Uvod v brezžične komunikacije

1. Uvod v brezžične komunikacije 23. maj 2012

2. Elektromagnetno valovanje (emv) električno in magnetno polje v prostoru in času naprave poti širjenja zanesljivost naprav in prenosa informacij Elektromagnetno sevanje (EMS) učinki na okolico naprav učinki na človeka Brezžično širjenje informacij

3. Naravni zakoni(upad zaznane moči z oddaljenostjo) 250 W satelit GNSS 20 000 km 1300 km 1 W izvormotenj

4. Razširjanje elektromagnetnega valovanja (emv) • Generiranje emv • Več poti razširjanja radijskih valov • Oddajniki in sprejemniki • osnovni shemi • usmerjenost, polarizacija anten • izsevana moč in domet • Modulacija (informacija + nosilni signal) • Oddajna moč, impedanca izvora in antene • Odboj nazaj na spremembah impedance!

5. Elektromagnetna sevanja (EMS) Sevanje: oddajanje valov ali delcev, ki se širijo v prostor (sevanje radijske antene, sevanje radioaktivnega vira, sevanje svetlobe). Sevanja karakterizira (nas zanima) jakost sevanja (potencialna izpostavljenost sevanju) in absorbirana moč sevanja (dejanski učinek sevanja – na tkiva) Izpostavljenost različnim jakostim povzroča sile v celicah Učinek: tkiva absorbirajo del izsevane moči EMS

6. Omejitve seval emv • Omejitve s stališča uporabnika: specifična vsrkana moč Specific Absorption Ratio SAR = ( E2)/ • efektivna vrednost električne poljske jakosti E • tkivo: specifična prevodnost  in specifična gostota  (El. praktikum, Priloge)

7. Učinki sevanj: segrevanje tkiv • Človekovo telo • metabolizem proizvaja do 150 W, pri težkem delu do 1000 W, • med opoldanskim sončenjem absorbira do 200 W, od RF sevanj 5,6 W • Biološke učinke EMS ocenjujemo z absorpcijo v telesu, ki je določena s stopnjo specifične absorpcije (SAR). Koliko moči absorbira biološka snov (W/kg). SAR se povpreči na 6 minut. • Za frekvence med 400 in 2000 MHz - meji SAR za okolja: 0,4W/kg delovno 0,08W/kg bivalno energija sevanja izvori sevanj snov absorbira moč naravni, vedno več umetnih

8. Nadzor nad izvori • Vdorna globina? Globina, do katere samo lahko zaradi kožnega pojava prodrejo VF EMS ali v prevodne površine (kovine) ali v izpostavljena tkiva, (nekaj mm, cm, odvisna od frekvence).

10. Nadzor nad izvori • Ob blagem segrevanju telesa za njegovo izravnavo dokazano poskrbijo naravni mehanizmi v telesu (termoregulacija). Močno segrevanje pa lahko telo preobremeni in povzroči škodljive vplive na zdravje. • Človek v svojem okolju ni izpostavljen samo enemu viru EMS, temveč vsem virom EMS v določenem okolju hkrati. Posledice akumulacije absorbiranih sevanj? • Za določitev izpostavljenosti EMS je potrebno izmeriti in oceniti skupno sevalno obremenitev okolja (http://www.forum-ems.si/).

11. Modulacija • Zakaj moduliramo? • Pomembni pojmi: • pasovna širina • nosilni signal (sinus določene frekvence) • informacijski signal (zvoki v telefoniji ali znaki v telegrafiji) • modulirani nosilni signal • nameni uporabe različnih vrst (katero modulacijo rabi radio, katero GSM?)

12. Modulacija • Splošno u(t)

13. Amplitudna modulacija • Spreminjamo amplitudo nosilnega signala, funkcija f(t) f(t) f(t) f(t)

14. Frekvenčna modulacija • Spreminjamo frekvenco nosilnega signala, funkcija g(t) pri znani frekvenčni deviacijiΔω Če se amplituda informacijskega signala spreminja največ za vrednost ±ΔU, se frekvenca moduliranega signala spreminja največ za vrednost ωc ±Δω (na primer: Δω = 6 kHz x 2π). g(t) +ΔU -ΔU

15.   Pasovna širina • Podelitev frekvenčnega pasu dovoljuje uporabo spektra zgolj v določenem območju

16. pri AM vplivamo na Za posamezne modulacije rabimo… • ceneni kakovostni digitalni * sprejemnik pri M vplivamo na pri FM vplivamo na *za velike hitrosti prenosa podatkov; primerjava AM in M kaže, da na enaki pasovni širini, M prenaša več podatkov kot AM

17. Razmerje signal / šum (SNR) • Ali bo naprava signal (signal merjene veličine, informacijski signal) lahko rekonstruirala ali ne? • Moč (oddanega) signala, občutljivost sprejemnika • Moč toplotnega šuma elektronskih naprav in okolice • a) radijski sistem, • b) radar(signal se na razdalji R od oddajnikove antene odbija od prevodne površine k sprejemniku) • razmerje signal/šum med drugim odvisno od frekvence, oddaljenosti, slabljenja kTo .. močnostna gostota frekvenčnega spektra šuma [W/Hz] B .. efektivna pasovna širina (-3dB) [Hz] Fn .. šumno število [ ] PT .. oddajna moč v konici [W] GT, GR .. dobitka anten oddajnika in sprejemnika [ ] λ .. valovna dolžina [m] L .. skupno slabljenje [ ] R .. oddaljenost antene od odbojne površine [m] σ .. velikost odbojne površine [m2] Friis, 1946 radarska enačba

18. Slabljenje vzdolž poti razširjanja • Ko se signal v obliki elektromagnetnega vala razširja v prostor ali ko se sprememba napetosti razširja po kablu z oddaljevanjem od izvora, se njegova moč zaradi same razdalje zmanjšuje. • Ker pa je sredstvo, skozi katerega se signal razširja, realno, nastajajo izgube, ki jih povzema izraz slabljenje • Če je sredstvo linearno, je slabljenje sorazmerno razdalji do izvora oz. dolžini kabla do oddajnika Pna koncu .. moč signala na koncu obravnavane poti [W] Pna začetku .. moč signala ob izvoru [W] L .. slabljenje [dB]

19. Sklepi • Zapomnimo si • spekter elektromagnetnih valovanj (emv) • moč izvorov em sevanj je omejena s SAR • razlogi za modulacijo • razmerje signal/šum • slabljenje Jutri Andrej Štern! 9:00 v 203 Telematika. 11:00 v P2 Sodobne brezžične komunikacije.