mobilne komunikacije n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
MOBILNE KOMUNIKACIJE PowerPoint Presentation
Download Presentation
MOBILNE KOMUNIKACIJE

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 44

MOBILNE KOMUNIKACIJE - PowerPoint PPT Presentation


  • 312 Views
  • Uploaded on

MOBILNE KOMUNIKACIJE. 8. Model kanala. Fizikalni utjecaji kod propagacije radio vala. 2. Refleksija Na granici dva medija s različitim elektrodinamičkim svojstvima dio vala se reflektira, a drugi dio prolazi u drugo sredstvo (refrakcija)

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'MOBILNE KOMUNIKACIJE' - noreen


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
mobilne komunikacije

MOBILNE KOMUNIKACIJE

8. Model kanala

fizikalni utjecaji kod propagacije radio vala
Fizikalni utjecaji kod propagacije radio vala

2

  • Refleksija
    • Na granici dva medija s različitim elektrodinamičkim svojstvima dio vala se reflektira, a drugi dio prolazi u drugo sredstvo (refrakcija)
    • Kut refleksije je pri tome jednak upadnom kutu, a upadni i reflektirani val leže u istoj ravnini s okomicom na granicu između dva medija
    • radio valovi se reflektiraju od slojeva ionosfere i troposfere, površine Zemlje, objekata (zgrada, automobila, itd.)
  • Difrakcija
    • Na preprekama dolazi do difrekcije ili ogiba radio vala, što omogućava prijem i iza prepreke
    • Val je pri tome prigušen, a veličina gušenja ovisi o veličini i obliku prepreke te valnoj duljini vala
slide3

3

  • Refrakcija
    • Promjena smjera EMV-a zbog promjene elektrodinamičkih svojstava medija
  • Disperzija (raspršenje)
    • Nastaja kod istovremene pojave refrakcije, difrakcije i refleksije (obično na nepravilnim objektima, na hrapavim površinama i sl.)
  • Apsorpcija
    • Gubici energije EMV-a zbog pretvaranja u drugi oblik (npr. toplina) pri prolasku kroz tvari (npr. na kapljicama kiše, kod prolaska kroz zid ili neku drugu prepreku)
  • Interferencija
    • Nastaje kada se dva ili više valova iste frekvencije i polarizacije šire istovremeno kroz neki medij
    • Na prijemnoj anteni polja tih valova se superponiraju
    • Pri tome osnovni val može biti pojačan (ako su razlike u fazama približne cijelom broju valnih duljina) ili prigušen (ako su razlike u fazama približno jednake neparnom broju polovina valnih duljina
    • Ako interferiraju dva vala iste frekvencije, ali iz različitih izvora (Istokalna interferencija) smetajući signal može ugroziti komunikaciju korisnim signalom (kod projektiranja mreže odašiljača o tome se posebno mora voditi računa)
slide4

4

  • Feding (eng. fading)
    • Pojava promjene jakosti polja na mjestu prijema
    • Može nastati zbog:
      • Višestaznog prostiranja radio vala
        • Refleksije vala od tla i objekata- izraženo kod mobilnih komunikacija
        • Pojava stepenastog indeksa refrakcije u atmosferi koja dijeli radio val na više zraka koje putuju različitim putanjama (često za ljetnjih večeri)
      • Apsorpcije na kapljicama kiše, magle snijega
        • Raste s frekvencijom, izraženo iznad 1GHz
        • Raste s intezitetom padavina i duljinom trase radio vala obuhvaćenom padavinama
slide5

5

  • Feding može biti
    • frekvencijski selektivan - značajno gušenje užeg frekvencijskog područja
      • Usljed višestaznog prostiranja
      • Stvara probleme širokopojasnim sustavima
    • Frekvencijski neselektivan – podjednako gušenje šireg frekvencijskog područja (flat fading)
      • Usljed padavina
      • Uzima se u obzir pri projektiranju veze u GHz-nom području preko meteoroloških podataka o padavinama
  • Razlikuje se kratkotrajni (brzi) i dugotrajni (spori) feding
mobilne komunikacije zna ajke propagacije vala
Mobilne komunikacije – značajke propagacije vala

6

  • Veza točka-površina
  • Ruralna područja- LOS sa refleksijom od tla
  • Urbana područja – LOS sa refleksijom od tla i susjednih objekata, refrakcijom difrakcijom, ali i non-LOS (NLOS)
  • Visina antene
    • bazna postaja – visine 30-tak metara
      • omni-direkciona – kružni horizontalni dijagram zračenja
      • sektorske antene – horizontalni kut usmjerenosti 600 ili 1200
    • mobilna postaja - 1.5 do 3 metra, neusmjerena
slide7

7

  • Problem prepreka
    • zgrade, kuće reda veličine nekoliko metara do nekoliko desetaka metara
    • drveće i grupa drveća
    • prepreke su reda veličine ili veće od valne duljine radio vala (za VHF područje  je reda nekoliko metara, za UHF područje  je reda nekoliko decimetara) - mogu blokirati signal ili reflektirati ga
    • reflektirani signal može doprijeti do antene mobilne postaje po više staza (multipath propagacija) uz direktni signal
  • Posebnosti propagacije u mobilnim vezama
    • Sjena -smanjenje snage signala iza prepreke
    • efekt višestaznog prostiranja
      • može uzrokovati gušenje i izobličenje signala
      • ili postojanje signala u sjeni (reflektirani signal od neke prepreke)
    • Dopplerov efekt – pomak radne frekvencije
      • mobilna postaja se kreće u odnosu na radio val
polje kao funkcija vremena i prostora
Polje kao funkcija vremena i prostora

8

  • Polje nije konstantno u vremenu
    • Zbog promjena temperature, vlažnosti, tlaka mijenjaju indeks refrakcije, a padavine unose gušenja na višim frekvencijama. Jakost polja na prijemnoj anteni oscilira u odnosu na proračunato polje u uvjetima prostiranja u slobodnom prostoru
    • Promjene polja predstavljaju se statističkim veličinama – modeliraju se teorijskim razdiobama (promjene polja u vremenu obično Gaussovom)
  • Polje se mijenja prostorno
    • Važno kod sustava točka-površina. Kod mobilnih komunikacija mobilna postaja prolazi kroz područja s različitim uvjetima propagacije radio vala
    • Osigurava se određeni postotak pokrivanja lokacija s minimalno potrebnom jakošću polja (npr. 90% lokacija)
    • Raspodjela ovisi o tipu terena i okoliša (ruralno, prigradsko, gradsko) i modelira se empirijskim modelima
vi estazna propagacija
Višestazna propagacija
  • U mobilnim komunikacijama na antenu mobilnog uređaja u pravilu dolazi signal iz više smjerova - usljed višestazne propagacije (multipath propagation).
  • Uzroci su refleksije od tla i od okolnih objekata koji okružuju mobilnu postaju.
  • Za analizu i projektiranje veze koriste se statistički modeli varijacije anvelope signala.
slide10
Dva ekstremna scenarija

Uz jak direktni signal (line-of-sight LOS) postoji više slabijih uslijed višestaznog prostiranja

otvorena cesta, trgovi i ostala mjesta sa dobrom vidljivosti prema baznoj postaji

varijacija anvelope signala modelira se sa Rice-ovom distribucijom

Više slabijih signala dolazi na antenu mobilne postaje, ali nema direktnog signala (NLOS)

područje sa visokim zgradama, na cesti kroz šumu

varijacija anvelope signala modelira se sa Rayleigh-ovom distribucijom

10

riceov fading
Riceov fading
  • Ako uz više signala slabije snage (različite refleksije) na prijemnu antenu stiže i jedan snažan signal (direktni val) -LOS uvjeti propagacije, tada govorimo o Rice-ovom fadingu
  • Anvelopa signala, r,ima Riceovu distribuciju
    • gdje je I0 Basselova funkcija nultog reda
  • Uz a = 0 (nema direktnog signala) ova funkcija prelazi u Rayleighovu
  • Uz veliki a (jedan dominantni signal) ova funkcija prelazi u Gaussovu
rayleighov fading
Rayleighov fading
  • Nema dominantnog vala, nego više slabijih komponenti iz različitih pravaca – NLOS uvjeti
  • Anvelopa signala, r, ima Rayleighovu raspodjelu, odnson gustoću vjerojatnosti
  • U ovom slučaju očekivanje (srednja vrijednost) jakosti signala je značajno manja od one kod propagacije u slobodnom prostoru, s dubokim fedinzima (od 20-30 dB)
karakteristike varijacije signala
Karakteristike varijacije signala

Signal e(t) se može prikazati kao suma sporih ili dugoročnih (long-term) varijacija m(t) i brzih (short-term) varijacija r0(t)

Spore varijacije, m(t) se izdvajaju iz ukupnog signala niskopropusnim filtriranjem koje se primjenjuje na uzorke signala izmjerene na trasi duljine nekoliko desetaka  (20-40 ) (small area)

za 900 MHz ( =0.33m) vezu to znači 7-14 m

za lokaciju x to je lokalno očekivanje m(x)

promjene lokalnog očekivanja promatraju se na trasi duljine od 100m do 2 km

15

slide17
Eksperimentalno je utvrđeno da lokalno očekivanje m(t), odnosno m(x) slijedi log-normalnu raspodjelu. To znači da ako se izrazi u logaritamskom mjerilu

M(x) će imati normalnu raspodjelu

Standardni propagacijski modeli ne daju informaciju o brzim promjenama, nego daju medijan E(M(x)) i standardnu devijaciju Lpromjene lokalnih očekivanja M(x)

Promjene lokalnog očekivanja promatraju se na trasi duljine od 100m do 2 km

Brze promjene se promatraju na malom područjui imajuRayleighovu ili Riceovu distibuciju

17

slide19
Kod kretanja mobilnog uređaja brzinom v uslijed Dopplerovog pomaka mijenja se frekvencije ovisno o kutu , brzini vozila i valnoj duljini

sa maksimumom

Kod N radio valova koji pristižu na prijemnu antenu pod kutem n

19

dopplerov efekt
Dopplerov efekt
  • pri tome anvelopa signala se ne mijenja, ali se mijenja frekvencija (npr. na 1.8 GHz uz brzinu auta 100 km/h promjena frekvencije je do 166.7 Hz, na 900 MHz promjena frekvencije je do 83.3 Hz )
refleksija iz smjera kretanja
Refleksija iz smjera kretanja
  • Kod pojave refleksije od zgrade iz smjera kretanja automobila
  • rezultat je stojni val amplitude koja varira od 0 do 2e0
dvije refleksije
Dvije refleksije
  • U slučaju da dva reflektirana signala podjednakih amplituda dostižu antenu mobilnog prijemnika pod kutevima 00 i i rezultantni signal je
  • uz x = t v vidimo da postoji i amplitudna i frekvencijska promjena ovisna o brzini mobilnog uređaja. Amplituda signala se mijenja sa kosinusom a frekvencija promjene je dana s
vi estruke refleksije
Višestruke refleksije
  • Općenito višestruke refleksije mogu pristizati iz različitih pravaca
frekvencijski selektivan feding
Frekvencijski selektivan feding
  • Kod uskopojasnog signala sve frekvencijske komponente kasnit će na prijemnu antenu sa podjednakim faznim kašnjenjem i u slučaju višestaznog prostiranja - flat fading.
  • Za širokopojasni signal razlike u fazi koje su proporcionalne mogu za dvije frekvencijske komponente biti i nekoliko radijana.
  • Signal koji zauzima veći frekvencijski pojas bit će izobličen - frekvencijski selektivan feding i u slučaju višestaznog prostiranja uzrokovat će neuniformni frekvencijski odziv.
slide30
Minimalni frekvencijski pojas na kojem se ne pojavljuje selektivni feding naziva se pojas koherencije.
  • U multipath slučaju osim kašnjenja pojedine komponente (eha) potrebno je znati i kut pod kojim dostiže prijemnu antenu.
  • U slučaju digitalnog signala replike koje stižu sa kašnjenjem uzrokuju intersimbolnu interferenciju koja povećava vjerojatnost pogreške. Povećanje snage ovdje ne pomaže već se uvode ekvalizatori.
modeliranje kanal a
Modeliranje kanala
  • Radio kanal kod višestaznog prostiranja se može modelirati kao linearni vremenski promjenjivi filtar sa impulsnim odzivom
  • Na ovakav način može se razmatrati kanal deterministički uz poznavanje terena i objekata koji uzrokuju refleksije
slide33
Međutim zbog složenosti problema obično se to rješava statistički uz poznavanje PDF-a varijabli od značaja (,t,f, )
  • U praksi se koriste tri jednostavne funkcije
      • Pofil kašnjenja snage - power delay profile (PDP)
      • Frekvencijska korelacijska funkcija
      • Funkcija raspršenja (scattering)
  • PDP- Ph() daje distribuciju amplituda i kašnjenja primljenih refleksija
profil ka njenja snage pdp
Profil kašnjenja snage - PDP

PDP za prigradsko naselje

slide35
Iz PDP funkcije Fourierovom transformacijom se dobija frekvencijska korelacijska funkcija
  • Korelacija između dvije frekvencije razmaknute za f ovisi o mnogo faktora, između ostalog i upotrebljenoj modulaciji.
  • Pojas koherencije se obično definira kao područje frekvencija unutar kojega je korelacijasignala veća od 0.9 (ili 0.5)
  • Unutar pojasa koherencije signali će biti podjednako prigušeni – nema selektivnog fadinga
funkcija raspr enja
Funkcija raspršenja
  • Funkcija raspršenja predstavljena je matricom S(,)
  • Daje kašnjenja i Dopplerov pomak (ili kut pristizanja) za refleksije pristigle na prijemnu antenu
  • Propagacijski kanal možemo klasificirati prema
      • Frekvencijskoj disperziji: spore i brze promjene
      • Vremenskoj disperziji: frekvencijski selektivni i neselektivni kanali
slide41

Primjer 2.

  • Primjer:
      • f = 900 MHz
      • v = 40 km/h
      • A) neusmjerena antena
      • B) usmjerena antena sa kosinusnim dijagramom zračenja
      • udaljenost od odašiljača 10 km
      • udaljenost od reflektora 1 km
      • udaljenost od “raspršivača” 100 m
      • Amplitude pojedinih komponenti bit će iskazane relativno u odnosu na direktni signal
slide43

PDP modeli

  • COST 207 preporuča modele za digitalne mobilne sustave (pogotovo GSM)
      • trokutastu distribuciju log snage u odnosu na kašnjenje za različite tipove područja
  • Modelsa negativnom eksponencijalom
      • daje vjerojatnost pristizanja refleksije u ovisnosti o kašnjenju
slide44

COST 207 PDP modeli

Typical case for rural (nonhilly) area (RA)

hilly