1 Määrittele seuraavat langattoman tiedonsiirron käsitteet.

Transkriptio

1 1 1 Määrittele seuraavat langattoman tiedonsiirron käsitteet. Radiosignaalin häipyminen. Adaptiivinen antenni. Piilossa oleva pääte. Radiosignaali voi edetä lähettäjältä vastanottajalle (jotka molemmat voivat liikku useaa eri reittiä pitkin heijastusten ja sironnan vuoksi. Eri reittejä saapuvat signaalit summautuvat vastaanottimella ja keskinäisistä vaihe-eroista riippuen joko vahvistavat tai vaimentavat toisiaan. Tällöin vastaanottimella havaittavan signaalin voimakkuus vaihtelee ajan funktiona riippuen signaalin kulkureiteistä kunakin ajanhetkenä. Monitie-etenemisen ja lähettimen ja vastaanottimen suhteellisen liikkeen aiheuttamaa signaalin keskimääräisen tehon vaihtelua kutsutaan nopeaksi häipymiseksi. Signaalin voimakkuuden vaihtelua voi tapahtua myös signaalin kulkureitillä olevien maastonesteiden tai lähettimen ja vastaanottimen etäisyyden muutosten vuoksi. Nämä muutokset ovat hitaampia kuin nopeassa häipymisessä havaittavat muutokset, joten niiden aiheuttamaa ilmiötä kutsutaan hitaaksi häipymiseksi. Adaptiivisessa antennissa tunnistetaan signaalia prosessoimalla eri ajanhetkinä lähetyssuunnat ja päätelaitteen sijainti sekä vahvistetaan vastaanotettua signaalia ja suunnataan lähetettävä signaali tarkasti. Radiosignaalin suunta voidaan hallita esimerkiksi kahdelta vierekkäiseltä dipolilta saatujen signaalien vaihe-erojen perusteella. Antenniin liitetty prosessori korjaa signaalien vaihe-erot ja summaa signaalit, jolloin vastaanotettu signaali vahvistuu. Sopivalla antennirakenteella voidaan hallita useita suuntia tarkasti samanaikaisesti. Päätelaitteen tarkka sijainti voidaan määrittää kaikkina ajanhetkinä vaihe-eroihin ja liikkeestä laskettuun ennustukseen perustuen, jolloin heijastukset ja päätelaitteen liike voidaan hallita. A lähettää B:lle. C on A:n kuuluvuusalueen ulkopuolella, joten C ei havaitse A:ta. C huomaa vapaan siirtotien ja lähettää B:lle, jolloin tapahtuu törmäys B:ssä. A ei havaitse C:n lähetystä eikä näin ollen törmäystä. A on C:n kannalta piilossa oleva pääte.

2 Miksi langallisessa lähiverkossa ja tietokoneessa voidaan käyttää digitaalista lähetystä, mutta langattomissa järjestelmissä digitaaliset signaalit on muunnettava analogiseen muotoon ennen lähetystä? Mitkä ovat siirtokerroksen perustehtävät langattomissa järjestelmissä? Millaisista tekijöistä sähkömagneettisen säteilyn kudosvaikutusten arviointiin käytettävä SAR-arvo (specific absorption rate) riippuu? Langattomissa järjestelmissä signaalit on sovitettava siirtotielle, jossa siirto tapahtuu radiotaajuisella sähkömagneettisella säteilyllä. Digitaalisilla menetelmillä moduloitu signaali on tyypillisesti eri taajuusalueella kuin radiotiellä käytettävä taajuus. Tämän vuoksi signaali moduloidaan analogisesti käyttökelpoiselle taajuusalueelle. Langallisissa järjestelmissä tällainen modulointi ei ole välttämätöntä, joskin siirtokapasiteettia voidaan tietyissä tilanteissa kasvattaa moduloimalla signaalit eri taajuusalueille. Siirtokerroksessa ohjataan siirtotielle pääsyä, kanavoidaan tietovirrat, korjataan siirtovirheet ja havaitaan kehykset (eli synkronoidaan siirto). SAR riippuu kohteen koosta ja resonanssitaajuuksista sekä säteilyn tehosta ja polarisaatiosta.

3 3 3 Tukiasema lähettää kannettavalle laitteelle 1.8 GHz:n taajuista datasignaalia 43 dbm:n teholla. Laitteen ja tukiaseman välinen etäisyys on 00 m, josta signaali kulkee osan metsän läpi siten, että metsän aiheuttama vaimennus on 61.5 db. Muutoin signaali etenee vapaata tilaa vastaavissa olosuhteissa. Vastaanotettavassa signaalissa on tukiaseman lähettämän datasignaalin lisäksi kohinaa, jonka teho on -1 W. Määritä 43 dbm watteina ja -1 W dbm-yksiköissä. Määritä vastaanottimella mitattava signaaliteho. Määritä vastaanotetun signaalin tehon suhde kohinan tehoon. Kuinka paljon datasignaalia on vahvistettava, jos signaalikohinasuhteeksi on saatava ennen ilmaisua :1? d) Kuinka syvän metsäalueen läpi signaali kulkee edellä kuvatussa tilanteessa? Kaavoja: 0 dbm = 1 mw, db = 0*log (A 1 /A )= *log (P 1 /P ) P A c = 3 8 m/s = λ f Vapaan tilan vaimennus [db] = *log (4πd/λ), d = etäisyys, λ = aallonpituus) Metsän aiheuttama vaimennus [db] = (f 0.84 ) (d ), f = taajuus [MHz], d = metsäalueen syvyys [m] -1 W = 1mW -9 = -90 dbm. 43 dbm = ( ) dbm = 4 1 mw = 0 W. Metsän aiheuttama vaimennus: 61.5 db. Vapaan tilanvaimennus: 6 4πd 4πdf * log * log * log π = = 97.5dB c 8 λ 3 Kokonaisvaimennus 61.5 db db = 159 db. Vastaanotetaan teho (43 159) dbm = -116 dbm. Signaalikohinasuhde vastaanottimella = -116 dbm / -90 dbm = -6 db = 1/0 = S/N. Signaalin amplitudia vahvistettava tekijällä 00, jotta S/N = 00:0 = :1. d) Metsäalueen syvyys: f d log log d 0.84 d d log d m = d (39.134) = 61.5

4 4 4 Radiotaajuinen signaali Data X Modulaattori Radiotaajuinen signaali Koodi Kantoaalto X Demodulaattori Integraattori Päätös Data Kantoaalto Koodi Oheisessa kuvassa on esitetty lohkokaavioina DSSS-hajaspektritekniikassa käytettävä lähetin ja vastaanotin. Esittele eri lohkojen tarkoitus ja toimintaperiaate. Millä edellytyksellä näitä voidaan hyödyntää CDMAtekniikassa? Lähetin (ylempi kuv: Data kerrotaan sopivasti valitulla koodilla siten, että yksittäiset eri bittiarvoja kuvaavat pulssit koostuvat kertolaskun jälkeen kapeammista lastuista (mikrobiteistä). Näin signaalissa yksittäisten piirteiden leveys pienenee, jolloin vastaavasti taajuustasossa spektri levenee (hajaspektri). Kertolaskun tuloksena saatu signaali siirretään radiosiirron kannalta sopivalla taajuusalueelle analogisella modulaattorilla ( kerrotaan kantoaalloll ja lähetetään siirtotielle. Vastaanotin: Antennilta vastaanotettu signaali siirretään analogisella demodulaattorilla jatkokäsittelyn kannalta sopivalle taajuusalueelle ( kerrotaan kantoaalloll. Saatu signaali kerrotaan samalla koodilla, jolla hajaspektri muodostettiin. Kertolaskun tuloksena saatavan signaalin yksittäiset arvot lasketaan yhteen integraattorilla. Päätös tehdään seuraavasti: Jos summa on selvästi positiivinen (voimakas positiivinen korrelaatio) on vastaanotettu bittiarvo 1. Vastaavasti summan ollessa selvästi negatiivinen (voimakas negatiivinen korrelaatio vastaanotetaan bittiarvo 0. Vastaanottimella lähettimen koodauksen aiheuttamat mikrobitit koodataan siis takaisin yksittäisiksi leveiksi pulsseiksi. Taajuustasossa tämä tarkoittaa spektrin kapenemista, jolloin kiinnostavalla taajuusalueella spektrin amplitudiarvot myös kasvavat eli signaali vahvistuu. Spektrin leveneminen ja signaalin vahvistuminen riippuu käytettävän koodinpituudesta. Esimerkiksi koodilla, jonka pituus on 8 mikrobittiä, spektri levenee taajuustasossa kahdeksankertaiseksi ja vastaavasti vastaanottimella saavutetaan kahdeksankertainen vahvistus signaalille. Menetelmää voidaan käyttää CDMA-tekniikassa, jos jokaiselle verkon käyttäjälle annetaan oma muista koodeista riippumaton (ortogonaalinen) koodi, jolloin tunnistus on yksikäsitteistä.

5 5 Lähetin Vastaanotin x x = = Σ = -3 Σ =