Radioyhteys: Tehtävien ratkaisuja. 4π r. L v. a) Kiinteä päätelaite. Iso antennivahvistus, radioaaltojen vapaa eteneminen.

Samankaltaiset tiedostot
1 Määrittele seuraavat langattoman tiedonsiirron käsitteet.

Suunta-antennin valinta

AURINKOENERGIAA AVARUUDESTA

Langattoman verkon spektrianalyysi

KÄYTTÖOHJE. Digi-TV-toistin DVB-T ja DVB-H signaaleille

RG-58U 4,5 db/30m. Spektrianalysaattori. 0,5m. 60m

Radioamatöörikurssi 2012

RADIOTIETOLIIKENNEKANAVAT

SATELCOM OY DI Leif Saarela. Esiselvitys

LABORATORIOTYÖ 2 (8 h) LIITE 2/1 WLAN-ANTENNIEN TUTKIMINEN JA AALTOJOHTOMITTAUKSET

CT30A2600 Langaton tietoliikenne Luento 3 Signaalien eteneminen

EMC Suojan epäjatkuvuudet

WLAN järjestelmän suunnittelu

Satelliittipaikannus

SÄHKÖMAGNEETTINEN KYTKEYTYMINEN

1 db Compression point

Passiivista toistinantennia voidaan käyttää myös esimerkiksi WLAN-verkon laajentamiseen toiseen kerrokseen tai kantaman kasvattamiseen ulkona.

Testiraportti LTE-verkon nopeusmittauksista

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

Älypuhelinverkkojen 5G. Otto Reinikainen & Hermanni Rautiainen

Määräys 65 TVantennivastaanoton. vaatimukset. Antennialan tekniikkapäivä Yrjö Hämäläinen

TIVE

TAAJUUSMAKSULASKENNAN ESIMERKIT

RF-tekniikan perusteet BL50A Luento Antennit Radioaaltojen eteneminen

Satakunnan ammattikorkeakoulu. Juha Halminen PITKÄNMATKAN LÄHIVERKKOYHTEYS

Radioasiaa Sähköpajaan

WMS450/470 monikanavajärjestelmien kytkentäopas. Kytkentäkaaviot ja tarvittavat osat 1 16 kanavajärjestelmiin

Kun kännykkä ei kuulu tai mobiililaajakaista tökkii. Mitä voin tehdä?

Langattomien laajakaistaverkkojen teknis-taloudellinen vertailu

1 Tarkastellaan digitaalista suodatinta, jolle suurin sallittu päästökaistavärähtely on 0.05 db ja estokaistalla vaimennus on 44 db.

LANGATTOMAN VERKON KÄYTTÖ JA ONGELMATILANTEET (WLAN/WIFI)

1. Sähköön liittyviä peruskäsitteitä tietoliikenneorientoituneesti tarkasteltuna

Kvanttifysiikan perusteet 2017

R = Ω. Jännite R:n yli suhteessa sisäänmenojännitteeseen on tällöin jännitteenjako = 1

Diplomi-insinööri- ja arkkitehtikoulutuksen yhteisvalinta 2017 Insinöörivalinnan matematiikan koe , Ratkaisut (Sarja A)

Kertaus. x x x. K1. a) b) x 5 x 6 = x 5 6 = x 1 = 1 x, x 0. K2. a) a a a a, a > 0

RAPORTTI ISOVERIN ERISTEIDEN RADIOTAAJUISTEN SIGNAALIEN VAIMENNUKSISTA

Kapasitiivinen ja induktiivinen kytkeytyminen

A. SMD-kytkennän kokoaminen ja mittaaminen

Vapaat ja langattomat näkökulmat tulevaisuuteen

@450-laajakaista kylien tietoliikenneratkaisuna Kokonaisvaltainen kyläsuunnittelu seminaari Pori. Anne Suomi, Digita Oy

OPERAATIOVAHVISTIN. Oulun seudun ammattikorkeakoulu Tekniikan yksikkö. Elektroniikan laboratoriotyö. Työryhmä Selostuksen kirjoitti

Mobiiliverkon sisäpeiton toteuttaminen. Mobiiliverkon sisäpeiton toteuttaminen. Päivitetty 3/2015. Matti Pulkkanen

521384A RADIOTEKNIIKAN PERUSTEET Harjoitus 3

Äänekoski. Laajakaista kaikille tilanne. Seppo Kuusisto

Tiedote tuulivoimapuiston rakentajille

KRU-1 PLL & UHF TRUE DIVERSITY langaton mikrofonijärjestelmä. Käyttöohje. ä ä ä ö ä ö

Kotikarjalan IPTV:n asetukset ja ohjeet

Antennit ja syöttöjohdot

SISÄVERKKOMÄÄRÄYS 65 A/2014 M ASETTAA VAATIMUKSIA ANTENNIURAKOINNILLE

Matkaviestinverkkojen sisäantenniverkkojen suunnittelun lähtökohdat

HF-4040 Signaalivoimakkuusmittarin. käyttökoulutus

Energiatehokas ihmiskeholinkki ihmisen toimintakykymittauksia varten (EISIT)

Asukastilaisuus puhelimen kuuluvuus ja tv:n näkyvyysasioista Karigasniemen kylätalo

Jos sinulla on kysyttävää 10. Vastaanotin toimi.

Yhteiskäyttöisten matkaviestinjärjestelmien sisäantenniverkkojen toteutusvaatimukset DNA Oy Elisa Oyj TeliaSonera Finland Oyj

4G LTE-verkkojen sisätilakuuluvuusvertailu 1H2014

ANTENNIJÄRJESTELMÄN KUNTOKARTOITUS

RF-tekniikan perusteet BL50A0300

Antennitelevision näkyvyyden turvaaminen. Keskustelutilaisuudet Ähtärissä ja Lehtimäellä alueiden tv-vastaanoton ongelmista

LYHYEN KANTAMAN LANGATTOMAT SIIRTOTAVAT

Radioamatöörikurssi 2018

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Kriteerit matkaviestinverkon peittoalueen määrittämiseksi Viestintäviraston suositus

TL9133 Tiedonsiirtotekniikka 2 (S2005)

TASA- JA VAIHTOVIRTAPIIRIEN LABORAATIOTYÖ 5 SUODATINPIIRIT

Määräys LUVASTA VAPAIDEN RADIOLÄHETTIMIEN YHTEISTAAJUUKSISTA JA KÄYTÖSTÄ. Annettu Helsingissä 26. päivänä maaliskuuta 2013

TEHTÄVIEN RATKAISUT. Tehtäväsarja A. 2. a) a + b = = 1 b) (a + b) = ( 1) = 1 c) a + ( b) = 13 + ( 12) = = 1.

SATELLIITTILAAJAKAISTA: LINKIN ANALYYSI, LINKKILASKELMAT JA VERIFIOINTIMITTAUKSET

Ukkoverkot Oy. 100% Internettiä - 0% Puhetta CC-BY-SA Ukkoverkot Oy, 2015.

Suuntaavuus ja vahvistus Aukkoantennien tapauksessa suuntaavuus saadaan m uotoon (luku ) E a 2 ds

nykyään käytetään esim. kaapelitelevisioverkoissa radio- ja TVohjelmien

Uudet teknologiat ja perinteinen antennivastaanotto

Tämä ohje kuvaa miten VIRVE -palvelu tulee kiinteistöjen sisällä toteuttaa.

Testiympäristömme koostui seuraavista verkoista: a. Wlan-yhteys Ciscon EPC3825 kaapelimodeemilla

Mikä se on? Olle Holmstrand, SM6DJH (Käännös: Thomas Anderssén, OH6NT)

Siirtotiet - johtimeton (Siirtomedia)

Radiolinkkiluvan hakuohjeet ja tekniset vaatimukset

Verkkosuunnittelu: Suunnittelutyön osa-alueet: Peittoaluesuunnittelu Kapasiteettisuunnittelu Taajuussuunnittelu Parametrisuunnittelu

Radiolinkkiluvan hakuohjeet ja tekniset vaatimukset

Tee ja älä tee - Langattomien hälytinlaitteiden asennus

HARJOITUS 7 SEISOVAT AALLOT TAVOITE

Häiriötön antennijakelu. Oikeiden teknisten ratkaisujen merkitys Pentti Lindfors

Asennusohje Viritettävä terrestiaalipäävahvistin HMB 6. SSTL n:o ULA-VHF I, VHF III, 6 x UHF ja AUX

2G-verkoissa verkkosuunnittelu perustuu pääosin kattavuuden määrittelyyn 3G-verkoissa on kattavuuden lisäksi myös kapasiteetin ja häiriöiden

Desibeli. OH3TR radioamatöörikurssi 2009 OH3HNY 1. Aallonpituus Siirtojohdot, SWR eli SAS Antennien ominaisuuksia.

Keski-Suomen tuulivoimaselvitys lisa alueet

Digitaalinen signaalinkäsittely Desibeliasteikko, suotimen suunnittelu

Kuuluvuusongelmat uudis-ja korjausrakentamisessa

HÄVIÖLLISEN PYÖREÄN AALTOJOHDON SIMULOINTI

N:o Liite 1. Staattisen magneettikentän (0 Hz) vuontiheyden suositusarvo.

Radioaaltojen eteneminen. Marjo Yli-Paavola, OH3HOC

Dynatel 2210E kaapelinhakulaite

Turvallinen työskentely tukiasemien lähellä

Sisäverkon peittotuotteet

Satakunnan ammattikorkeakoulu. Antti Rosendahl PITKÄNMATKAN WLAN. Tekniikka Pori Tietotekniikan koulutusohjelma Tietoliikennetekniikka

Elektroniikka, kierros 3

SATE2010 Dynaaminen kenttäteoria syksy /8 Laskuharjoitus 7 / Smithin-kartan käyttö siirtojohtojen sovituksessa

1 Laske ympyrän kehän pituus, kun

LABORATORIOTYÖ (4 h) LIITE 1/1 ANTENNIMITTAUKSIIN TUTUSTUMINEN

Transkriptio:

1S1E ietoliikenteen perusteet Metropolia/A. Koivumäki adioyhteys: ehtävien ratkaisuja 1. Langatonta laajakaistaa tarjoavan 3.5 GHz:n taajuudella toimivan WiMAX-verkon tukiaseman lähettimen lähetysteho on 4 W ja lähetysantennin vahvistus on 15 db. Suurin mahdollinen downlink-nopeus (eli nopeus tukiasemasta käyttäjälle päin) 75 Mbps voi toteutua, jos nettiyhteyden käyttäjän päätelaitteen vastaanottoantenni syöttää vastaanottimeen vähintään 65 dbm suuruisen signaalitehon. Kuinka kaukana tukiasemasta tuo maksiminopeus on mahdollinen, jos a) päätelaite on kiinteä ja sen suunta-antenni (vahvistus 13 db) on katolla niin, että antennista on näköyhteys tukiaseman antenniin? (Mahdollista antennikaapelin vaimennusta ei nyt huomioida.) b) päätelaite on kannettava, sen antennivahvistus on db ja käyttäjän ja tukiaseman välissä on puita, jotka aiheuttavat 1 db:n ylimääräisen vaimennuksen radiotielle? atkaisu: a) Linkkibudjettiyhtälö: P L + G Lähetysteho P = 4 W =ˆ 36.0 dbm Antennivahvistukset: G = 15 db, G = 13 db Vastaanotettu teho P = 65 dbm toteutuu, kun yhteysvälivaimennus on L P + G = 36.0 dbm ( 65 dbm) + 15 db + 13 db = 19.0 db Koska antennien välillä on näköyhteys, voidaan olettaa, että yhteysvälivaimennus L = vapaan tilan vaimennus. Yhtälöstä 4π r = 10 log db voidaan ratkaista etäisyys: (Aallonpituushan 3.5 GHz:llä on λ = 0.0857 m.) r λ 4π L /10 = 10 v = 19. km b) Nyt G on 11 db pienempi kuin a-kohdassa, joten sallittu yhteysvälivaimennus on L = 118.0 db. uosta sallitusta vaimennuksesta puut aiheuttavat 1 db, joten sallittu vapaan tilan vaimennuksen arvo on nyt = 106.0 db. Etäisyys, jolla tämä toteutuu, saadaan a-kohdan yhtälöllä: λ r = 4π 10.6 10 = 1. 36 km. Vastaukset löytyvät helposti myös linkkibudjettilaskurilla: a) Kiinteä päätelaite. Iso antennivahvistus, radioaaltojen vapaa eteneminen.

b) Kannettava päätelaite, pieni antennivahvistus, esteitä radiotiellä.. Kannettavan tietokoneen WLAN-kortin vastaanottimen herkkyydeksi ilmoitetaan tyypillisesti luokkaa 87 dbm oleva arvo. ämä tarkoittaa sitä, että datasiirtonopeudella 54 Mb/s bittivirhesuhde on alle 10-5, mikäli antennista vastaanottimeen saatavan.4 GHz:n taajuisen WLAN-signaalin teho on vähintään tuon suuruinen. Käytännössä tuo on kuitenkin usein varsin optimistinen arvo. Jos tietokonetta liikutellaan tilassa, jossa radioaallot heijastelevat seinistä, katosta ja lattiasta, ei yhteys toimi kunnolla noin heikolla signaalitasolla (paitsi jos kyseessä on moniantennitekniikkaa käyttävä IEEE 80.11n-standardin mukainen WLANyhteys; oletetaan, että ei ole). Vedetään siksi hatusta käytännön herkkyysarvoksi 67 dbm. Oletetaan, että WLAN-kortin antennin vahvistus on db ja WLAN-tukiaseman antennin vahvistus on 3.5 db (tuota luokkaa antennivahvistukset ovat, mikäli ei käytetä suunta-antenneja). Sitten vielä pitää tietää tukiaseman lähettimen lähetysteho, se on maksimissaan 13 dbm eli 0 mw. Laske, kuinka kaukana tukiasemasta yhteys WLAN-verkkoon vielä toimii, kun a) Oletetaan täysin vapaa radioaaltojen eteneminen (jolloin linkkibudjettiyhtälössä oleva vaimennus L saadaan vapaan tilan etenemisvaimennuksen kaavasta). b) Oletetaan, että WLAN-signaali kulkee seinän läpi. Arvioidaan seinän aiheuttamaksi ylimääräiseksi vaimennukseksi 7 db. c) WLAN-signaali kulkee kahden seinän läpi, jolloin seinen aiheuttama kokonaisvaimennus on 14 db. Laskujen tuloksena saatavat etäisyydet ovat yllättävän suuria, vai ovatko? atkaisu: Menee aivan samalla periaatteella kuin edellinen tehtävä. a-kohdassa saadaan sallituksi vapaan tilan yhteysvälivaimennukseksi 85.5 db, b-kohdassa 7 db vähemmän (koska välissä yksi seinä) eli 78,5 db ja c-kohdassa vielä tästä 7 db vähemmän (koska välissä toinenkin seinä) eli 71,5 db Näistä sitten voidaan laskea etäisyydet: a) 187 m b) 84 m c) 37 m. Linkkibudjettilaskurin näkymät:

a) b)

c) 3. a) V-satelliitin lähetysteho on 50 W, lähetystaajuus on 1 GHz ja lähetysantennin vahvistus Etelä-Suomen suuntaan on 39 db. Jotta V-kuva näkyisi kohtuullisesti, on signaalikohinasuhteen vastaanotossa oltava vähintään 1 db. ässä tapauksessa tämä ehto täyttyy, jos vastaanotetun signaalin teho on vähintään -83 dbm. Kuinka suuri vastaanottoantenni tarvitaan? b) Kuinka suuri vastaanottoantenni tarvitaan Lapissa, jonka suuntaan satelliitin antennin vahvistus on 35 db? Linkkibudjettiyhtälössä P L + G tuntematon on vastaanottoantennin vahvistus G : G = P P + L G. a) Lähtötiedot: 8 c 3 10 m/s Aallonpituus λ = = = 0.05 m f 9 1 10 Hz 50 W Lähetysteho P = 50 W = 10 log dbm = 47.0 dbm 1mW Lähetysantennin vahvistus on G = 39 db Vastaanotettu teho P pitää olla = 83 dbm ehtävässä ei ole annettu etäisyyttä. V-satelliitti on geostationäärisellä radalla 36 000 km päiväntasaajan yläpuolella, jolloin etäisyytenä satelliitista Suomeen voidaan käyttää r = 40 000 km. Silloin yhteysvälivaimennus 7 4π r 4π 4 10 m L = Lv = 10 log db = 10 log db = 06.1dB 0.05 m Joten vastaanottoon tarvitaan antenni, jonka vahvistus on G = 83 dbm 47 dbm +06.1 db 39 db = 37.1 db. Heijastinantennin vahvistus on π D λ 10 G /10 G = 10 log η db, josta voidaan ratkaista kysytty asia eli heijastimen halkaisija: D =. Nyt π η aallonpituus λ = 0.05 m ja kun pintahyötysuhteen arvoa ei ole annettu, voidaan käyttää tyypillistä arvoa η = 0.7. Saadaan D = 0.68 m.

b) Ainoa muuttuva asia on lähetysantennin vahvistus, nyt on G = 35 db. (Satelliitin lähetysantenni on suunnattu niin, että se säteilee Lapin suuntaan 4 db heikomman signaalin kuin Etelä-Suomeen.) a-kohdan tavalla laskien saadaan vaadituksi vastaanottoantennin vahvistukseksi G = 41.1 db, josta tarvittavaksi heijastimen halkaisijaksi saadaan D = 1.08 m. Linkkibudjettilaskurilla (sen kolmannessa Worksheetissä olevalla versiolla ): a) Ensin on laitettu lähtötiedot soluihin B4, B5, B6, B7, B9 ja E7. Koska lähetysantennista on annettu suoraan vahvistus (39 db), on tuo lukema laitettu soluun B5, jolloin soluissa E4 ja E5 olevien tietojen (jotka eivät edes mitenkään liity nyt tähän tilanteeseen) perusteella laskettua solussa E10 olevaa lukua ei käytetä. Sitten on Excelin Goal Seek -ikkunaan laitettu siinä näkyvät tiedot, jonka jälkeen OK:n painaminen laskee vastauksen soluun E6. Vastaus siis on 0.68 m. Aivan samalla tavalla saadaan linkkibudjettilaskurilla b-kohdan vastaukseksi 1.08 m. 4. Ilmakehän aiheuttamaa vaimennusta 60 GHz taajuudella mitattiin seuraavasti. Lähetettiin 0 mw:n teho antennilla, jonka vahvistus oli 5 db. Signaali vastaanotettiin 1.5 kilometrin päässä samanlaisella antennilla ja vastaanotetuksi tehoksi mitattiin 91 dbm. Mikä oli mittauksen perusteella ilmakehän vaimennus? Linkkibudjettiyhtälö: P L + G ässä tehojen yksikkö on dbm tai dbw ja vahvistuksien ja vaimennuksen yksikkö on db. Nyt on annettu seuraavat lähtötiedot: 0 mw P = 0 mw. Silloin desibelimilliwatteina P = 10 log dbm = 13.0 dbm 1mW P = 91 dbm G = G = 5 db Niinpä linkkibudjettiyhtälöstä voimme ratkaista yhteysvälivaimennuksen L = P P + G + G = 154 db. Jokaisella radioyhteydellä on vaimennusta vähintään vapaan tilan vaimennuksen verran. Vapaan tilan vaimennus saadaan

4π r 4π r =, desibeleinä = 10 log db λ missä r on yhteysvälin pituus = 1.5 km ja λ on aallonpituus = c f 0 3 10 = 60 10 8 9 m = 5 mm. Hz Nyt siis 4π 1500 m = 10 log db = 131.5 db 0.005 m Kun mitattu yhteysvälivaimennus (154 db) on isompi kuin vapaan tilan yhteysvälivaimennus, on asiantilaan joku syy. Nyt se syy liittyy käytettyyn signaalitaajuuteen. Ilmakehän happi absorboi n. 60 GHz:n taajuista sähkömagneettista säteilyä itseensä, jolloin syntyy väliainevaimennusta. Nyt tuo väliainevaimennus on 1.5 km matkalla 154 db 131.5 db =.5 db. Normaalisti väliainevaimennus ilmoitetaan desibeleinä kilometriä kohden. Nyt se siis on 15 db/km. Sama linkkibudjettilaskurissa: 5. a) Matkapuhelimen ja tukiaseman välisellä radiotiellä (900 MHz) on vapaan tilan yhteysvälivaimennuksen lisäksi 30 db vaimennusta, joka johtuu rakennuksista ja muista esteistä. ukiasema mittaa koko ajan puhelimen lähettämän signaalin voimakkuutta ja lähettää puhelimelle käskyn säätää lähetysteho sellaiseksi, että tukiaseman vastaanottaman signaalin teho on 90 dbm. Puhelimen antennin vahvistus on db ja tukiasema-antennin vahvistus on 7 db. Etäisyys puhelimesta tukiasemaan on 500 m. Mikä on puhelimen lähetystehon suuruus? b) Sama tehtävä, mutta taajuus on 1800 MHz. Muiden arvojen oletetaan pysyvän samoina. (odellisuudessa estevaimennus on nyt todennäköisesti jonkin verran isompi, samoin antennivahvistukset saattavat muuttua hieman.) c) ee saaduista tuloksista johtopäätöksiä. rendi on ollut ja on sellainen, että uudet langattomat verkot toimivat korkeammilla taajuuksilla kuin edelliset verkkosukupolvet. (Poikkeuksiakin tästä tosin on.) a) Linkkibudjettiyhtälö: P L + G. Nyt on annettu P = 90 dbm, G = 7 db, G = db. Aallonpituus λ = 0.333 m, etäisyys r = 500 m, joten vapaan tilan vaimennus on 4π r = 10 log db = 85.5 db. Silloin yhteysvälin kokonaisvaimennus on L = + L e = 115.5 db. Nyt kysytään lähetystehoa P. Se saadaan ratkaistua linkkibudjettiyhtälöstä: P = P G + L G = 16.5 dbm eli n. 45 mw.

b) Kun taajuus kaksinkertaistuu, niin vapaan tilan vaimennuksen arvo nelinkertaistuu (koska nimittäjässä oleva aallonpituus puolittuu), eli kasvaa 6 db (koska 10 log(4) = 6. 0 ). Jotta vastaanotettu teho pysyisi muuttumattomana, on lähetystehoa P vastaavasti kasvatettava 6 db. Siis nyt puhelimen lähetystehoksi tulee P =.5 dbm eli n. 180 mw. c) Siis kun taajuus kasvaa, niin puhelimen pitää lähettää isommalla teholla, jotta tukiasema kuulisi puhelimen. ämähän tietää mm. puhelimen akun nopeampaa tyhjenemistä. Jotta puhelimien käyttöajat eivät lyhenisi taajuuksia kasvatettaessa, pitää verkko suunnitella niin, että puhelimien ja tukiasemien keskimääräiset etäisyydet pienenevät. ämä tarkoittaa sitä, että tukiasemia pitää olla tiheämmässä. Linkkibudjettilaskurilla: a) b)