Instrukcja do laboratorium z Technologii Informacyjnej

Ćwiczenie 2

Technologie bezprzewodowej transmisji

WLAN & Bluetooth

T e c h n o l o g i e b e z p r z e w o d o w e j t r a n s m i s j i W L A N & B l u e t o o t h

1 . C e l ć w i c z e n i a

Przedmiotem ćwiczenia jest przedstawienie wybranych zagadnień dotyczących transmisji informacji
z wykorzystaniem technologii radiowych. Przykładowo porównane zostaną standardy transmisji
bezprzewodowej Bluetooth i WLAN802.11 oraz przeprowadzone pomiary charakterystyk widmowych
punktów dostępowych do sieci WLAN.

2 . Z a g a d n i e n i a p r o p a g a c y j n e w k a n a l e r a d i o w y m

*

W przypadku transmisji radiowej jako medium transmisyjne traktuje się wolną przestrzeń pomiędzy
antenami nadajnika i odbiornika. System łączności radiowej wykorzystuje fale elektromagnetyczne do
transmisji informacji, a jak wiadomo fale elektromagnetyczne propagując między antenami nadajnika
i odbiornika ulegają tłumieniu, zależnemu od częstotliwości fali, odległości między antenami oraz
konfiguracji środowiska propagacyjnego (typów i rozmieszczenia obiektów otoczenia, lokalizacji
i wysokości anten). Dodatkowo ze względu na ruch urządzeń odbiorczych względem nadajnika pojawia
się efekt Dopplera (przesunięcia widma odbieranego sygnału w.cz.).

Przeanalizujmy na początek problem wielodrogowości w przekazywaniu informacji drogą radiową.
W tym celu należy uruchomić skrypt multipath2.m (program pozwala na analizę efektów tłumienia
i zaników selektywnych sygnału wskutek dwudrogowości). Model symulacyjny przygotowano dla
modelowego przypadku jak na rysunku 1.

Rys.1. Geometria rozmieszczenia anteny nadawczej i odbiorczej. (h

t

, h

r

– wysokości zawieszenia

anteny nadawczej i odbiorczej, d – odległość między masztami antenowymi)

Względny spadek mocy sygnału radiowego docierającego do odbiornika po ścieżce
bezpośredniej określa zależność:

2

4

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

d

G

G

P

P

r

t

t

r

π

λ

( 1 )

W zależności (1) G

r

i G

t

oznaczają zyski anteny odbiorczej i nadawczej, λ - długość fali

radiowej a d odległość między antenami. Moc sygnału radiowego docierającego do
odbiornika po L odbitych ścieżkach wyraża się zależnością:

2

1

0

∑

=

=

L

i

j

i

i

r

i

e

d

a

P

P

ϕ

( 2 )

przy czym: a

i

, d

i

oraz φ

i

oznaczają kolejno: wypadkowy współczynnik odbicia, długość

ścieżki i fazę sygnału docierającego do odbiornika po i-tej ścieżce.

T e c h n o l o g i a I n f o r m a c y j n a

K a t e d r a E l e k t r o n i k i A G H

2

T e c h n o l o g i e b e z p r z e w o d o w e j t r a n s m i s j i W L A N & B l u e t o o t h

(

Uruchomić skrypt multipath2.m. Wprowadzić następujące dane:

a) h

1

=100m, h

2

=3m, G

r

=G

t

=1.6, f

1

=100MHz, f

2

=2.4GHz, f

3

=11GHz, 0<d<1000 m

b)

h

1

= 5 0 m , h

2

= 3 m , G

r

= G

t

= 4 , f

1

= 2 0 0 M H z , f

2

= 3 . 6 G H z , f

3

= 5 G H z , 0 < d < 1 0 0 0 m

Przedstaw w sprawozdaniu:

(

wyniki symulacji,

(

wyjaśnienie pojęcia zaniku płaskiego i selektywnego,

(

odpowiedź na pytanie dlaczego wprowadzane są do użytku systemy wieloantenowe (MIMO)
np. w technologii WLAN punkty dostępowe i karty sieciowe posiadają więcej niż jedną antenę.

3 . E l e m e n t y t o r u r a d i o w e g o – a n t e n y r a d i o k o m u n i k a c y j n e

(

Podstawowym elementem toru radiowego jest antena. Różnorodność konstrukcji anten jest ogromna
a dokładny opis najczęściej stosowanych rozwiązań można znaleźć w [4]. Przedmiotem analizy będą
parametry techniczne prostej anteny radiokomunikacyjnej w programie EzNec4.0
Uruchomić program EzNec4 i otworzyć plik o nazwie Unipol1500.EZ. Przeprowadzić analizę
charakterystyki promieniowania i zysku kierunkowego (opcja

FF Plot

), współczynnika SWR (opcja

SWR

) oraz rezystancji wejściowej anteny (można odczytać z danych podanych poniżej wykresu SWR).

Analizy przeprowadzić w przypadku, gdy antena jest umieszczona w wolnej przestrzeni oraz nad
poziomem gruntu (opcja

Ground Type

)

Przedstaw w sprawozdaniu:

(

wyniki symulacji charakterystyki promieniowania, rezystancji wejściowej anteny i współczynnika SWR,

(

jaki wpływ ma na parametry umieszczenie anteny w wolnej przestrzeni i nad powierzchnią przewodzącą,

(

wyjaśnienie jak zysk anteny wpływa na zasięg transmisji.

4 . M o d e l s y m u l a c y j n y d l a s t a n d a r d u B l u e t o o t h

*

Standard Bluetooth został opracowany w Szwecji w 1994r. a następnie w 1998r. powołano grupę SIG,
której zadaniem jest promowanie i rozwój tego standardu. W większości państw świata urządzenia
Bluetooth pracują w zakresie częstotliwości 2400 do 2483,5 MHz z pasmami ochronnymi od dołu 2MHz
i od góry 3,5MHz. Pojedynczy kanał radiowy zajmuje 1MHz a zastosowana technika modulacji sygnału
to GMSK (binarna modulacja częstotliwości z gaussowskim kształtowaniem impulsu). Minimalizacja
zakłóceń pochodzących od innych urządzeń wykorzystujących również pasmo ISM-2,4GHz oraz
ograniczenie możliwości podsłuchu zrealizowano poprzez technikę rozpraszania widma metodą FH
(przeskoki nośnej następują 1600 razy na sekundę).

(

Przeprowadzić symulację transmisji w standardzie Bluetooth (plik: bluetooth_full_duplex.mdl)

T e c h n o l o g i a I n f o r m a c y j n a

K a t e d r a E l e k t r o n i k i A G H

3

T e c h n o l o g i e b e z p r z e w o d o w e j t r a n s m i s j i W L A N & B l u e t o o t h

Rys.2. Model symulacyjny dla transmisji w standardzie Bluetooth

(dostępny pod adresem

www.mathworks.com

)

Przedstaw w sprawozdaniu:

(

charakterystyki czasowe i widmowe wraz z komentarzem,

(

Zestawić łączność z wykorzystaniem modułów bluetooth oraz słuchawki bezprzewodowej Motorola.
W tym celu zainstalować oprogramowanie oraz skonfigurować parametry łączności. Zademonstrować
transmisje strumienia audio do słuchawki.

5 . M o d e l s y m u l a c y j n y W L A N

*

W systemach komputerowych transmisja informacji może odbywać się z wykorzystaniem medium
przewodowego (kable symetryczne tzw. skrętki, kable światłowodowe) oraz bezprzewodowego.
Najpopularniejszym obecnie standardem sieci bezprzewodowych WLAN jest IEEE802.11

(

Uruchomić plik symulacyjny IEEE80211a.mdl

a) Jaki wpływ na szybkość transmisji ma poziom zakłóceń w kanale radiowym?

b)

Ja

k wpływ ma poziom

przesunięcie Dopplera i wartość SNR w kanale radiowym na

poziom

błędów PER (pakietowa stopa błędów) ?

c) Zaobserwuj w jaki sposób adaptacyjnie zwiększana jest szybkość transmisji.

T e c h n o l o g i a I n f o r m a c y j n a

K a t e d r a E l e k t r o n i k i A G H

4

T e c h n o l o g i e b e z p r z e w o d o w e j t r a n s m i s j i W L A N & B l u e t o o t h

Rys.3. Model symulacyjny dla transmisji w standardzie WLAN – IEEE802.11

(dostępny pod adresem

www.mathworks.com

)

Przedstaw w sprawozdaniu:

(

krótkie opis modelu symulacyjnego,

(

wyniki przeprowadzonych analiz wraz z komentarzem,

6 . P o m i a r y p a r a m e t r ó w w i d m o w y c h A c c e s s P o i n t a

(

Zestawić z pomocą prowadzącego zajęcia układ pomiarowy do pomiaru poziomu mocy sygnału
radiowego. Zarejestrować sygnał radiowy punktu dostępowego WLAN, który znajduję się
w laboratorium.

Przedstaw w sprawozdaniu:

(

wyniki pomiarów widma sygnału,

(

komentarz do uzyskanych wyników.

L i t e r a t u r a :
[1] Haykin „Systemy telekomunikacyjne”, WKŁ, 1998
[2] H. Bogucka „Analiza i projektowanie układów telekomunikacyjnych z wykorzystaniem pakietu
MATLAB-SIMULINK”, Wyd. Politechniki Poznańskiej, 1999
[3] B. Mrozek, „Matlab 6 – poradnik użytkownika”, Wydawnictwo PLJ, 2001
[4] J.Szóstka „Fale i anteny”, WKŁ, 2000
[5]

www.bluetooth.org

T e c h n o l o g i a I n f o r m a c y j n a

K a t e d r a E l e k t r o n i k i A G H

5