ELEC-C7110 Informaatioteknologian perusteet

ELEC-C7110 Informaatioteknologian perusteet Kalevi Kilkki Tietoliikenne- ja tietoverkkotekniikan laitos Radiotekniikkaa ja matkaviestintää 13.2. & 15.2.2017 Kurssin ohjelma» Kalevi Kilkki Luennot ja kurssin sisältö kalevi.kilkki@aalto.fi» Prof. Ville Pulkki» Prof. Tom Bäckström» Juho Kaivosoja: Kurssiassistentti, laskuharjoitukset juho.kaivosoja@aalto.fi 1. Johdanto ma 9.1. & ke 11.1. 2. Liiketoiminta ma 16.1. & ke 18.1. 3. Tiedonsiirto ma 23.1. & ke 25.1. 4. Kiinteät verkot ma 30.1. & ke 1.2. 5. Kommunikaatioakustiikka ma 6.2. & ke 8.2. 6. Matkaviestintä ma 13.2. & ke 15.2. 7. Tietojenkäsittely ma 20.2. & ke 22.2. 8. Puheteknologia ma 27.2. & ke 1.3. 9. Internet ma 6.3. & ke 8.3. 1

Tämän viikon aiheet» Maanantain oppimistavoitteita 1. Solukkoverkon rakenne ja toimintaperiaate 2. Matkapuhelinverkkojen sukupolvet» Keskiviikon oppimistavoitteita 1. Radiotekniikan perusteita tietoliikenteen kannalta 2. Radioyhteyden mitoituksen perusteet» Laskuharjoitus 1. Solukkoverkon mitoitus 2. Radioyhteyden mitoitus Kysymyksiä» Mitä tapahtuu kun mobiiliverkkoa kuormitetaan raskaasti?» Miksi julkiset mobiilipalvelut yleistyivät vasta 1990-luvulla vaikka radiotekniikkaa alettiin käyttää mm. merenkulun tarpeisiin jo 1900-luvun alussa?» Mitkä ovat olleet tai oletetaan olevan matkapuhelinverkkojen eri sukupolvien keskeisimmät uudet ominaisuudet edelliseen sukupolveen verrattuna 1G:stä 5G:hen?» Mitkä ovat solukkoverkon tärkeimmät tavoitteet ja suunnitteluperiaatteet?» Miten lähiverkot eroavat matkapuhelinverkoista, sekä teknologioiden että palveluiden osalta?» Miksi suurilla taajuuksilla (> 5 GHz) on vaikea toteuttaa pitkiä maanpäällisiä yhteyksiä kun taas suhteellisen matalilla taajuuksilla (< 500 MHz) on mahdollista rakentaa maantieteellisesti kattavia verkkopalveluja? ELEC-C7110 4 2

Termeistä» Mobiili (mobile) vrt. kiinteä (fixed) Käyttäjien liikkuvuus, matka-» Solukko (cellular) (vrt. yksisoluinen?) Verkon tekninen rakenne» Sähkömagneettinen vrt. mekaaninen (aalto)liike Fyysinen taso» Radio (osa edellistä) vrt. optinen (optical) Siirtotekniikka» Langaton (wireless) vrt. langallinen (wireline) Siirtomedia ELEC-C7110 5 Taustaa 1862: Maxwellin yhtälöt 1887: H. Hertz: osoitti kokeellisesti että radioaaltoja voidaan lähettää ja vastaanottaa radioaallot etenevät valon nopeudella. Hertz did not realize the practical importance of his experiments. He stated that, "It's of no use whatsoever[...] this is just an experiment that proves Maestro Maxwell was right we just have these mysterious electromagnetic waves that we cannot see with the naked eye. But they are there." Asked about the ramifications of his discoveries, Hertz replied, "Nothing, I guess." ELEC-C7110 6 3

Kehityskulkuja» G. Marconi Radioyhteys Atlantin yli 1902 (epäselvä tulos v. 1901) Radion keksijä ainakin patentoija ja Nobel-voittaja» Radioyhteys laivoihin 1904» Ensimmäiset kaupalliset radiolähetykset 1919 Suomessa Yleisradio aloitti 1926» Television tekninen demonstraatio 1926 Suomessa säännölliset TV-lähetykset 1956» Ensimmäinen matkapuhelinverkko 1960 (Ruotsi) Suomessa (ARP) 1971 1901 ELEC-C7110 7 The world s poorest households are more likely to have a mobile phone than a toilet http://qz.com/594455/the-worlds-poorest-households-are-more-likely-to-have-a-mobile-phone-than-atoilet/?utm_content=buffer3475d&utm_medium=social&utm_source=twitter.com&utm_campaign=buffer ELEC-C7110 8 4

Nettitutka (Netradar) Prof. Jukka Manner & the Team Aalto-yliopisto jukka.manner@aalto.fi https://www.netradar.org/fi Nettitutka tavoitteet Joukkoistamiseen perustuva mobiiliverkkojen mittauspalvelu Käyttäjät mittaavat yhteyksiään Käyttäjä = kuluttaja, tutkija, viranomainen, konsultti, tms. Kertoo, mikä on käyttäjien näkökulmasta eri Mobiiliverkkojen todellinen peitto ja tiedonsiirron laatu Mobiililaitteiden todelliset suorituskyvyt Kuluttajat saavat omat tietonsa ja erilaisia analyysejä Yhteenvetoja netissä nettitutka.fi/netradar.org sivustoilla Peittokarttoja Tulevaisuudessa myös laitevertailuja, palvelutaso omalla alueella, tyytyväisyysanalyysejä (nopeus, operaattori, laite), missä lähin hyvä peitto, jne. 10/13 5

Taustaa Vuosien kehitystyö Aalto-yliopistossa Alustavat ideat 2010 Ensimmäiset prototyypit 2011 Julkistus Suomessa 2012, globaali 2013 Mittauspisteet Netradar: hajautettu globaali palvelu, EU, US, Aasia Nettitutka: suomalainen mittauspiste Aallon kampuksella, FUNET-verkossa Kaikki tärkeät alustat tuettu Android puhelimet/tabletit ios puhelimet/tabletit Windows Phone puhelimet Symbian puhelimet Meego/Maemo puhelimet Jolla/Sailfish 11/13 Tilastot 2014 2017 87 000 sovelluslatausta 2600+ eri laitemallia 2 550 000 mittausta Yhdessä mittauksessa n. 500-600 datapistettä 306 097 sovelluslatausta 8 850 eri laitemallia 11 458 440 mittausta 12/13 6

Nettitutkan mittaukset 1. Signal quality and strength 2. Download/upload speed (sustainable and peak TCP) 3. Detailed TCP metrics throughout the connection (50ms interval) 4. Latency (UDP) 5. Location (GPS, cellular, IP address and WIFI positioning) 6. Packet inter-arrival times 7. Base station information 8. Cellular technology 9. Operator name, country 10. Device information (hardware, operating system) 11. Customer experience (Q3/2014) 13/13 Tiedonsiirtonopeuden mittaus Käynnistysvaihe Kestävä nopeus 14/13 7

Mikä on nopeus? Yli 10 Mbps vai 5.3 Mbps? 15/13 Esimerkki: LTE ( 4G) etelässä (2014) DNA 16/13 8

Esimerkki: LTE etelässä (2014) Elisa 17/13 Esimerkki: LTE etelässä (2014) Sonera 18/13 9

2014 2015 LTE-peitto Silti, verkkoinvestointien osuus operaattorin kuluista 12% ELEC-C7110 19 Bittinopeuden kehitys 45000 Mbit/s 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 4G keskiarvo 3G 00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Q2/13 Q4/13 Q2/14 Q4/14 Q2/15 Q4/15 Q2/16 Kasvu Q2/2013 Q4/2015 = 6 Mbit/s/vuosi ELEC-C7110 20 10

Kurssilla aiemmin mitatut bittinopeudet kbit/s 100000 Latausnopeus (ka = 22,4 Mbit/s) Lähetysnopeus (ka = 8,6 Mbit/s) 10000 1000 100 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 75 Mittaustulokset järjestyksessä (erikseen ylös ja alas) ELEC-C7110 21 Koe: Yhtäaikainen mittaus» Raportoi mittauksen tulokset seuraavasti (MyCourses): ˑ Latausnopeus ˑ Lähetysnopeus ˑ Verkon viive ˑ Laite ˑ Operaattori ˑ Verkkoteknologia Huom: kolme viimeistä löytyy "suurennuslasi" -painikkeen takaa» Vaihtoehtoinen tehtävä (vain jos et voinut tehdä mittausta) Mitkä ovat mielestäsi riittävän hyvän mobiilipalvelun Latausnopeus Lähetysnopeus Verkon viive Koskee vuotta 2017 perustele vastauksesi lyhyesti ELEC-C7110 22 11

(Aiempi) Luentotehtävä 2016 Paras 1 2 3 Elisa DNA Sonera Huonoin 2017 ELEC-C7110 23 Edellisen vaihdoksen syy (3 vuoden aikana) en ole vaihtanut liittymää 59 hinta 12 kuuluvuus 2 laskutusepäselvyydet (Elisalla) 2 sopimusehdot 2 asiakaspalvelu 2 roaming 2 alennus laitteesta 1 hinta-laatusuhde 1 datanopeus 1 nettiliittymä 1 palvelus kaverille 1 Hinta 50% 30% vaihtanut 3 vuodessa ELEC-C7110 24 12

ELEC-C7110 25 Radiotietoliikenne» Radiotietoliikenteen järjestelmän elementit Lähetin joka muuttaa lähetettävän informaation radiosignaaliksi Väliaine jossa radiosignaali etenee (esim. sähkömagneettisina aaltoina ilmassa) Vastaanotin missä radiosignaalin välittämä informaatio ilmaistaan vastaanottajalle» Radiotietoliikenteen järjestelmiä Mobiilitietoverkot kuten GSM, 3G ja sen evoluutio (WCDMA, HSDPA, LTE) Langattomat lähiverkot (WLAN) Digitaalinen televisio ja radio 13

» Aiheuttaako radiotekniikkaan perustuva tietoliikenne jotain uhkia käyttäjille ja/tai yhteiskunnalle? Jos kyllä, niin mitä? 3 minuutin keskustelu: Mikä on merkittävin uhka? ELEC-C7110 27 Langallinen viestintä Hyvää Suojaus Laatu, luotettavuus Optisen kuidun tapauksessa erittäin suuri kapasiteetti Huonoa Paikkaan sidottu Verkon korjaaminen Verkon laajentaminen Kapasiteetin lisäys 14

Langaton viestintä Keskeisiä haasteita Kuuluvuus (myös sen rajaus) Voi olla asynkronista (tarvetta vaikea ennustaa) Häiriöaltis (interferenssin hallinta) Miten löytää vastaanottaja? Miten ylläpitää yhteyttä liikkeessä? Päätelaitteen akun kesto ja lämmön tuotto (!) Tukiasemien energiatehokkuus Tukiasemien suuri määrä (kustannus) http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9c/gsm_base_station_4.jpg/180px-gsm_base_station_4.jpg http://www.nettitutka.fi/ Radiolinkit» Vapaa tila, ilmatie, langaton siirtotie» Edut "halpa" - ei johdonvetokustannuksia (tosin tukiaseman perustaminenkin on kallista) liikkuvat päätelaitteet, yhteys mahdollinen lähes missä vain» Rajoitukset viestin salakuuntelu ja häirintä helppoa turvallisuusongelmat ratkaistava käyttökelpoisia radiotaajuuksia rajatusti käytöstä sovittava kansainvälisesti siirto-olosuhteet vaihtelevat sääilmiöt, magneettiset myrskyt 15

Radiotietoliikenne» Radiotietoliikenteessä langattoman siirtotien fysiikka teknisten järjestelmien toteutus» OSI-mallissa (7 tasoa muistattehan) Erityisesti kerrokset 1 (fyysinen) ja 2 (siirto)» Tiedonsiirtonopeutta rajoittavat käytännössä luonnonlait teknisen toteutuksen rajoitukset kustannusten asettamat rajoitteet» Radiotietoliikenteen tutkimus sekä käytännön järjestelmät että teoreettiset perusteet Netradar mittaus 11.2.2015 Kolme operaattoria: Elisa, Sonera, DNA kbit/s 4000 Latausnopeuden jakauma: 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 1 21 2 3 34 54 2 65 7 683 79 108 1149 12 10 13 14 11515121613 17 614 18 19 15201621 7 17 22 2015 ELEC-C7110 32 16

Nettitutkamittaukset 24.2.2016 11367 4567 85 iphone 5s Elisa 3G 4180 1466 58 iphone 4S Elisa 3G 236 212 78 Lumia 630 Elisa 3G 221 145 463 HTC One V Elisa 3G 184 144 93 Jolla Elisa 3G 236 132 853 Samsung Galaxy S2 Elisa 3G (256 k) 30000 3500 180 Lumia 1020 Elisa 4G 6968 2863 18 Galaxy S5 Elisa 4G 6885 2489 53 Sony Xperia Z3+ Elisa 4G 6871 2567 70 LG Nexus 5x Elisa 4G 1126 330 1005 Lumia 920 Elisa HSPA 10739 806 35 OnePlus One Elisa HSPA+ 8384 2074 76 Samsung Galaxy S5 Elisa HSPA+ 2272 530 28 Samsung Galaxy S5 Elisa HSPA+ 1476 71 31 Samsung Galaxy S4 Elisa HSPA+ 1100 171 256 Sony Xperia Z1 Elisa HSPA+ 44253 11227 79 iphone 5s Elisa LTE 3470 1698 87 Lumia 930 Elisa LTE 3370 1004 93 samsung GT-I9195 Elisa LTE 3222 6209 50 Sony E2303 Elisa LTE 3086 1338 27 HTC One Elisa LTE 11312 2328 40 Samsung Galaxy S3 Elisa 7726 2726 52 Lumia Elisa 1793 533 40 Samsung Galaxy S2 Elisa 19548 21092 27 HTC One M9 DNA 4G 2114 1275 35 Sony xperia e3 DNA 4G 7500 1822 87 iphone 6s DNA HSDPA 1917 715 33 iphone 6s DNA HSDPA 3190 311 49 HTC One M7 DNA HSPA+ 1741 1516 40 Huawei H60-L04 DNA HSPA+ 36688 5513 28 Huawei Honor 7 DNA LTE 479 424 206 Samsung S2 plus DNA 3515 11349 60 Apple iphone 6 DNA wlan 418 431 214 Sony Z2 DNA 1919 1595 69 Samsung Galaxy S4 Sonera 3G 11671 7624 79 ipad Sonera 4G 2488 1665 38 Sony Xperia Go Sonera HSPA 10865 1720 32 Samsung Galaxy A5 Sonera HSPA+ 6009 369 37 Sony xperia z2 Sonera HSPA+ 1921 524 29 LG-D855 Sonera HSPA+ 45538 8511 59 LG G3 Sonera LTE 20221 7224 77 Lumia 950 Sonera LTE ELEC-C7110 33 Tuloksia 12.2.2017 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 4G Mediaanit 2015: 1,3 Mbit/s 2016: 3,4 Mbit/s 2017: 8,7 Mbit/s mutta osallistujamäärät laskussa - UMTS (3G) ELEC-C7110 34 17

Operaattorivertailu (vain LTE) 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 IPhone Motorola (!) ELEC-C7110 35 Operaattori 1 ELEC-C7110 36 18

Operaattori 2 ELEC-C7110 37 Netradar ELEC-C7110 38 19

Mikä on kysymys?» Solukkoverkko on vastaus - mutta mikä on kysymys? ELEC-C7110 39 Solukkoverkon periaate Värit kuvaavat taajuuskaistoja! https://www.ursa.fi/ursa/tapahtumat/avaruus2003/downloads/hires/balticsea_mer.jpg ELEC-C7110 40 20

Suuntaavien antennien käyttö 1 1 3 3 2 2 3 1 3 1 3 2 2 1 1 3 3 2 2 1 2 Uuden tukiaseman rakentaminen, ylläpito ja/tai paikan vuokraus on usein kallista! ELEC-C7110 41 Liikkuvuuden hallinta Operaattori O2 1 3 2 1 3 3 2 1 3 Operaattori O3 2 Operaattori O1 1 2 Operaattorin vaihto (roaming, verkkovierailu) Tukiaseman (solun) vaihto Taajuusalueen vaihto ELEC-C7110 42 21

Eri kokoisia soluja Miksi? ELEC-C7110 43 0G : ARP» ARP = Autoradiopuhelin Vain Suomessa, vuodesta 1971 Käsivälitteinen Päätelaitteen lähetysteho 1 15 W soveltui vain ajoneuvoihin, korkeintaan kannettava Puhelimet eivät osanneet vaihtaa taajuutta kesken puhelun ei tukiaseman vaihtoa 150 MHz:n alueella kantomatka laaja, peitto hyvä myös Lapissa vähän tukiasemia pieni kapasiteetti Puhelimet kalliita Käyttäjiä enimmillään 35 000 v. 1986 Poistui käytöstä v. 2000 ELEC-C7110 44 22

1G: NMT» NMT = Nordic Mobile Telephone» Analoginen» Taajuuskaistat 450 MHz (v. 1982 2002): Hyvä peitto 900 MHz (v. 1986 2000): Enemmän kapasiteettia» Solunvaihdot (handover)» Verkkovierailu (roaming) maiden välillä Ensimmäisenä maailmassa (?)» Ei salausta Suhteellisen helposti kuunneltavissa (salaus periaatteessa mahdollista, Suomessa ei käytetty) ELEC-C7110 45 1G Yhteenveto ELEC-C7110 46 23

2G: GSM» Groupe Speciale Mobile Global System for Mobile communications Eurooppalainen standardi (USA:ssa ja Japanissa eri standardit) Laaja verkkovierailumahdollisuus Toiminta alkoi 1992, korvasi analogiset muutamassa vuodessa» Teknisiä ominaisuuksia Digitaalinen Huomattavasti aikaisempia parempi salaus SIM-korttiin perustuva tunnistus Taajuusalueet 900 MHz & 1800 MHz Tukiaseman lähetysteho: 2,5 320 W Päätelaitteen lähetysteho: 0,8 2 W ELEC-C7110 47 GSM verkon rakenne (modulaarinen) Home Security System http://en.wikipedia.org/wiki/file:gsm_structures.svg ELEC-C7110 48 24

2G:stä eteenpäin http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/hspa ELEC-C7110 49 3G: UMTS / WCDMA Alkuvaiheen ominaisuudet ELEC-C7110 50 25

4G LTE (advanced)» LTE = Long Term Evolution Teknisellä tasolla LTE = 3G:n kehitysvaihe markkinoinnissa käytetty termiä 4G ja on käyty myös oikeutta; edelleen aika epäselvää mikä on 4G ja mikä ei.» Erityisesti mobiili-internet Huippunopeudet (teoriassa) 150 Mbit/s Mitattuja yli 100 Mbit/s Korkeimmat nopeudet tyypillisesti mokkula/läppäri Continuous speed: 23 kbit/s Or video: 17 min/day Continuous speed: 1 kbit/s Or video: 45 s/day ELEC-C7110 51 5G» Tavoitteet Kapasiteetti 1000 haastava tavoite, ehkä mahdollinen (mutta kustannukset =?)» Keinot Tehokkaampi taajuuksien käyttö ( 2?) jossain määrin edelleen mahdollista Taajuusalueita lisää on tulossa Tukiasemia lisää Aina mahdollista, mutta kustannuskysymys Halvimmat tukiasemat: hintataso kymmeniä Euroja ELEC-C7110 52 26

Yhteenveto 3G:stä eteenpäin UMTS / WCDMA HSPA HSPA+ LTE LTE-A 5G tavoite 3GPP release vuosi Max bittinopeus alaspäin (Mbit/s) Max bittinopeus ylöspäin Edestakainen viive 99 2000 6 2005 7 2008 8 2009 10 2011 14 2017 0,384 14,4 28 42 150 10 000 0,128 5,7 11 11 75 1 000 150 ms 60 ms 35 ms 10 ms 10 ms 1 ms Kanavakoodaus CDMA CDMA CDMA OFDMA SC-FDMA OFDMA SC-FDMA 3G 4G HSPA = High Speed Packet Access ELEC-C7110 53 Lähiverkkoteknologioita» Bluetooth Harald Blaatand II [jäänee paremmin mieleen kuin UMTS, GPRS, tai WiMAX?] Edullinen, vähän energiaa kuluttava, pienehkö siirtonopeus» Wi-Fi [WLAN, IEEE 802.11] Yleisin langaton lähiverkkotekniikka Vapaalla taajuuskaistalla, ei tarvitse erillistä lupaa 802.11b: max 11 Mbit/s, käytännössä vähemmän» WiMAX [IEEE 802.16] Oikeastaan kaupunkiverkko [MAN] erityiskäyttöön Mahdollisesti integroituu osaksi LTE-ratkaisuja ELEC-C7110 54 27

Lähiverkkojen standardit Tyyppi Tuotenimi IEEE standardi Vuosi Taajuusalue Max nopeus Etäisyys sisätila Tekniikka* PAN Bluetooth Bluetooth v3.0+hs Bluetooth Smart 802.15.1a - - 1999 2009 2010 2..4 GHz 2..4 GHz 2..4 GHz 721 kbit/s 24 Mbit/s 270 kbit/s 10 m 10 m GFSK LAN Wi-Fi 802.11a 802.11b 802.11g 802.11n 1999 1999 2003 2009 5.7 GHz 2.4 GHz 2.4 GHz 2.4 / 5 GHz 54 Mbit/s 11 Mbit/s 54 Mbit/s 150 Mbit/s 35 m 35 m 38 m 70 m OFDM PSK, DSSS OFDM, DSSS OFDM MAN WiMAX WiMAX rel. 2 802.16e 802.16m 2005 2012 2-66 GHz 1.4-5.8 GHz 70 Mbit/s 1 Gbit/s OFDMA Tarpeita on erilaisia (nopeus, tehonkulutus, kattavuus, hinta, ) Yksi ratkaisu ei sovi kaikkeen. ELEC-C7110 55 Linkin suorituskyky ei koko kuva kehityksestä» Huippunopeudet tiedonsiirrossa kasvavat mutta Tiedonsiirron nopeus solujen reuna-alueilla on kasvanut vain hitaasti. Kuitenkin merkittävä osa yhteyksistä on solujen reuna-alueilla.» Suurimmat tiedonsiirtonopeudet ovat yksittäisten käyttäjien saatavilla vain kun liikennettä on solussa vähän» Liikkuvan tietoliikenteen tukiasemaverkko on pyritty kustannussyistä rakentamaan harvaksi» Usein tukiasemaverkko on alunperin suunniteltu puhepalveluita varten Muutos käynnissä => jatkossa verkko on ensisijaisesti mobiili Internet Meillä on vielä paljon tekemistä! ELEC-C7110 56 28

Solukkoverkon suorituskyky» Ilman pieniä soluja 5G tavoitteet eivät ole mahdollisia Olennaisesti kustannuskysymys» Huippunopeuksia (> 1Gbit/s) tarvitaan joskus Olennaisempaa on mikä on keskimääräinen käyttö» Mitoituksessa huomioitava Verkko mitoitetaan (perinteisesti) kiiretunnille, jonka osuus kokonaisliikenteestä on 10 % luokkaa» Verkkoa ei voi mitoittaa täyteen (= 100% kiiretunnin aikana) Jos suuri osa liikenteestä on puheluita (vrt. Erlangin kaava!)» Kun suuri osa liikenteestä on joustavaa dataliikennettä, suuri kuormitus on hyväksyttävissä, jos samalla taataan puheluille estoton kulku ELEC-C7110 57 Taajuusalueet (enemmän keskiviikkona) khz MHz GHz THz PHz 10 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 10 10 10 11 10 12 10 13 10 14 10 15 Hz Sähköverkko AM-radio TV ULA = 87.5 108 MHz Marconin koe 1902 (272 khz) FM-radio Satelliitti GSM, 3G, 4G Mikroaaltolinkit Optinen kuitu ELF SLF ULF VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF Radioaallot Infrapuna Ultravioletti 10 3 km 1 km 1 m 1mm 1 m ELEC-C7110 58 29

ELEC-C7110 59 Osia UHF-alueesta (700 MHz 3 GHz) Ilmailu TV MVV = Matkaviestinverkko ELEC-C7110 60 30

Taajuusalueet khz MHz GHz THz PHz 10 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 10 10 10 11 10 12 10 13 10 14 10 15 Hz Sähköverkko AM-radio TV FM-radio Satelliitti GSM, 3G, LTE Mikroaaltolinkit Optinen kuitu ELF SLF ULF VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF Radioaallot Infrapuna 10 3 km 1 km 1 m 1mm 1 m ELEC-C7110 61 MHz: 400 1000 2000 2700 3400 3800 LTE kaistat (eri maissa!) Ultravioletti Taajuusjakoinen (FDD) ----------- Aikajakoinen (TD) ELEC-C7110 62 31

Taajuusalueet khz MHz GHz THz PHz 10 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 10 10 10 11 10 12 10 13 10 14 10 15 Hz Sähköverkko AM-radio TV FM-radio Satelliitti NMT, GSM, 3G Mikroaaltolinkit Optinen kuitu Ionosfääriheijastus Sironta Maanpinta-aalto Radioaallot Infrapuna Ultravioletti 10 3 km 1 km 1 m 1mm 1 m ELEC-C7110 63 Radioaaltojen eteneminen» Suora näköyhteys Korkeatkin taajuudet Muita luotettavampi, pääasiallinen etenemistapa tietoliikenteessä» Maanpinta-aalto < 10 MHz Optimiolosuhteissa tuhansia kilometrejä» Sironta 300 MHz 10 GHz Jopa 2000 km» Heijastuminen ionosfääristä < 30 MHz Jopa maapallon ympäri, mikäli aalto heijastuu uudelleen maanpinnasta 32

Eksosfääri Kansainvälinen avaruusasema 400 km Ionosfääri Termosfääri 80 km 50 km Mesosfääri Stratosfääri Troposfääri 75 km 10 4 10 5 10 6 Elektronitiheys (1/cm 3 ) 12 km 100 km ELEC-C7110 65 Heijastuminen ionosfääristä 400 km Elektronitiheys (logaritminen)» < 30 MHz» 1000 2000 km / hyppy Jopa maapallon ympäri, mikäli aalto heijastuu uudelleen maanpinnasta 1000 km» Suora näköyhteys 300 m masto: 70 km ELEC-C7110 66 33

Suora näköyhteys Lähettimen korkeus (m) 800 700 600 0m 1.7m 10m Vastaanottajan korkeus 500 400 300 200 100 Espoon radiomasto (326 m) 0 0 20 40 60 80 100 Etäisyys (km) ELEC-C7110 67 Vapaan tilan vaimennus» Peruskaava P R P T = G T G R 4πr 2» Vaimennus voidaan esittää db-asteikolla: L = 32,44 + 20 log 10 f MHz + 20 log 10 r km [db]» 3G: 2,4 GHz, 1 km L = 100 db 10 W:n lähetysteho Vastaanottoteho 1 nw (10-9 W)» Marconi: 272 khz, 6000 km L = 96 db, vastaanottimen teho = 2 10-10 kertaa lähetysteho Mutta: väärä laskelma koska kyseessä on ionosfääriheijastus! heijastus riippuu mm. ajankohdasta, yöllä parempi kuin päivällä ELEC-C7110 68 34