Sieci Bezprzewodowe

Sieci Bezprzewodowe

Wykład: 30 godzin

Wykład: 30 godzin

Laboratorium: 15 godzin

Laboratorium: 15 godzin

Egzamin

Egzamin

[e-mail]

[e-mail]

Program wykładu

Program wykładu



Łącze radiowe

Łącze radiowe



Zakresy fal radiowych

Zakresy fal radiowych



Anteny

Anteny



Modulacje analogowe i cyfrowe

Modulacje analogowe i cyfrowe



Techniki rozpraszania widma

Techniki rozpraszania widma



Modemy radiowe

Modemy radiowe



Multipleksacja

Multipleksacja



Metody korekcji błędów

Metody korekcji błędów

Program wykładu

Program wykładu



Planowanie częstotliwości

Planowanie częstotliwości



Metody dostępu do kanału radiowego

Metody dostępu do kanału radiowego



Bezprzewodowe systemy transmisji danych

Bezprzewodowe systemy transmisji danych



Sieci bezprzewodowe dla zastosowań

Sieci bezprzewodowe dla zastosowań

domowych

domowych



Bezprzewodowe sieci osobiste

Bezprzewodowe sieci osobiste



Lokalne bezprzewodowe sieci komputerowe

Lokalne bezprzewodowe sieci komputerowe



Miejskie sieci bezprzewodowe

Miejskie sieci bezprzewodowe



Bezprzewodowe sieci rozległe

Bezprzewodowe sieci rozległe

Program wykładu

Program wykładu



Systemy dostępowe

Systemy dostępowe



Systemy komórkowe

Systemy komórkowe



Systemy trankingowe

Systemy trankingowe



Systemy satelitarne

Systemy satelitarne



Systemy rozgłoszeniowe

Systemy rozgłoszeniowe



Rola poszczególnych warstw modelu

Rola poszczególnych warstw modelu

OSI/ISO w bezprzewodowych sieciach

OSI/ISO w bezprzewodowych sieciach

transmisji danych

transmisji danych

Co to jest sieć

Co to jest sieć

bezprzewodowa?

bezprzewodowa?

Krótko mówiąc: jest to sieć, w której

Krótko mówiąc: jest to sieć, w której

połączenia

połączenia

między urządzeniami sieciowymi

między urządzeniami sieciowymi

zrealizowano bez

zrealizowano bez

użycia przewodów (np. kabli symetrycznych

użycia przewodów (np. kabli symetrycznych

lub

lub

koncentrycznych, czy światłowodów)

koncentrycznych, czy światłowodów)

Przyczyny stosowania sieci

Przyczyny stosowania sieci

bezprzewodowych

bezprzewodowych



wygoda użytkowania,

wygoda użytkowania,



elastyczność konfiguracji,

elastyczność konfiguracji,



eliminacja konieczności okablowania,

eliminacja konieczności okablowania,



eliminacja problemu zgodności wtyczek,

eliminacja problemu zgodności wtyczek,



mobilność stacji (urządzenia przenośne),

mobilność stacji (urządzenia przenośne),



względy techniczne (duże odległości, duże

względy techniczne (duże odległości, duże

zagęszczenie urządzeń),

zagęszczenie urządzeń),



transmisja prowadzona sporadycznie,

transmisja prowadzona sporadycznie,



mała ilość danych do przesłania.

mała ilość danych do przesłania.

Wady:

Wady:



niższe osiągane prędkości transmisji,

niższe osiągane prędkości transmisji,



wrażliwość na zakłócenia

wrażliwość na zakłócenia

elektromagnetyczne (współdzielenie

elektromagnetyczne (współdzielenie

pasma między sieci 802.11, Bluetooth czy

pasma między sieci 802.11, Bluetooth czy

kuchenki mikrofalowe

kuchenki mikrofalowe





),

),



niższe bezpieczeństwo (łatwiejszy

niższe bezpieczeństwo (łatwiejszy

podsłuch czy nieuprawniony dostęp do

podsłuch czy nieuprawniony dostęp do

medium),

medium),



większe zużycie energii.

większe zużycie energii.

Pionierzy sieci

Pionierzy sieci

bezprzwodowych

bezprzwodowych

James Clark Maxwell (1831-1879)

James Clark Maxwell (1831-1879)

w oparcie o rezultaty badań Gauss’a,

w oparcie o rezultaty badań Gauss’a,

Faraday’a i Ampere’a sformułował

Faraday’a i Ampere’a sformułował

jednolitą teorię elektromagnetyzmu i

jednolitą teorię elektromagnetyzmu i

przewidział teoretycznie istnienie fal

przewidział teoretycznie istnienie fal

elektromagnetycznych

elektromagnetycznych

Heinrich Rudolf Hertz

Heinrich Rudolf Hertz

(1857-1894)

(1857-1894)

zademonstrował

zademonstrował

doświadczalnie istnienie

doświadczalnie istnienie

fal radiowych

fal radiowych

Pionierzy sieci

Pionierzy sieci

bezprzwodowych

bezprzwodowych

Guglielmo Marconi (1874-1937)

Guglielmo Marconi (1874-1937)

pokazał możliwość

pokazał możliwość

wykorzystania

wykorzystania

fal radiowych w telekomunikacji

fal radiowych w telekomunikacji

Pierwszy odbiornika

Pierwszy odbiornika

radiowy

radiowy

A. S. Popow, 1895,

A. S. Popow, 1895,

Pierwszy przekaźnik radiowy 1.7 GHz,

Pierwszy przekaźnik radiowy 1.7 GHz,

po obu stronach kanału La Manche,

po obu stronach kanału La Manche,

1931

1931

Telekomunikacja

Telekomunikacja

bezprzewodowa - główne daty

bezprzewodowa - główne daty

historyczne

historyczne



koniec XIX wieku – pierwsza transmisja

koniec XIX wieku – pierwsza transmisja

bezprzewodowa,

bezprzewodowa,



początek XX wieku – rozwój radia,

początek XX wieku – rozwój radia,



lata II Wojny Światowej – rozwój techniki radarowej,

lata II Wojny Światowej – rozwój techniki radarowej,



lata powojenne – rozwój telewizji czarno-białej i

lata powojenne – rozwój telewizji czarno-białej i

kolorowej,

kolorowej,



1953 – początek komunikacji satelitarnej,

1953 – początek komunikacji satelitarnej,



przełom lat 70 i 80 XX wieku – telefonia komórkowa

przełom lat 70 i 80 XX wieku – telefonia komórkowa

analogowa,

analogowa,



lata 90 i późniejsze – telefonia komórkowa cyfrowa

lata 90 i późniejsze – telefonia komórkowa cyfrowa

GSM, UMTS,

GSM, UMTS,



początek XXI wieku – bezprzewodowa komunikacja

początek XXI wieku – bezprzewodowa komunikacja

ruchoma.

ruchoma.

Łącze radiowe

Łącze radiowe

Łącze radiowe

Łącze radiowe

- zastaw urządzeń i medium

- zastaw urządzeń i medium

propagacyjne niezbędnych do realizacji transmisji

propagacyjne niezbędnych do realizacji transmisji

informacji

informacji

Widmo fal

Widmo fal

elektromagnetycznych

elektromagnetycznych

Dekadowy podział fal

Dekadowy podział fal

radiowych

radiowych

wprowadzony przez CCIR

wprowadzony przez CCIR

Nazwa fal

Oznaczenie

Długość fal

Częstotliwoś

ć

Myriametrow
e

VLF

10 - 100 km

3 - 30 kHz

Kilometrowe

LF

1 - 10 km

30 - 300 kHz

Hektometrow
e

MF

100 - 1000

m

300 - 3000

kHz

Dekametrowe

HF

10 - 100 m

3 – 30 MHz

Metrowe

VHF

1 - 10 m

30 – 300

MHz

Decymetrowe

UHF

10 – 100 cm

300 –

3000MHz

Centymetrow
e

SHF

1 – 10 cm

3 – 30 GHz

Milimetrowe

EHF

1 – 10 mm

30 – 300

GHz

Decymilimetr
owe

-

0,1 – 1 mm

300 – 3000

GHz

Tradycyjny podział fal

Tradycyjny podział fal

radiowych

radiowych

Nazwa fali

Długość fali

Częstotliwość

Bardzo długie

≥ 20km

≤ 15kHz

Długie

3 - 20 km

15 - 100kHz

Średnie

200 - 3000 m

100 - 1500kHz

Pośrednie

100 - 200m

1,5 - 3Mhz

Krótkie

10 – 100 m

3 - 30Mhz

Ultrakrótkie

1 – 10 m

30 - 300Mhz

Mikrofale

≤ 1m

≥ 300 Mhz

Wykorzystanie fal

Wykorzystanie fal

w transmisji danych

w transmisji danych



Najczęściej do transmisji stosowane fale z

Najczęściej do transmisji stosowane fale z

zakresów VHF, UHF rzadziej SHF

zakresów VHF, UHF rzadziej SHF



Możliwe uzyskanie jest prędkości transmisji od

Możliwe uzyskanie jest prędkości transmisji od

kilku kbit/s do kilkuset Mbit/s

kilku kbit/s do kilkuset Mbit/s



Fale z zakresów LF i MF charakteryzują się bardzo

Fale z zakresów LF i MF charakteryzują się bardzo

dużymi zasięgami transmisji lecz małą szybkością

dużymi zasięgami transmisji lecz małą szybkością

transmisji

transmisji

Przydzielone częstotliwości

Przydzielone częstotliwości

pracy

pracy



pasma ISM (Industrial, Scientific and Medical)

pasma ISM (Industrial, Scientific and Medical)

– UHF ISM 902 – 928 MHz,

– UHF ISM 902 – 928 MHz,

– S-Band ISM 2,4 – 2,4835 GHz,

– S-Band ISM 2,4 – 2,4835 GHz,

– C-Band ISM 5,725 – 5,835 GHz

– C-Band ISM 5,725 – 5,835 GHz



dla sieci lokalnych:

dla sieci lokalnych:

– 2,4 – 2,4835 GHz, max 100 mW,

– 2,4 – 2,4835 GHz, max 100 mW,

– 5,15 – 5,35 GHz, max 200 mW,

– 5,15 – 5,35 GHz, max 200 mW,

– 5,47 – 5,725 GHz, max 1 W,

– 5,47 – 5,725 GHz, max 1 W,

– 17,1 – 17,3 GHz, max 100 mW,

– 17,1 – 17,3 GHz, max 100 mW,



podczerwień – brak ograniczeń prawnych.

podczerwień – brak ograniczeń prawnych.

Propagacja fal radiowych

Propagacja fal radiowych

Podstawowe zjawiska:

Podstawowe zjawiska:



propagacja - rozprzestrzenianie się fal,

propagacja - rozprzestrzenianie się fal,



refrakcja - zmiana kierunku fali na granicy

refrakcja - zmiana kierunku fali na granicy

ośrodków,

ośrodków,



dyfrakcja - ugięcie się fali na krawędzi przeszkód,

dyfrakcja - ugięcie się fali na krawędzi przeszkód,



absorpcja - pochłanianie fali,

absorpcja - pochłanianie fali,



dyspersja - zmiana szybkości fal o różnych

dyspersja - zmiana szybkości fal o różnych

częstotliwościach.

częstotliwościach.

Typy fal radiowych ze

Typy fal radiowych ze

względu na drogę

względu na drogę

propagacji

propagacji



Fale przyziemne - rozchodzą się w bliskości ziemi,

Fale przyziemne - rozchodzą się w bliskości ziemi,

do kilku tysięcy km (VLF, LF).

do kilku tysięcy km (VLF, LF).

Fala przyziemna może rozchodzić się jako:

Fala przyziemna może rozchodzić się jako:

•

fala powierzchniowa - rozchodzi się wzdłuż

fala powierzchniowa - rozchodzi się wzdłuż

powierzchni ziemi,

powierzchni ziemi,

•

fala przestrzenna – może mieć dwie składowe

fala przestrzenna – może mieć dwie składowe

bezpośrednią i odbitą.

bezpośrednią i odbitą.



Fale troposferyczne - docierają do odbiornika

Fale troposferyczne - docierają do odbiornika

wskutek zjawiska refrakcji w troposferze.

wskutek zjawiska refrakcji w troposferze.



Fale jonosferyczne - docierają do odbiornika po

Fale jonosferyczne - docierają do odbiornika po

odbiciu od dolnej warstwy jonosfery.

odbiciu od dolnej warstwy jonosfery.

Wpływ powierzchni Ziemi na

Wpływ powierzchni Ziemi na

propagację fal radiowych

propagację fal radiowych



odbicie fal radiowych od powierzchni Ziemi

odbicie fal radiowych od powierzchni Ziemi

(szczególnie dla fal krótkich i ultrakrótkich),

(szczególnie dla fal krótkich i ultrakrótkich),



tłumienie fal wnikających w powierzchniowe

tłumienie fal wnikających w powierzchniowe

warstwy Ziemi,

warstwy Ziemi,



interferencja fali bezpośredniej i odbitej,

interferencja fali bezpośredniej i odbitej,



skokowe zmiany natężenia pola EM na granicy

skokowe zmiany natężenia pola EM na granicy

ośrodków o różnych parametrach elektrycznych,

ośrodków o różnych parametrach elektrycznych,



refrakcja brzegowa (zmiana kierunku propagacji

refrakcja brzegowa (zmiana kierunku propagacji

fal), zachodząca na brzegu morza,

fal), zachodząca na brzegu morza,

Wpływ powierzchni Ziemi na

Wpływ powierzchni Ziemi na

propagację fal radiowych

propagację fal radiowych



rozproszenie fal wskutek odbić od pofałdowanej

rozproszenie fal wskutek odbić od pofałdowanej

powierzchni Ziemi,

powierzchni Ziemi,



dyfrakcja fal na krawędzi przeszkód terenowych.

dyfrakcja fal na krawędzi przeszkód terenowych.

Praktyczny zasięg fali przyziemnej wynosi:

Praktyczny zasięg fali przyziemnej wynosi:



dla zakresów VLF i LF - do kilku tysięcy

dla zakresów VLF i LF - do kilku tysięcy

kilometrów ,

kilometrów ,



dla zakresu MF - do kilkuset kilometrów,

dla zakresu MF - do kilkuset kilometrów,



dla zakresu HF - do kilkudziesięciu kilometrów.

dla zakresu HF - do kilkudziesięciu kilometrów.

Wpływ troposfery na

Wpływ troposfery na

propagację fal radiowych

propagację fal radiowych



Refrakcja fal radiowych polegająca na zmianie

Refrakcja fal radiowych polegająca na zmianie

kierunku propagacji fal wskutek zmian

kierunku propagacji fal wskutek zmian

przenikalności elektrycznej wraz z wysokością,

przenikalności elektrycznej wraz z wysokością,



rozpraszanie fal radiowych, spowodowane

rozpraszanie fal radiowych, spowodowane

chaotycznymi ruchami mas powietrza w

chaotycznymi ruchami mas powietrza w

troposferze (umożliwia dalekosiężną

troposferze (umożliwia dalekosiężną

komunikację na falach ultrakrótkich),

komunikację na falach ultrakrótkich),



tłumienie fal krótszych od 10 cm, powodowane

tłumienie fal krótszych od 10 cm, powodowane

opadami atmosferycznymi i absorpcją

opadami atmosferycznymi i absorpcją

molekularną,

molekularną,

Wpływ jonosfery na

Wpływ jonosfery na

propagację fal radiowych

propagację fal radiowych



tłumienie fal z zakresu bliskiego falom

tłumienie fal z zakresu bliskiego falom

optycznym, powodowane także rozpraszaniem na

optycznym, powodowane także rozpraszaniem na

cząsteczkach i tłumieniem w cząsteczkach

cząsteczkach i tłumieniem w cząsteczkach

twardych.

twardych.



załamanie fal, powodujące powrót fal na Ziemię,

załamanie fal, powodujące powrót fal na Ziemię,



dyspersja, powodująca różnice w szybkości fal o

dyspersja, powodująca różnice w szybkości fal o

różnych częstotliwościach,

różnych częstotliwościach,



absorpcja, spowodowana zderzeniami elektronów

absorpcja, spowodowana zderzeniami elektronów

z cząsteczkami gazów i jonami, połączona

z cząsteczkami gazów i jonami, połączona

niejednokrotnie ze zjawiskiem refrakcji.

niejednokrotnie ze zjawiskiem refrakcji.

Propagacja fal długich,

Propagacja fal długich,

średnich oraz krótkich

średnich oraz krótkich



Powierzchnia Ziemi to ekran przewodnościowy nad

Powierzchnia Ziemi to ekran przewodnościowy nad

którym fale propagują - nieznaczne tłumienie i

którym fale propagują - nieznaczne tłumienie i

silna dyfrakcja.

silna dyfrakcja.



Załamanie od jonosfery - najczęściej stosowane -

Załamanie od jonosfery - najczęściej stosowane -

mniejsze tłumienie i pochłanianie, większa moc

mniejsze tłumienie i pochłanianie, większa moc

przy większych odległościach.

przy większych odległościach.



Bardzo duże anteny nadawcze

Bardzo duże anteny nadawcze



Fale radiowe bardzo długie przenikają górne

Fale radiowe bardzo długie przenikają górne

warstwy morza (łączność z zanurzonymi okrętami

warstwy morza (łączność z zanurzonymi okrętami

podwodnymi)

podwodnymi)

Propagacja fal ultrakrótkich

Propagacja fal ultrakrótkich



Fale ultrakrótkie - propagują przez:

Fale ultrakrótkie - propagują przez:

- refrakcję w troposferze,

- refrakcję w troposferze,

- odbicie od powierzchni Ziemi,

- odbicie od powierzchni Ziemi,

- dyfrakcję fal wokół powierzchni Ziemi,

- dyfrakcję fal wokół powierzchni Ziemi,

- rozpraszanie fal w jonosferze i troposferze.

- rozpraszanie fal w jonosferze i troposferze.



Wykorzystywane przez systemy telewizyjne,

Wykorzystywane przez systemy telewizyjne,

radiofonii wysokiej jakości, systemy

radiofonii wysokiej jakości, systemy

nawigacyjne, radiolokacyjne

nawigacyjne, radiolokacyjne

Propagacja mikrofal

Propagacja mikrofal



Propagacja podobna do promieni świetlnych

Propagacja podobna do promieni świetlnych



Przy dużych odległościach (do 900km) –

Przy dużych odległościach (do 900km) –

propagacja przez rozpraszanie troposferyczne

propagacja przez rozpraszanie troposferyczne

(do wys.18km) (wymaga dużej mocy nadajników)

(do wys.18km) (wymaga dużej mocy nadajników)



W sieciach mobilnych występuje zjawisko

W sieciach mobilnych występuje zjawisko

Dopplera (przesunięcie częstotliwości fali nośnej)

Dopplera (przesunięcie częstotliwości fali nośnej)



Wykorzystywane są w radiowych sieciach

Wykorzystywane są w radiowych sieciach

lokalnych oraz w systemach telefonii komórkowej

lokalnych oraz w systemach telefonii komórkowej

Propagacja fal z zakresu

Propagacja fal z zakresu

promieni podczerwonych

promieni podczerwonych

Promienie podczerwone - promieniowanie EM z zakresu

Promienie podczerwone - promieniowanie EM z zakresu

fal λ=0,75µm-1mm

fal λ=0,75µm-1mm



Propagacja podobna do fal świetlnych,

Propagacja podobna do fal świetlnych,



możliwość dokładnego skierowania wiązki na

możliwość dokładnego skierowania wiązki na

odbiornik (umożliwia wiele transmisji w tym samym

odbiornik (umożliwia wiele transmisji w tym samym

obszarze),

obszarze),



standardowa prędkość transmisji to 115kbit/s,

standardowa prędkość transmisji to 115kbit/s,



silna absorpcja przez parę, dwutlenek węgla,

silna absorpcja przez parę, dwutlenek węgla,

rozpraszanie się na cząsteczkach kurzu,

rozpraszanie się na cząsteczkach kurzu,



zasięg łączności zależny głównie od tłumienności

zasięg łączności zależny głównie od tłumienności

ośrodka.

ośrodka.

Anteny - parametry

Anteny - parametry

Antena

Antena

– urządzenie zamieniające fale EM na sygnał

– urządzenie zamieniające fale EM na sygnał

elektryczny i odwrotnie. Jest niezbędnym elementem

elektryczny i odwrotnie. Jest niezbędnym elementem

składowym każdego systemu radiokomunikacji.

składowym każdego systemu radiokomunikacji.

Najważniejsze parametry:

Najważniejsze parametry:



Charakterystyka promieniowania

Charakterystyka promieniowania

określa wartość

określa wartość

natężenia pola elektrycznego wokół anteny, w tej

natężenia pola elektrycznego wokół anteny, w tej

samej odległości r od anteny, w różnych kierunkach

samej odległości r od anteny, w różnych kierunkach

promieniowania, a więc podaje rozkład natężenia

promieniowania, a więc podaje rozkład natężenia

pola na powierzchni kuli otaczającej antenę.

pola na powierzchni kuli otaczającej antenę.

Anteny - parametry

Anteny - parametry



Zysk kierunkowy

Zysk kierunkowy

D

D

(nazywany również

(nazywany również

zyskiem anteny) określa właściwości

zyskiem anteny) określa właściwości

kierunkowe anteny w stosunku do anteny

kierunkowe anteny w stosunku do anteny

wzorcowej (np. izotropowej, tzn. promieniującej

wzorcowej (np. izotropowej, tzn. promieniującej

we wszystkich kierunkach jednakowo)

we wszystkich kierunkach jednakowo)



Szerokość pasma przenoszenia

Szerokość pasma przenoszenia

anteny

anteny

określa przedział częstotliwości promieniowania

określa przedział częstotliwości promieniowania

dla określony dla 3-decybelowego spadku.

dla określony dla 3-decybelowego spadku.



Impedancja anteny

Impedancja anteny

ma znaczenie przy

ma znaczenie przy

dopasowaniu anteny do linii zasilającej.

dopasowaniu anteny do linii zasilającej.

Anteny dookólne

Anteny dookólne

Antena dookólna

Antena dookólna

nadaje

nadaje

Z taką samą mocą

Z taką samą mocą

we

we

wszystkich

wszystkich

kierunkach

kierunkach

jednocześnie.

jednocześnie.

Charakterystyka anten

Charakterystyka anten

dookólnych

dookólnych

pozioma

pionowa

Anteny kierunkowe

Anteny kierunkowe

Sygnał anteny

Sygnał anteny

kierunkowej

kierunkowej

jest skupiony i zarazem

jest skupiony i zarazem

wzmocniony w jednym

wzmocniony w jednym

kierunku.

kierunku.

Charakterystyka anten

Charakterystyka anten

kierunkowych

kierunkowych

pozioma

pionowa