Langaton Tietoliikenne
Langaton siirtotie
Signaalin kulkemaa polkua lähettimeltä vastaanottimelle ei ole määritetty (vrt kuparikaapeli)
Lähetin sysää liikkeelle energiaa sähkmagneettisena säteilynä.
Vastaanotin havaitsee lähetetyn energian
Energia voidaan lähettää ympärisäteilevästi (omni directional) tai suunnata se tiettyyn suuntaa.
Käytettävät taajuudet karkea jako
Radiotaajuudet 30
MHz - 1
GHz
-
käytetään suunnaattuihin point-to-point yhteyksiin
Kohtuullinen etenemiskyky, kohtuullinen tiedonsiirtonopeus
Esim. satelliittiyhteydet, WLAN, Bluetooth, GSM 1800
Ground wave propagation
(maan) pinta-aalto eteneminen
radioaalto seuraa maan pinta
alle 2
MHz taajuuden radioaallot
esim. pitkä ja keskipiptkä aaltoinen AM radio
Sky wave propagation
Ionosfääriaalto / avaruusaalto eteneminen (Taajuudet 2-30Mhz)
Ionosfääri
Ilmakehän kerros, ulottuu noin 60 km:stä 100 km:iin
Ionosfäärissä on Auringon ultavioletti- ja hiukkassäteilyn ionisoimaa plasmaa eli vapaita elektroneita ja ioneja
Radioaalto ei läpäise ionosfääriä tietyn rajataajuuden (n. 30
MHz ) alapuolella ja näin ollen se vain heijastuu siitä
Radioaallon heijastuessa takaisin maanpinnasta voidaan kommunikoida maapallon toisellekin puolelle.
Heijastuminen johtuu aaltojen taittumisesta (refraction)
Amatööriradiot hyödyntävät.
Line of sight propagation
Näköyhteys eteneminen
Lähetin ja vastaanotin näköetäisyydellä toisistaan
Taajuudet 30MHz →
Yli 30MHz signaalit eivät heijastu ionosfääristä → voidaan käyttää satelliitti kommunikointiin
Kurssilla käsiteltävien tekniikoiden etenemismalli
Optinen ja radio näköyhteys
Esimerkki
Nostetaan toinen antenni 10 m korkeuteen ja yritetään 41km
Signaalin voimakkuus
Desibelejä voidaan käyttää myös kertomaan muutosta jännitteessä

Langattomien tekniikoiden lähetysteho ilmaistaan yleensä muutoksena referenssi arvoon, joko Wattiin (dBW) tai milliwattiin (dBm)

Esimerkiksi luokan yksi Bluetooth laitteen lähetystehon ilmoitetaan olevan 20 dBm
Eli:

Antenni
Radiosignaalit lähetetään ja vastaanotetaan antennin avulla
Antenni on Sähköinen johdin tai johdinjärjestelmä
Kaksisuuntainen kommunikointi
Säteilykuviot
Säteilykuvio = Radiation pattern
Graafinen kuvaus antennin säteily ominaisuuksista
Säteilykeilan leveys (Beam width or half-power beam width)
Vastaanotto kuvio (Reception pattern)
Erityyppisten antennien säteilykuvioita löytyy mm. edellisvuoden
luentokalvoista (sivut 28-37).
Antennityypit
Antennin suuntaus
Suuntaavuutensa perusteella antennit jaetaan ympärisäteileviin ja suuntaaviin
Ympärisäteilevät antennit säteilevät 360 asteen sektorissa ympäriinsä
Suuntaavalla antennilla on tietty suuntakuvio, joka muodostuu pää-, taka-, ja sivukeiloista
Aallonpituuteen nähden pienikokoiset antennit ovat yleensä vahvistukseltaan heikkoja
Kun antennin kokoa kasvatetaan useamman aallonpituuden kerrannaiseksi, kasvaa myös sen vahvistus
Jos tiedetään, mistä päin signaalit lähetetään, vastaanotossa on hyvä käyttää suunta-antennia
Koska ilmassa on sekä suoraan lähetysaseman suunnasta että muualta heijastuneita radioaaltoja, suuntaava antenni kykenee erottelemaan nämä heijastuneet signaalit pois
Esim. TV-lähetysten vastaanottoon tehdyt antennit ovat rakenteeltaan yleensä ns. yagi- antenneja, jotka muodostuvat syöttöelementistä (dipoli), sen edessä olevista suuntaajaelementeistä sekä takana olevista heijastinelementeistä
Elementit voivat olla myös X-mallisia tai kolmion mallisia
Antennin vahvistus (antenna gain)
Esimerkki paraboliantennilla
Signaalin heikkeneminen
Yleinen vaimeneminen ja vaimenemisen aiheuttama vääristyminen (Attenuation and attenuation distortion)
Vapaan tilan vaimeneminen (Free space loss)
Ilmakehään imeytyminen (Atmospheric absorption)
Signaalin kulkeminen montaa eri tietä ja sen aiheuttamat häiriöt
Taittuminen
Erilaiset häiriöt kuten kohina (Noise)
Vaimeneminen (attenuation /path loss)
Signaali heikkenee sen kulkiessa siirtotiellä (amplitudi pienenee)
Ohjatulla siirtotiellä (kaapeli) lasku on logaritmistä ja voidaan ilmoittaa desibeleinä etäisyyden suhteen.
Ohjaamattomalla siirtotiellä on useampia tekijöitä
Vaimeneminen riippuu käytetyn siirtotien ominaisuuksista sekä taajuudesta
Vaimenemiserojen johdosta, usean taajuudeen käyttäminen signaalin siirrossa aiheuttaa vääristymiä.
Vastaanotettavan signaalin täytyy olla tarpeeksi voimakas, jotta vastaanotin tunnistaa sen.
Vaimenemisen johdosta signaalia tulee vahvistaa (vahvistimilla tai toistimilla) tietyin välimatkoin
Liian voimakas signaali voi aiheuttaa vääristymiä vastaanottimessa.
Vapaantilan vaimeneminen
Signaalin vaimeneminen ilmassa kun mitään esteitä ei ole.
Edetessään signaali hajaantuu laajemmalle ja laajemmalle alueelle
Suurin vaimenemisen aiheuttaja satelliitti kommunikoinnissa
Ilmoitetaan joko lähetetyn ja vastaanotetun tehon suhteena tai desibeleinä
Vapaantilan vaimeneminen
Antenni ja vapaantilan vaimeneminen
G = Antennin vahvistus (
),A= Antennin sieppauspinta
Häviö desibeleinä
Atmospheric absorption
Signaalin taittuminen
Signaali taittuu kulkiessaan eri ilmakerrosten läpi
Signaalin etenemisnopeus kasvaa mitä korkeammalle mennään
Lämpötila vaihtelee korkeuden mukaan
Kosteusprosentti, pilvet jne.
Esteiden vaikutus
Heijastus (Reflection, R)
Taipuminen (Diffraktio, D)
Hajaantuminen (Scattering, S)
Fresnel Zone

jossa R= Fresnel zonen ympyrän säde tietyssä pisteessä.
S ja D ovat pisteen etäisyydet lähettimestä ja vastaanottimesta.
Monitie-eteneminen
Signaali saapuu kohteeseen useaa reittiä pitkin
Joskus ei ole edes suoraa reittiä vaan vahvin signaalikin tulee haijastuman kautta.
Monitie-eteneminen aiheuttaa myös häiriötä signaalissa.
Häipyminen (fading)
kanavan häipymismallit
Nopea/Hidas häipymä
Flat/selective fading
Flat fading
Selective fading
Rayleigh häipymä
Rayleigh häipymä saadaan mikäli
Rayleigh edustaa ns. pahinta mahdollista tapausta
Soveltuu hyvin ulkotiloihin
Nopea häipymä voi kuitenkin olla Rayleighiakin suurempi.
Rician häipymä
Kanavan häipymätyypin määrittely