vuorossa (yhä suuremmat kaistanleveydet) Huomattava etäisyyden takia noin 0.25 sekunnin etenemisviive 70

71 Communication Satellites 71

72 Satelliittien kiertoratatyypit 72

73 Communication Satellites (2) The principal satellite bands. 73

74 Satelliittilinkit Satelliitteja käytetään: Televisiokanavien jakeluun broadcast-jakelu asemille broadcast-jakelu asiakkaille Puhelinliikenteeseen satelliittipuhelut alueilla joilla ei mahdollisuutta järkevästi maanpäälliseen verkkoon Yksityisiin tietoverkkoihin Erittäin vähäistä 74

75 )b()a( Low-Earth Orbit Satellites Iridium 75 (a) The Iridium satellites from six necklaces around the earth. (b) 1628 moving cells cover the earth.

76 Globalstar (a) Relaying in space. (b) Relaying on the ground. 76

77 Radiotie Radiotie eroaa mikroaalto- ja satelliittilinkeistä lähinnä aaltojen suuntaamattomuudessa Antennien ei tarvitse olla lautasantenneja Taajuusalueet 3 khz GHz radioaaltoja Tehokkaimmillaan radiotie on 30 MHz - 1 GHz alueella Aallot eivät vaimene niin herkästi 77

78 Radiotie Radiotietä käyttävät laitteet näköyhteydellä eli noin Vaimennus mikroaaltoja vastaavalla tavalla Suurempi aallonpituus tosin näkyy selkeästi pienempänä vaimenemisena Suurin häiriötekijä on monitie-eteneminen (heijastukset esteistä ja pinnoista aiheuttavat signaaleille useita etenemisreittejä) Muut häiriöt vastaavia kuin mikroaalloilla 78

79 Line of Sight Transmission Free space loss loss of signal with distance Atmospheric Absorption from water vapor and oxygen absorption Multipath multiple interfering signals from reflections Refraction bending signal away from receiver

80 Radioaaltojen ominaisuuksia Radioaaltojen etenemiseen vaikuttaa useita tekijöitä, esim.: Vaimeneminen Monitie-eteneminen Sironta Heijastuminen, taipuminen ja taittuminen Häipyminen Doppler-ilmiö 80

81 Vaimeneminen (attenuation/path loss) Signaalin tehon väheneminen Signaalin amplitudi (aallon korkeus) pienenee Johtimellisella siirtotiellä (kaapeli) lasku logaritmista ja voidaan ilmoittaa desibeleinä etäisyyden suhteen Johtimettomalla siirtotiellä on useampia tekijöitä Vaimeneminen vaihtelee riippuen taajuudesta ja käytetystä siirtotiestä Signaalin eri taajuuskomponentit vaimenevat eri tavalla, joten signaalin muoto vääristyy (korkeammilla taajuuksilla vaimeneminen on suurempaa kuin matalilla taajuuksilla) 81

82 Vaimeneminen Vastaanotettavan signaalin täytyy olla tarpeeksi voimakas jotta vastaanotin tunnistaa sen Signaalin pitää olla selkeästi voimakkaampi kuin kohinan Vaimenemisen johdosta signaalia tulee vahvistaa (vahvistimilla tai toistimilla) tietyin välimatkoin Korkeampia taajuuksia voidaan vahvistaa enemmän jotta vaimeneminen olisi kaikilla taajuuksilla yhtä voimakasta Liian voimakas signaali voi aiheuttaa vääristymiä vastaanottimessa Useat vastaanottimet eri etäisyyksillä voivat olla ongelmallisia 82

83 Vapaan tilan vaimeneminen Signaalin vaimeneminen ilmassa kun mitään esteitä ei ole. Edetessään signaali hajaantuu laajemmalle ja laajemmalle alueelle Energia pistettä kohden on pienempi. Suurin vaimenemisen aiheuttaja satelliittikommunikoinnissa Ilmoitetaan joko lähetetyn ja vastaanotetun tehon suhteena tai desibeleinä 83

84 Vapaan tilan vaimeneminen Mikro- ja radioaaltojen vapaan tilan vaimennus lasketaan esim. kaavalla Kaavassa d = etäisyys ja λ = aallonpituus (samassa mittayksikössä) Vapaan tilan vaimennus tarkoittaa suoraa näköyhteyttä (Line of Sight, LOS) 84

85 Vapaan tilan vaimeneminen 85

86 Vapaan tilan vaimeneminen Kaapelissa etenevään signaaliin verrattuna Vaimennus tapahtuu etäisyyden neliössä (vrt. logaritmisesti) Teho leviää laajemmalle alueelle Vaimennus on suoraan verrannollinen radioaallon taajuuteen Pienemmät taajuudet vaimenevat vähemmän kuin suuret signaali vääristyy etäisyyden kasvaessa 86

87 Vaimeneminen Atmospheric Absorption Vesihöyry Vaikutus vahvimmillaan 22 GHz:n alueella Alle 15 GHz:n vaikutus selvästi pienempää Happi Huippu 60 GHz:n alueella Alle 30 GHz:n vaikutus selvästi pienempää Vaihtuvat tekijät (vesi/lumisade, sumu) Aiheuttavat signaalien hajaantumista Matalammilla taajuuksilla vaikutus pienempi 87

88 Atmospheric Absorption 88

89 Esteiden vaikutus Heijastus (Reflection, R) Signaali osuu pintaan joka on suuri suhteessa signaalin aallonpituuteen Tulo- ja heijastuskulma ovat yhtä suuret. aallonpituus ja etenemisnopeus säilyvät Taipuminen (Diffraktio, D) Tapahtuu kun signaali osuu aallonpituuttaan suuremman kohteen reunaan Sironta (Scattering, S) Tapahtuu kun signaali osuu kohteeseen jonka kokoluokka on signaalin aallonpituus tai sitä pienempi. Esim epätasainen pinta. 89

90 90

91 Heijastuminen (Reflection) Radioaallot heijastuvat osuessaan esteeseen, joka on tasainen (suhteessa signaalin aallonpituuteen) Tulo- ja heijastuskulma ovat yhtä suuret Heijastuneilla aalloilla on myös sama aallonpituus ja etenemisnopeus kuin tulevilla aalloilla Fresnel Zone 91

92 Taipuminen (diffraction) Radioaallot taipuvat ja leviävät esteeseen osuessaan Taipumista tapahtuu erityisesti aaltoja huonosti läpäisevän ja tasaisen (suhteessa aallonpituuteen) esteen kohdalla Esim. kuva: aalto kohtaa esteen, jossa on kaksi reikää taipuminen + interferenssi: 92

93 Sironta (Scattering) Tapahtuu, kun radioaallot osuvat epätasaiseen esteeseen (epätasaisuus pienempi tai yhtä suuri kuin aallonpituus) Tarkoittaa sitä, että osa radioaallon energiasta synnyttää uusia radioaaltoja eri suuntiin Heikentää signaalia Sironnasta aiheutuvaa sirontakenttää voidaan myös käyttää hyväksi Esim. troposfäärisironta n. 500 km:n pituiset mikroaaltoyhteydet 93

94 Monitie-eteneminen 94

95 Monitie-eteneminen Monitie-etenemisen aiheuttamia ongelmia: Heijastuva signaali tulee perille väärään aikaan Signaalit menettävät osan energiastaan heijastuksen yhteydessä Heijastumat summautuvat toisiinsa ja vaikeuttavat signaalien tulkitsemista vastaanottopäässä 95

96 Interferenssi 96

97 Interferenssi Konstruktiivinen interferenssi: Destruktiivinen interferenssi: 97

98 Monitie-eteneminen Signaali saapuu kohteeseen useaa reittiä pitkin Koska signaali lähetetään useaan suuntaan voi sama signaali heijastumisen johdosta saapua vastaanottimelle useaa eri reittiä ja eri aikaan Erilaiset esteet aiheuttavat signaalin hajautumista Joskus ei ole edes suoraa reittiä vaan vahvin signaalikin tulee heijastuman kautta. Monitie-eteneminen aiheuttaa myös häiriötä signaalissa. 98

99 Monitie-eteneminen (Multipath Propagation) Aiheuttaa ongelmia ja virheitä tiedonsiirrossa Virheet johtuvat symbolien (pulssien) välisestä keskinäisvaikutuksesta (Intersymbol interference, ISI) Aiheuttaa vastaanotetun signaalin vääristymistä Signaali leviää ja summautuu muihin signaaleihin sekä saman signaalin heijastuksiin Vaikeuttaa vastaanottajan tehtävää tulkita signaalista oikein sen eri elementit virheitä Eri tekniikat ovat eri tavalla herkkiä monitie-etenemisen aiheuttamille ongelmille, esim. GSM-tekniikassa monitie-eteneminen joudutaan hoitamaan viiveitä käyttämällä WLAN (802.11g) käyttää OFDM-modulaatiota, joka ei juurikaan häiriinny monitie-etenemisestä WLANin tuleva (802.11n) versio tulee käyttämään monitieetenemistä hyödykseen 99

100 Monitie-eteneminen Muistuttaa optisissa kuiduissa tapahtuvaa pulssin leviämistä eli dispersiota Signaali etenee heijastuen kuidun rakenteissa ja valonsäteiden erilaiset heijastuskulmat muuttavat kokonaismatkaa Radioliikenteessä tilanne on monimutkaisempi Optiseen kuituun verrattuna radiosignaaleilla on huomattavasti enemmän mahdollisia kulkureittejä 100

101 Monitie-eteneminen Lähetetään lyhyitä ja teräviä pulsseja Siirtotiellä pulssi etenee eri teitä Vastaanottaja näkee suoraan saapuneen pulssin lisäksi heijastuneita pulsseja 101

102 Multipath Interference

103 Radiotie Eniten käytetty johtimeton siirtotie nykypäivän tietoliikenteessä (käytetään mm. seuraavissa): Matkapuhelinjärjestelmät Bluetooth (ja muut lyhyen kantaman radiotekniikat) Radio- / TV-lähetykset Langattomat lähiverkot 103

104 Politics of the Electromagnetic Spectrum The ISM bands in the United States. 104

105 Characteristics of selected wireless link standards n Data rate (Mbps) a,g b a,g point-to-point (WiMAX) UMTS/WCDMA-HSPDA, CDMA2000-1xEVDO UMTS/WCDMA, CDMA2000 3G data 3G cellular enhanced.056 IS-95, CDMA, GSM 2G 105 Indoor 10-30m Outdoor m Mid-range outdoor Long-range outdoor 200m 4 Km 5Km 20 Km

106 Infrapuna Käytetään infrapuna-alueella olevaa valoa signaalin siirtoon Lähettimen ja vastaanottimen oltava näköyhteydellä Infrapuna-aallot eivät läpäise esteitä (johtuen pienestä aallonpituudesta) Ei siis tietoturvaongelmia Käyttö: esim. kaukosäätimet ja pienimuotoinen datan siirto (esim. PC <-> matkapuhelin) 106

107 107