Μάθημα Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες

Μάθημα Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες Βασικά στοιχεία του Τηλεπικοινωνιακού καναλιού Μάθημα 5ο 6o ΕΘΝΙΚΟ & ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τομέας Επικοινωνιών και Επεξεργασίας Σήματος 1 Τμήμα Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών

Περιεχόμενα Γενικά χαρακτηριστικά του καναλιού Φυσικά μέσα μετάδοσης Ενσύρματα μέσα Μετάδοσης Δισύρματες γραμμές Οπτικές ίνες Ασύρματα Μέσα Μετάδοσης 2

Σύστημα Επικοινωνιών Πληροφορία Πομπός Κανάλι Δέκτης Μήνυμα Σήμα Επικοινωνιακό Σύστημα Πηγή πληροφορίας Θόρυβος Προορισμός 3

Κανάλι Μετάδοσης Μέσο μετάδοσης μεταδίδει το σήμα Αποθηκεύει το σήμα ( μαγνητικός δίσκος, οπτικός δίσκος, κλπ) Παραδείγματα Ενσύρματα μέσα: οπτικές ίνες (optical fiber), ομοαξονικό καλώδιο (coaxial cable), κυματοδηγοί (waveguides) Ασύρματα μέσα: αέρας, διάστημα 4

Κανάλι Μετάδοσης ως Φυσικο μεσο Μέσο μετάδοσης (transmission medium) είναι ο φορέας που μεταδίδει το σήμα Ή αποθηκεύει το σήμα π.χ. CD, οπτικός δίσκος, κλπ Παραδείγματα Ενσύρματα μέσα: τηλεφωνικά καλώδια (telephone cables) για μετάδοση της φωνής ομοαξονικό καλώδιο (coaxial cable) οπτικές ίνες (optical fiber) για μετάδοση δεδομένων κάθε μορφής -> είδος σήματος: παλμοί φωτός (η παρουσία παλμού υποδηλώνει το δυαδικό 1 και η απουσία παλμού το δυαδικό 1 ) κυματοδηγοί (waveguides) Ασύρματα μέσα (wireless): αέρας (μετάδοση ηχητικών κυμάτων) ατμόσφαιρα της γης και το διάστημα (μετάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων) 5

Το τηλεπικοινωνιακό κανάλι Χαρακτηριστικά Αναλογικό - δυαδικό (συμμετρικό) - ψηφιακό κανάλι Το AWGN κανάλι (Additive Gaussian Noise Channel) Εύρος ζώνης Χωρητικότητα Για να χρησιμοποιηθει το κανα λι πρε πει Κωδικοποίηση καναλιού (Coding Theorem) ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ 6

Τύποι τηλεπικοινωνιακού καναλιού 7 Γραμμικό - μή γραμμικό Χρονικά αμετάβλητο ή μη Αθόρυβο ενθόρυβο Με μνήμη χωρίς μνήμη Βασικής ζώνης (baseband)- διέλευσης ζώνης Wideband Narrowband Αναλογικό -Ψηφιακό Το φάσμα συμπεριλαμβάνει την f=0 f /BW<<1, όπου f η κεντρική συχνότητα και BW το διαθέσιμο εύρος ζώνης του καναλιού

Χαρακτηριστικά Καναλιού ΙΙ Η χωρητικότητά (capacity) του μέσου μετάδοσης για ψηφιακά συστήματα ορίζεται ως ο μέγιστος ρυθμός με τον οποίο μπορούμε να στείλουμε ή να πάρουμε δεδομένα, χωρίς να προκύψουν σφάλματα κατά τη διάρκεια της μετάδοσης Μονάδα μέτρησης: bits ανά δευτερόλεπτο - bits per second (bps) Μέσα μετάδοσης στενής ζώνης (narrowband): 45-600 bps. Μέσα μετάδοσης βασικής ζώνης (baseband): 1200-33600 bps. Μέσα μετάδοσης ευρείας ζώνης (broadband): > 1.5 Mbps. 8

Θόρυβος Καναλιού Ανεπιθύμητη και απρόβλεπτη παρεμβολή ηλεκτρικής ή ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας από τεχνητές ή φυσικές πηγές Εξωτερικές πηγές -> εξωτερικός θόρυβος (external noise) Από άλλο σύστημα επικοινωνίας (κεραίες, radar) Από φυσικές πηγές και ατμοσφαιρικά φαινόμενα Φως, ακτινοβολία, κεραυνοί Από το ίδιο το μέσο μετάδοσης -> εσωτερικός θόρυβος (internal noise) ο θερμικός θόρυβος: προκαλείται από τις συγκρούσεις των ηλεκτρονίων του μέσου μετάδοσης ο θόρυβος ενδοδιαμόρφωσης: οφείλεται στη συνύπαρξη σημάτων διαφορετικών συχνοτήτων που μοιράζονται το ίδιο μέσο μετάδοσης η συνακρόαση (cross-talk): προκαλείται όταν δύο ξένα μεταξύ τους σήματα, συζευχθούν για κάποιο λόγο Αλλοιώνει την ποιότητα του σήματος και προκαλεί παραμόρφωση Πρόβλημα στην σωστή αναγνώριση του μηνύματος από τον δέκτη (Π.χ. θόρυβος στο ΑΜ ράδιο) Στο ψηφιακό σύστημα το πρόβληματα του θορύβου είναι λιγότερα!! Ο δέκτης αποφασίζει μόνο μεταξύ του 1 και 0 9

Προσθετικός Gaussian θόρυβος S(t) to σήμα πληροφορίας n(t) λευκός Gaussian Θόρυβος Η φασματική πυκνότητα Ν(f) είναι σταθερή 10

Πιθανότητα σφάλματος S(t)=0 με Ρ 0 S(t)=Α με Ρ 1 y(t) = s(t) + n(t) Πιθανότητα σφάλματος P error =P{ 0 is transmitted and y >μ} ή P (1 is transmitted and y < μ} Pr = P 0 p e0 + P 1 p e1 Decision threshold = 11

Αναλογικό - Ψηφιακό κανάλι probability of a transmission error is P 0 p + P 1 p = p. 12

Παραμόρφωση σήματος λόγω διασποράς 13

Επίδραση καναλιού στο φάσμα του σήματος x(t) 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 14 Τα τηλεπικοινωνιακά κανάλια χαρακτηρίζονται και αυτά από μία φασματική απόκριση H(f) η οποία αποτελεί σημαντικό παράγοντα για τις επιδόσεις του τηλεπικοινωνιακού συστήματος. Στην έξοδο του καναλιού το φάσμα του σήματος είναι Y(f)=X(f)H(f) όπου Χ(f) το φάσμα στην είσοδο του καναλιού. Είδαμε πως όσο αυξάνει ο ρυθμός σηματοδοσίας, αυξάνει και το εύρος ζώνης του σήματος. Ένα τηλεπικοινωνιακό κανάλι με στενό H(f) δεν μπορεί να υποστηρίξει υψηλούς ρυθμούς σηματοδοσίας. x(t) X(f) H(f) Y(f)=H(f)X(f) y(t) -3-2 -1 0 1 2 3 t (msec) X(f) x 10-4 10 8 6 4 2 0-5 0 5 f (KHz) H(f) 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0-5 0 5 f (KHz) H(f) x 10-4 10 Y(f) 8 6 4 2 0-5 0 5 f (KHz) x 10-4 1 10 0.8 8 0.6 6 0.4 4 0.2 2 0 0-5 0-5 0 5 f (KHz) f (KHz) 5 Y(f) y(t) y(t) 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0-3 -2-1 0 1 2 3 t (msec) 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0-3 -2-1 0 1 2 3 t (msec) Ένα κανάλι με στενό εύρος ζώνης δεν μπορεί να παρακολουθήσει τις γρήγορες μεταβολές του σήματος

Εύρος ζώνης και Χωρητικότητα 15 Το εύρος ζώνης (bandwidth) του καναλιού ορίζεται ως η διαφορά ανάμεσα στη μέγιστη και στην ελάχιστη συχνότητα, στην οποία η γραμμή μπορεί να μεταδώσει πληροφορίες (σε μονάδες Hz) Κάθε σύστημα έχει ένα πεπερασμένο εύρος ζώνης (finite bandwidth) Η χωρητικότητα (capacity) ενός μέσου μετάδοσης αποτελεί ένα μέτρο της δυνατότητας μεταφοράς δεδομένων από μια γραμμή επικοινωνίας, και ορίζεται ως ο μέγιστος ρυθμός μεταφοράς δεδομένων που υποστηρίζεται από το κανάλι, χωρίς η μετάδοση να χαρακτηρίζεται από την εμφάνιση σφαλμάτων (σε μονάδες bit ανά δευτερόλεπτο ή bps bits per sec). Η χωρητικότητα ενός μέσου μετάδοσης συσχετίζεται με το εύρος ζώνης ένα μέσο μετάδοσης με μεγάλο εύρος ζώνης έχει αντίστοιχα και μεγάλη χωρητικότητα.

Περιορισμός εύρους ζώνης 16 Σε κάθε εφαρμογή υπάρχει πεπερασμένο εύρος ζώνης Τα διάφορα σήματα εκπέμπονται από κατάλληλες πηγές (sources), και χαρακτηρίζονται από συγκεκριμένες τιμές συχνοτήτων Για οικονομικούς λόγους, τα μέσα μετάδοσης είναι σχεδιασμένα να επιτρέπουν τη μετάδοση μόνο εκείνων των σημάτων των οποίων οι συχνότητες ανήκουν σε μια συγκεκριμένη περιοχή ή ζώνη συχνοτήτων. π.χ. στο τηλεφωνικό δίκτυο που ως μέσο μετάδοσης χρησιμοποιεί συνεστραμμένα καλώδια επιτρέπεται η μετάδοση μόνο εκείνων των σημάτων των οποίων η συχνότητα βρίσκεται στο διάστημα 300 Hz έως 3400 Hz. Επομένως το εύρος ζώνης αυτού του μέσου μετάδοσης είναι 3400 Hz 300 Hz = 3100 Hz = 3.1 KHz

Εύρος ζώνης και ανάπτυξη τεχνικών μετάδοσης Οι τεχνικές μετάδοσης αναπτύσσονται έτσι ώστε πληροφορίες να μεταδίδονται αποτελεσματικά σε περιορισμένο εύρος ζώνης Σημαντικες τεχνικες η πολυπλεξια Μεταδοση πολλων σηματων πληροφοριας στο ιδιο μεσο η Διαμόρφωση Σήματος (Modulation) Επιτρέπει τη μεταφορά ενός σήματος σε συγκεκριμένη ζώνη συχνοτήτων π.χ. χρησιμοποιείται στο ΑΜ και FM ραδιόφωνο Κωδικοποιηση καναλιου 17

Shannon s Theorem Noisy channel Θερμικός θόρυβος Κρουστικός θόρυβος Signal-to-Noise Ratio (SNR) Ratio of the signal power S to the noise power S/N Measured in db or decibels 10 log 10 (S/N) 10 10 db, 100 20dB Για θορυβώδες κανάλι εύρους ζώνης Β and SNR = S/N O Max Ρυθμός συμβόλων που μπορεί να μεταδόσει: R s =2B σύμβολα/s Έστω ότι χρησιμοποιώ M σύμβολα και κάθε σύμβολο αναπαριστάνεται με n bits, M= 2 n Όμως: Max data rate = C = Β log 2 (1+S/N) [Νόμος Shannon] Max. data rate = min{βlog 2 (1+S/N), 2B log 2 M} 18

Παραδείγματα Παράδειγμα 1 Σε μια ζεύξη απαιτείται μετάδοση R b = 2.5Gbps. Ποιο είναι ελάχιστο εύρος ζώνης (για NRZ σηματοδοσία) και ποιό το ελάχιστο SΝR σε db ; NRZ σηματοδoσία, άρα M = 2 Required Channel capacity C = 2B log 2 M = 2.5 x 10 9 = 2B x log 2 2, B = 1.25GHz Noisy Channel Capacity C = B log 2 (1+S/N) S/N = 2^(C/B) -1 = 2^2.5/1.25 1 = 3 or 4.77dB Παράδειγμα 2 Σε μια ζεύξη απαιτείται μετάδοση R b = 2.5Gbps με χρήση QPSK. Ποιο είναι ελάχιστο εύρος ζώνης (για NRZ σηματοδοσία) και ποιο το ελάχιστο SΝR σε db ;. QPSK σηματοδοσία, αρα M = 4 Required Channel capacity C = 2B log 2 M, so 2.5 x 10 9 = 2B x log 2 4, B = 625MHz Noisy Channel Capacity C = B log 2 (1+S/N) 19 S/N = 2^(C/B) -1 = 2^2.5/0.625 1 = 15 or 31.6dB

QPSK WAVEFORM A D A B A A D C C A 20

Ψηφιακό κανάλι - Κωδικοποίηση Structured redundancy is added to the message information - to reduce the amount of information per symbol (below capacity) in the form of parity check digits chosen so that bits of the transmitted message are algebraically related Η αλγεβρική σχέση ελέγχεται στο δέκτη: ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΣΦΑΛΜΑΤΟΣ Χρήση έξυπνου κώδικα: ΔΙΟΡΘΩΣΗ ΣΦΑΛΜΑΤΟΣ 21

Πολυπλεξία Για να αξιοποιήσουμε πλήρως το κανάλι είναι απαραίτητη η ταυτόχρονη μετάδοση πολλών σημάτων πληροφορίας μέσα από το ίδιο κανάλι πολυπλεξία Υπαρχουν 3 τροποι πολυπλεξιας Πολυπλεξία στην συχνότητα (FDM Frequency Division Multiplexing). Κάθε σήμα πληροφορίας χρησιμοποιεί διαφορετική ζώνη συχνοτήτων Πολυπλεξία στον χρόνο (TDM Time Division Multiplexing). Κάθε σήμα πληροφορίας καταλαμβάνει διαφορετική χρονοθυρίδα. Πολυπλεξία με κώδικα (CDM Code Division Multiplexing). Κάθε σήμα πληροφορίας διακρίνεται από τα αλλά με ειδικό κώδικα Πολυπλεξία με διαίρεση μήκους κύματος (WDM- Wavelength Division Multiplexing). Μορφή του FDM με εφαρμογή στις οπτικές ίνες. 22

Φυσικά μέσα μετάδοσης Τα φυσικά μέσα με τα οποία υλοποιείται το τηλεπικοινωνιακό κανάλι είναι: Aσύρματα (unguided media): signals propagate freely e.g., radio Eνσύρματα μέσα (guided media): signals propagate in solid media: copper, fiber 23

Σήματα και μέσα μετάδοσης 24 Και στις 3 περιπτώσεις αυτό που μεταφέρεται είναι το ίδιο: ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο! Μετάδοση σήματος με ηλεκτρομαγνητικά κύματα στον αέρα (a) Ραδιόφωνο, TV, κινητή τηλεφωνία ηλεκτρικό ρεύμα σε ομοαξονικό καλώδιο (b) ή σε άλλα καλώδια Δίκτυα Η/Υ όπως Ethernet, cable TV, τηλεφωνική γραμμή σπιτιού Παλμούς φωτός σε οπτικές ίνες (c) γραμμές τηλεφώνου

Διαφορές Μέσων Μετάδοσης Ενσύρματα μέσα Ψηλό κόστος εγκατάστασης και συντήρησης Κόστος αυξάνει ανάλογα με την απόσταση Αναγκαία η χρήση αναμεταδοτών (repeaters) λόγω εξασθένησης του σήματος Ασύρματα μέσα Χαμηλό κόστος εγκατάστασης και συντήρησης Διαχωρισμός σήματος σε πολλαπλές διαδρομές που οφείλεται σε ανάκλαση, διάθλαση κλπ Πιθανή επιρροή έντονων καιρικών φαινομένων (π.χ. καταιγίδων) Επηρεάζονται από βιομηχανικούς θορύβους 25

Ενσύρματη επικοινωνία Αποτελεί τον πιο κοινό τρόπο σύνδεσης Το κανάλι επικοινωνίας είναι ένα φυσικό υλικό μέσο το οποίο είναι καλός αγωγός του μεταδιδόμενου σήματος Καλώδια για μετάδοση ηλεκτρικού ρεύματος Ή όχι... Οπτικές ίνες για μετάδοση παλμών φωτός 26

Κρίσιμα χαρακτηριστικά 27 Εαν το μέσο μετάδοσης ήταν ιδανικό: Receiver receives signal as sent by the sender Ωστόσο το «μέσο» παρουσιάζει: Delay distortion λόγω διασποράς Attenuation Noise Latency Αστάθεια φάσης (Jitter)(<10 o ) Συνεπώς έχει: Μέγιστο Μήκος Ευαισθησία στο θόρυβο Ευκολία χρήσης Ασφάλεια Εύρος Ζώνης: Το μέσο μετάδοσης παρουσιάζει cutoff frequency, (συχνότητα αποκοπής) Phone line has a cutoff frequency near 3000 Hz...

Ενσύρματα μέσα μετάδοσης Δισύρματες γραμμές: δυο μονωμένοι αγωγοί Μικρά μήκη ζεύξεων ΒW: μερικές δεκάδες ΚΗz Ευαισθησία στο θόρυβο Παραδιαφωνία Συνεστραμμένα ζεύγη (TP) Μικρότερη ευαισθησία στο θόρυβο ΒW: μερικές εκατοντάδες ΚΗz (1ΜΗz) Mεγάλη απόσβεση ( f 2 ) Ομάδες-θωρακισμένα καλώδια Eύκολη εγκατάσταση-απομάστευση Category 3 ΤΡ: traditional phone wires, 10 Mbps ethernet Category 5 TP: 100Mbps ethernet 28

Συνεστραμμένα ζεύγη (TP) Εφαρμογές 29

Twisted Pair - Shielded and Unshielded Unshielded Twisted Pair Shielded Twisted Pair (UTP) (STP) ordinary telephone wire includes metal braid or sheathing surrounding cores that reduces interference cheapest media more expensive easiest to install harder to handle (thick heavy, relatively inflexible) suffers from external EM (electro-magnetic) interference 30

Εξασθένιση και συχνότητα 31

Ενσύρματα μέσα μετάδοσης ΙΙ Ομοαξονικό καλώδιο (RGxy) Ο κεντρικός περιβάλλεται από τον αγωγό γείωσης Μηδενική ευαισθησία στον εξωτερικό θόρυβο Δυσκολία στη χρήση connectors BW: 800MHz 1 GHz Μετάδοση αναλογικών και ψηφιακών σημάτων ΤV Υπεραστικά τηλεφωνικά δίκτυα 32

Είδη καλωδίων - Σύνοψη Καλώδια δισύρματων ζευγών - Συσκευή τηλεφώνου Καλώδια Συνεστραμένων Ζευγών -DSL 33 Ομοαξονικά Καλώδια -CATV

Οπτικές ίνες 34 Ένα καλώδιο οπτικών ινών, το οποίο περιέχει μια δέσμη οπτικών ινών μπορεί να μεταφέρει εκατό τηλεοπτικά κανάλια ταυτόχρονα, χωρίς το πάχος του να ξεπερνά το πάχος μιας κιμωλίας. Οι οπτικές ίνες επέτρεψαν τη μεταφορά του φωτός λέιζερ που είναι ικανό να μεταδώσει μεγάλο όγκο πληροφοριών. Το 1966 διαπιστώθηκε ότι οπτικές ίνες από γυαλί ήταν κατάλληλοι κυματοδηγοί φωτεινής ακτινοβολίας. Το 1970 παρήχθη οπτική ίνα για πρακτικές εφαρμογές. Η εξέλιξη των οπτικών ινών ακολουθεί την εξέλιξη των υλικών και ιδιαίτερα την ελαχιστοποίηση της απόσβεσης που προκαλούν στο φως που τις διαρρέει. Μια οπτική ίνα μπορεί να εξυπηρετήσει χιλιάδες τηλεφωνικά κυκλώματα και έτσι ισοδυναμεί με εκατοντάδες χάλκινους αγωγούς, ενώ ταυτόχρονα υπερτερεί και στην ποιότητα.

Οπτικές ίνες 35 Χαρακτηρίζονται από πολύ μεγάλο εύρος ζώνης γεγονός που οδηγεί σε ταχύτητες μετάδοσης της τάξεως του 1-2 Gbps. Δεν επηρεάζονται από απότομες μεταβολές στην τάση ενός δικτύου, από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, από οξειδωτικές χημικές ουσίες, ή από άλλα ατμοσφαιρικά και βιομηχανικά παράσιτα Το βασικό τους μειονέκτημα είναι η πολύπλοκη τεχνολογία εγκατάστασής τους, και η υψηλή τιμή και ευαισθησία του εξοπλισμού διασύνδεσης που τη συνοδεύει

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ ΟΠΤΙΚΩΝ IΝΩΝ Χρησιμοποιεί «φως» (κοντά στο υπέρυθρο 1.3 μm 1.55 μm) για τη μεταφορά της πληροφορίας Μέσο μετάδοσης: οπτική ίνα 14 ΤΗz 15 ΤΗz 36

ΟΠΤΙΚΕΣ ΙΝΕΣ Μανδύας n g Πυρήνας n c 2b 2a Επένδυση 37

ΚΥΜΑΤΟΔΗΓΗΣΗ Φαινόμενο Διάθλασης και Ολικής Ανάκλασης n1 n 2 Διαθλώμενη n 2 φ δ Διαθλώμενη ακτίνα n 1 φ π φ c φ>φ c Ππροσπίπτουσα ακτινα Ανακλώμενη 38 Νόμος Snell c c 2 n1 sin n2 sin => Ολική Ανάκλαση Μέσο Δείκτης διάθλασης n κενό 1.0 αέρας 1.00029 Νερό 1.33 Χαλαζίας (Quartz) 1.46 Διαμάντι 1.45 1.60 Πυρίτιο (Si)3.40 Αρσενικούχo Γάλλιο (GaAs) 3.6

ΚΥΜΑΤΟΔΗΓΗΣΗ Προσπίπτουσα ακτίνα (1) Κώνος αποδοχής (2) θ α φ (4) Μανδύας n g (2) (3) θ c φ c (1) (3) Πυρήνας n c Αξονική ακτίνα Μανδύας n g Ανακλώμενη Ακτίνα (4) Αέρας n 0 2 c c NA sin a n 1 NA sin a n 2 c n 2 g P f P (NA) s 2 39 c e n 2 c n 2 g

ΚΥΜΑΤΟΔΗΓΗΣΗ Τρόποι Διάδοσης Οι ακτίνες του οπτικού σήματος, ανάλογα με τη γωνία εισόδου τους στην οπτική ίνα, οδεύουν ανακλώμενες υπό διαφορετικές γωνίες. Κάθε ακτίνα αντιστοιχεί σε ένα τρόπο διάδοσης. 40

ΟΠΤΙΚΕΣ ΙΝΕΣ Μανδύας (n g ) 2π V = a NA Μονότροπη ίνα 2.0 < V < 2.405 Πυρήνας (n c ) 2b 2a Επένδυση 41

ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΟΠΤΙΚΩΝ ΙΝΩΝ Οι οπτικές ίνες ταξινομούνται σύμφωνα με τα ακόλουθα κριτήρια: Προφίλ του δείκτη διάθλασης του πυρήνα Υλικό πυρήνα και περιβλήματος Τρόπος διάδοσης του φωτός Χαρακτηριστικά της διάδοσης 42

ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΟΠΤΙΚΩΝ ΙΝΩΝ Ίνα βηματικού δ.δ. Ίνα βαθμιαίου δ.δ. Μονότροπη Ίνα (SMF) 43

Ίνες και Τρόποι διάδοσης 44

ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΟΠΤΙΚΩΝ ΙΝΩΝ- Χρήσεις Περιοχή μήκων κύματος [μm] Υλικό Οπτική ίνα Τύπος Διαστάσεις ΝΑ Χρήση 0.63 Πλαστική πολύτροπη 100-1000/200-1200 ΝΑ: 0.50-0.66 Μεταφορά δεδομένων τοπικές ζεύξεις 0.85 Silica, PCS Πολύτροπη, βηματικού ή διαβαθμισμένου δείκτη 50/125, 85/125, 100/140 ΝΑ: 0.3-0.5 Γενική 1.30 Silica Πολύτροπη, βηματικού ή διαβαθμισμένου δείκτη 50/125, 85/125 ΝΑ: 0.2-0.35 ζεύξεις μεγάλων αποστάσεων 1.55 Silica Μονότροπη, βηματικού δείκτη 8.5/125 ΝΑ: 0.1 ζεύξεις μεγάλων αποστάσεων 45

4 Η εξασθένιση στις οπτικές ίνες Εξασθένιση Αιτίες Εξασθένισης: A. Απορρόφηση (Absorption) που οφείλεται σε ξένες προσμίξεις και κυρίως σε ιόντα ΟΗ με ζώνες απορρόφησης στα 2700nm και 1370, 950, 725 που προκαλούσαν τα 1000 db/km!! B. Σκέδαση (Scattering) προς το περίβλημα και προς τα πίσω (Back Scattering): ι. Σκέδαση Rayleigh από ανωμαλίες < λ. Σκεδάσεις αντιστρόφως ανάλογες της τέταρτης δύναμης του λ ιι. Μη γραμμικές σκεδάσεις (Raman, Brillouin) για σημαντική ισχύ σε μονότροπη κυρίως ίνα. 46

Παράγοντες απωλειών και περιορισμού του εύρους ζώνης στις οπτικές ίνες (Ι) Εξασθένιση Απορρόφηση (ΟΗ - ) Σκέδαση (Rayleigh λ -4 ) 14 ΤΗz 15 ΤΗz 47

Η εξασθένιση στην οπτική ίνα 48

Εξασθένιση και συχνότητα - Σύνοψη 49

Παράγοντες απωλειών και περιορισμού του εύρους ζώνης στις οπτικές ίνες ΙΙΙ ΔΙΑΣΠΟΡΑ ΚΑΙ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΠΑΛΜΩΝ ΔΙΑΣΠΟΡΑ ΤΡΟΠΩΝ ΔΙΑΔΟΣΗΣ (MODAL DISPERSION) ΔΙΑΣΠΟΡΑ ΥΛΙΚΟΥ ΧΡΩΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΣΠΟΡΑ (MATERIAL DISPERSION) ΔΙΑΣΠΟΡΑ ΚΥΜΑΤΟΔΗΓΟΥ (WAVEGUIDE DISPERSION) 50

ΔΙΑΣΠΟΡΑ ΤΡΟΠΩΝ ΔΙΑΔΟΣΗΣ Για μια ίνα μήκους L με σταθερό δείκτη διάθλασης πυρήνα (βηματικού δ.δ. Step Index) η διαπλάτυνση Δτ(SI) αποδεικνύεται ότι δίνεται από τη σχέση: m ( SI ) n c L Δ c Για μια ίνα μήκους L με διαβαθμισμένο δείκτη διάθλασης πυρήνα (Graded Index) η διαπλάτυνση Δτ(SI) αποδεικνύεται ότι δίνεται από τη σχέση: m 2 ( GI ) n c Δ c L 51

Διασπορά Διασπορά τρόπων Παράγοντες απωλειών και περιορισμού του εύρους ζώνης στις οπτικές ίνες (ΙΙ) Χρωματική διασπορά n c =n c (λ) D chr L ps nm km ps nm km Υλικού Κυματοδηγού Τυπικές τιμές για μια συνήθη μονότροπη ίνα (SMF) είναι: D chr = 0 και για λ=1.3 μm D chr =17 για λ = 1.55μm Μονότροπη ίνα Φασματικό εύρος πηγής ps D chr [ ] nm km Συντελεστής χρωματικής διασποράς Διασπορά τρόπου πόλωσης PMD 52 D PMD L

Διασπορά κυματοδηγού Συμβαίνει επειδή περίπου 80% της οπτικής ισχύος περιορίζεται στον πυρήνα σε μονότροπες οπτικές ίνες. Το φώς που διαδίδεται στον μανδύα ταξιδεύει πιο γρήγορα. Δεν είναι σημαντικό σε πολύτροπες οπτικές ίνες. Για μονότροπες ίνες, διασπορά υλικού είναι η πιο σημαντική μορφή διασποράς Ακόμη και αν δεν έχουμε διασπορά υλικού, διασπορά κυματοδηγού θα υπάρχει λόγω της κατασκευής της διαχωριστικής επιφάνειας μεταξύ πυρήνα-μανδύα 53

ΟΛΙΚΗ ΔΙΑΣΠΟΡΑ όταν όταν η πηγή είναι μονοχρωματική, η Διεύρυνση παλμού οφείλεται στη διαμόρφωση της οπτικής δέσμης και αποδεικνύεται ότι: mod D chr 2 c Η ολική διασπορά σε μια οπτική ίνα δίνεται από τη σχέση: 2 2 2 TOT m mod L Μήκος ζεύξης Ταχ, φωτός 2 54 Εκτίμηση του μέγιστου ρυθμού σηματοδοσίας. Θεωρώντας ότι για αξιόπιστη μετάδοση, η διαπλάτυνση των παλμών δεν πρέπει να ξεπεράσει ένα ποσοστό ε της περιόδου bit Τb (ή της διάρκεια του bit) της αποστελλόμενης πληροφορίας, θα ισχύει: Τ b 1 R b (Συνήθως ε = 0.25)

ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΔΙΑΣΠΟΡΑΣ ΧΡΗΣΗ ΜΟΝΟΧΡΩΜΑΤΙΚΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΙΔΙΚΟΥ ΤΥΠΟΥ ΟΠΤΙΚΕΣ ΙΝΕΣ Προσθήκη ινών αντιστάθμισης 55

Οπτικές ίνες - Σύνοψη 56

Οπτικές ίνες χαρακτηριστικά μετάδοσης Act as a wave guide for 10 14 to 10 15 Hz (portions of infrared and visible spectrum) Light Emitting Diode (LED) cheap wide operating temperature range long operating lifespan 1ns response time Injection Laser Diode (ILD) more efficient greater data rate tighter emission spectrum Loss & Error at Splices between 10-20% loss & reflections Οπτικοί ενισχυτές 57

Είδη οπτικών ινών και οπτικά καλώδια Τύποι μονότροπων οπτικών ινών Η ίνα μη μετατοπισμένης διασποράς (Non Dispersion Sifted Fiber NDSF), G.652 Η ίνα μετατοπισμένης διασποράς (Dispersion-Shifted Fiber DSF), G.653 Η ίνα μη μηδενικής μετατοπισμένης διασποράς (Non Zero Dispersion Sifted Fiber NZ-DSF), G.655 58

Τύποι Καλωδίων οπτικών ινών 59 Τα καλώδια οπτικών ινών περιέχουν από 1 έως 144 οπτικές ίνες. Tight buffer υπάρχουν συνθετικές ίνες και εξωτερικό μονωτικό περίβλημα σε κάθε οπτική ίνα και εξωτερικά από την επίστρωση μέσα στο καλώδιο υπάρχουν πολλές τέτοιες ίνες, όπου η κάθε ίνα αποτελεί και ένα ξεχωριστό καλώδιο. Loose buffer Οι οπτικές ίνες με την επίστρωση τους είναι τοποθετημένες ελεύθερα μέσα στο καλώδιο και περικλείονται από εξωτερικό περίβλημα μέσα στο καλώδιο τοποθετείται επίστρωση από συνθετικές ίνες για την ανθεκτικότητα του καλωδίου Tight buffer Loose buffer

Πλεονεκτήματα οπτικών ινών οι οπτικές ίνες παρουσιάζουν πολυ μικρές απώλειες. Η εξασθένιση στις οπτικές ίνες οφείλεται στην καθαρότητα του υλικού Λόγω τις εξαιρετικά καλής μόνωσης οι οπτικές ίνες είναι απρόσβλητες από περιβαλλοντικές παρεμβολές που προκαλούν εξασθένιση του σήματος Επειδή δεν υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια μέσα στις ίνες όπως στα καλώδια με αγωγούς, δεν υπάρχει παρεμβολή στο σήμα λόγω περιβαλλοντικών μαγνητικών πεδίων Επειδή η οπτική ίνα δεν μεταφέρει ηλεκτρικό σήμα, προτιμάται σε περιοχές υψηλού κίνδυνου εκρήξεων από σπινθήρες π.χ. σε χώρους καυσίμων, εύφλεκτων αερίων κλπ. Δεν είναι ευαίσθητες σε υγρό περιβάλλον, όπου τα χάλκινα καλώδια μπορεί να δημιουργήσουν βραχυκυκλώματα. Προσφέρουν μόνωση στα συστήματα που συνδέουν Πολλές οπτικές ίνες μπορούν να τοποθετηθούν σε ένα καλώδιο (ενός σύρματος) επειδή οι ίνες έχουν μικρό μέγεθος και βάρος π.χ. χάλκινο καλώδιο με 1000 ζεύγη και μήκος 500 μέτρων ζυγίζει περίπου 4000 κιλά, ενώ οπτική ίνα του ίδιου μήκους, που περιέχει τον ίδιο αριθμό καναλιών, ζυγίζει μόνο 45 κιλά 60

Μειονεκτήματα οπτικών ινών Η δυσκολία υλοποίησης συνδέσεων, επειδή απαιτείται υψηλή προσαρμογή και ευθυγράμμιση της φωτεινής πηγής, για να μην υπάρχει διασπορά και να ελαχιστοποιηθούν οι απώλειες. ανάγκη ύπαρξης επιδέξιων εγκαταστατών Ακριβές για μικρές αποστάσεις Σε μακρινές αποστάσεις είναι πιο φθηνές από τα άλλα καλώδια Συμπερασματικά τα καλώδια οπτικών ινών παρουσιάζουν ίδιες μηχανικές ιδιότητες με τα ομοαξονικά, αλλά είναι ελαφρότερα σε βάρος, μικρότερα σε διάμετρο και οι αποστάσεις μεταξύ των επαναληπτών (για την αναπαραγωγή του σήματος) είναι μεγαλύτερες 61

Εφαρμογές long-haul trunks metropolitan trunks rural exchange loops subscriber loops high-bandwidth LANs 62

Ενσύρματα μέσα μετάδοσης - Σύνοψη 10ps/km 63

Ασύρματα μέσα μετάδοσης Διάδοση στον «ελεύθερο χώρο» με τη βοήθεια ΗΛΜ κυμάτων και τη χρήση του «ραδιοφάσματος» Το ραδιοφάσμα είναι εθνικός πόρος και υπόκειται σε περιορισμούς που τίθενται από εθνικούς και διεθνείς οργανισμούς (IFRB,CCIR) Η κατανομη του φασματος παγκοσμιως ρυθμιζεται από την InternationalTelecommunicationsUnion-R 64

Το ραδιοφάσμα 65

Εφαρμογές Wireless Ι 66 Very Low Frequency (VLF) 3 to 300 khz Submarine Medium Frequency (MF) 0.3 to 3 MHz AM Radio Broadcast High Frequency (HF) 3 to 30 MHz Ionospheric long distance communications Very High Frequency (VHF) 30 to 300 MHz Land mobile Television Broadcast

Εφαρμογές Wireless ΙΙ Ultra High Frequency (UHF) 300 MHz to 3 GHz UHF television channels 14-82 PCS mobile Μικροκύματα - Microwaves > 3GHz Δορυφορικές επικοινωνίες Radar 67

Ραδιοσυχνότητες και εφαρμογές 68

Παραδοσιακές Ραδιοεπικοινωνίες 69 Φυσικά /Τεχνολογικά χαρακτηριστικά Διάδοση - Propagation Κάλυψη - Coverage Παραμόρφωση, πολλαπλές διαδρομές, διασπορά (Distortion, Multipath, Dispersion) Θόρυβος/παρεμβολές (Noise/Interference) Τοπολογία/Αρχιτεκτονική Point-to-Point/Broadcast Communications Fixed/Mobile Terminals One-Way/Duplex(Half-Full) Περιορισμοί Το φάσμα συχνοτήτων είναι εθνικός πόρος The radio channel is a shared channel

Frequency Re-Use 4 3 1 2 4 5 1 2 7 5 1 6 Cellular Switch - MTX 70 PSTN

Μέγεθος Κεραίας Η κεραία έχει διαστάσεις ανάλογες με το μήκος κύματος της ακτινοβολίας που εκπέμπεται Το μήκος κύματος, (wavelength) λ, ενός σήματος είναι η απόσταση που διανύει το σήμα σε χρόνο μιας περιόδου μέσα στο μέσο μετάδοσης λ= c / f c είναι η ταχύτητα μετάδοσης του σήματος (για ηλεκτρομαγνητικά κύματα στο κενό c = 3 x 10 8 m/s) f είναι η συχνότητα του σήματος -> Σήμα χαμηλής συχνότητας έχει μεγάλο μήκος κύματος και χρειάζεται μεγάλη κεραία για την μετάδοση του Με την διαμόρφωση μπορούμε να χρησιμοποιούμε μικρές κεραίες κατάλληλες για κάθε εφαρμογή 71

Κεραίες - Antennas Κεραίες: Διατάξεις για την εκπομπή και λήψη σήματος στον/από ελεύθερο χώρο με τη μορφή ΗΛΜ κυμάτων Μετατροπείς (Transducers) ενέργειας (V,I) Ενέργεια ΗΛΜ πεδίου Απλές και σύνθετες κεραίες Παθητικές διατάξεις Gain Εύρος ζώνης Διάγραμμα ακτινοβολίας Mέγεθος (~λ μήκος κύματος λειτουργίας) 72

Τύποι κεραιών Κεραίες διπολου (Hertz) Ανοιχτό Αναδιπλωμένο Συστοιχίες κεραιών (VHF-UHF) Παραβολικές κεραίες(microwave) 73

Απολαβή και ενεργός επιφάνεια 74

Τύποι διάδοσης στον ελεύθερο χώρο Το σήμα (ΗΛΜ κύμα) εκπέμπεται από τη κεραία και φτάνει στην κεραία λήψης, ακολουθώντας διάφορες διαδρομές: Επιφάνεια του εδάφους (ground wave) Ανακλώμενο στα διάφορα στρώματα της ατμόσφαιρας (Sky wave) Απευθείας διαδρομή οπτικής επαφής (LOS- space wave) Τρυπώντας την ατμόσφαιρα (satellite wave) Ο τύπος διάδοσης εξαρτάται: Τύπο κεραίας Συνθήκες ατμόσφαιρας Μήκος κύματος Ωρα, εποχή, ηλιακή δραστηριότητα 75

Κύμα εδάφους Ακολουθεί την επιφάνεια του εδάφους και επηρεάζεται από τη μορφολογία του και τη σύστασή του Αξιόπιστες επικοινωνίες με f < 2 MHz και μήκος ζεύξης μερικές 100δες km Κεραία με μικρό άνοιγμα εκπομπής Μικρό εύρος ζώνης Μεγάλες απώλειες αυξανομένης της συχνότητας 76

Sky & satellite waves Ιονοσφαιρικές (f<30mhz) Η Κεραία σκοπεύει τον ουρανό 77

Κύμα χώρου -LOS Τα κύματα χώρου διαδίδονται σε ευθεία γραμμή Το μήκος της ζεύξης L εξαρτάται από τo ύψος των κεραιών εκπομπής και λήψης Τα φαινόμενα περίθλασης αυξάνουν το L (+30%) FM, TV, mobile, microwave 78

Απευθείας Διάδοση Line-of- Sight Πως κρίνουμε την απευθείας διάδοση? (Fresnel Zone) 79

Δορυφορικές ζεύξεις MICROWAVE TRANSMISSION UPLINK DOWNLINK 80

Ράδιο 0ρίζων και οπτικός ορίζων 81

Διάδοση χωρίς οπτική επαφή Out-of-Sight Απώλειες λόγω περίθλασης Αρχή Huygens

κεραία A d1 83 Diameter of Fresnel Zone εμπόδιο d2 κεραία B

Fresnel zones I Τα εκ περίθλασεως ΗΜ κύματα συμβάλουν με διαφορετικές φάσεις και τα αποτελεσματα τους είναι εντονότερα όταν υπάρχουν εμπόδια στις λεγόμενες ζώνες Fresnel. r n = The nth Fresnel Zone radius in meter r n d 1 = The distance of P from one end in meter d 2 = The distance of P from the other end in meter λ = The wavelength of the transmitted signal in meter 84

85

Fresnel zones II The rule of thumb is that 60% of the 1st Fresnel zone must be clear of obstacles. If you have a building, say, that is a distance d1 from the TX antenna and d2 from the RX antenna then it must not be closer than 60% of r1 measured from the centre line of sight (c1 in diagram) 86 d 1 =d 2 =D/2 και n=1 D = total distance [km] r = radius [m] f = frequency transmitted [GHz]

Τύποι Ραδιοζεύξεων Frequency range (line of sight): 30 MHz to 2,5 GHz: Μη κατευθυντικές εφαρμογές 2,5 GHz to 40 GHz: Ραδιοζεύξεις λίαν κατευθυντικές (line of sight- LOS): infrared spectrum; used for point to point and multiple point application(fso) (line of sight) Εφαρμογές: Επίγειες μικροκυματικές ζεύξεις long haul για τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες (εναλλακτικές στα coaxial or optical fiber) Few amplifier and repeaters Propagation via towers located without blockage from trees, etc (towers less than 80 km apart) 87

Ατμοσφαιρική διάδοση I Η διάδοση στον ελεύθερο χώρο γίνεται με σφαιρικά κύματα Η πυκνότητα ισχύος μειώνεται ανάλογα με το R 2, όπου R η απόσταση από την πηγή: Free space Loss Reflection Refraction Diffraction (f) Scattering (f) Η ατμόσφαιρα περιλαμβάνει δυο στρώματα: Την τροπόσφαιρα (<50 km) και την ιονόσφαιρα 88

Ατμοσφαιρική διάδοση I Η διάδοση στον ελεύθερο χώρο γίνεται με σφαιρικά κύματα Η πυκνότητα ισχύος του σήματος(για όλες τις συχνότητες) μειώνεται ανάλογα με το D 2, όπου D η απόσταση από την πηγή: Free space Loss Για f < 30 Mhz η ατμόσφαιρα έχει ελάχιστη επίδραση Σε μεγαλύτερες συχνότητες η ατμόσφαιρα ωστόσο συμβάλει στην εξασθένιση του σήματος 89

Ατμοσφαιρική διάδοση IΙ H Ιονόσφαιρα λόγω της ηλιακής ακτινοβολίας είναι σε κατάσταση πλάσματος(αέριο ηλεκτρικά ουδέτερο θετικών και αρνητικών φορτίων) = ανακλαστήρας για f < 30MHz HF διάδοση: ιονοσφαιρικό + κύμα εδάφους Δεν επηρεάζεται από την τροπόσφαιρα Επικοινωνίες μεγάλων αποστάσεων (μη αξιόπιστες) VHF και UHF διάδοση (ραδιο-τηλεόραση) Δεν επηρεάζεται από την τροπόσφαιρα σκέδαση (fading) Μικροκυματική και χιλιοστομετρική διάδοση LOS (Line of sight) ζεύξεις οπτικής επαφής επηρεάζεται από την τροπόσφαιρα (υγρασία, βροχή f>10 GHz) f> 120 GHz επίδραση της ακτινοβολίας της γης (μέλαν σώμα) 90

Διάδοση στον ελεύθερο χώρο Ι 91

Διάδοση στον ελεύθερο χώρο ΙΙ G t D Gr G r P r G t P t Transmitter ΕΙRP = P t G t SNR i Ισχύς που αποδίδεται στον πομπό (t) / δέκτη (r) Receiver NF SNR o 92

Απώλειες ελεύθερου χώρου P r = P t G t G r 2 / 16 D 2 Friis Equation D = the distance between receiver and transmitter λ = free space wavelength = c/f c = speed of light (3 x 10 8 m/s) f = frequency (Hz) P r = received power P t = transmitted power G t = transmitter antenna gain G r = receiver antenna gain Path losses = L = 20 log 4 D/ 32.4 20logf [MHz] + 20logD [km] 93

Απώλειες ελεύθερου χώρου 94 Ωστόσο... Η διάδοση πάνω από το έδαφος είναι τελείως διαφορετική...

Διαθέσιμη ισχύς στο δέκτη Pa = Pt L - FM where Pa = Available Power Pt= transmitted power L= Loss at Transmitter, Receiver, transmition FM = Fade Margin Pa = S signal power 95

Ευαισθησία δέκτη - Receiver Sensitivity Ευαισθησία δέκτη: ΑΝΑΛΟΓΙΚΟ ΣΎΣΤΗΜΑ Η ελάχιστη ισχύς στο δέκτη ώστε να επιτυγχάνεται Signal-to- Noise Ratio (SNR) > ( τιμή κατωφλίου που εξαρτάται από τη χρησιμοποιούμενο σχήμα μετάδοσης) ΨΗΦΙΑΚΟ ΣΎΣΤΗΜΑ Η ελάχιστη ισχύς στο δέκτη ώστε να επιτυγχάνεται το απαιτούμενο BER ( η τιμή του Q θα εξαρτάται από τη χρησιμοποιούμενο σχήμα μετάδοσης) The SNR at the receiver output is 1/N F times the SNR at the input, where N F is the Noise Figure of the receiver. SNR in (db) > N F + SNR out 96

Επίδραση του περιβάλλοντος στη διάδοση Ανάκλαση -Reflection Το ΗΛΜ κύμα προσπίπτει σε λεία επιφάνεια με διαστάσεις πολύ μεγαλύτερες από το χρησιμοποιούμενο μήκος κύματος λ Περίθλαση - Diffraction (Shadowing) Η διαδρομή του ΗΛΜ κύματος μπλοκάρεται από εμπόδια με διαστάσεις μεγαλύτερες του μήκους κύματος με οξείες ακμές (ασυνέχειες): Διάδοση δευτερογενών κυμάτων Σκέδαση - Scattering Το ΗΛΜ κύμα προσπίπτει σε εμπόδιο με διαστάσεις της τάξεως του μήκους κύματος ή μικρότερες και σκορπίζει σε διάφορες διευθύνσεις 97

Πολλαπλές διαδρομές - Multipath 98 Διαλειψεις λογω πολλαπλης διαδρομής (multipath fading) εποικοδομητικη / καταστροφικη συμβολη των ηλεκτρομαγνητικων κυματων στην κεραια ληψεως.

Διάδοση κύματος με multipath -πολυόδευση t Σήμα εκπομπής Σήμα λήψης t 3 2 1 99

Διαδοση Η/Μ κυματων Τρια είναι τα σημαντικα φαινομενα που παρατηρουνται Απωλειες διαδρομης (path losses) = αποσβεση λογω αποστασης Σκιαση (shadowing) = αποσβεση λογω μεγαλων εμποδιων Διαλειψεις (fading) = μεταβολες μικρης χρονικης κλιμακας που οφειλονται στο περιβαλλον 100

Δηλαδή... Λαμβανόμενη Ισχύς B C A 10 1 Απόσταση A αποτελέσματα μεγαλης κλιμακας - Απωλειες διαδρομής B αποτελέσματα μεσαίας κλίμακας- σκίαση (ανακλάσεις) C αποτελέσματα μικρής κλίμακας ταχείες διακυμάνσεις του πλάτους του σήματος

διαλείψεις Εάν στο ασύρματο τηλεπικοινωνιακό κανάλι εμφανίζονται παραμορφώσεις στο σήμα σαν αποτέλεσμα των διαλείψεων, ο ρυθμός των σφαλμάτων που εμφανίζεται στο σύστημα αυξάνεται με τέτοιο τρόπο που ακόμα και πιθανή αύξηση της ισχύος του σήματος δεν βελτιώνει την επίδοση του. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η γενική ϑεώρηση είναι να χρησιμοποιηθεί κάποια ειδική μέθοδος εξασθένησης των ϕαινομένων αυτών για την αφαίρεση ή τουλάχιστον μείωση των παραμορφώσεων 10 2 γνωστές μέθοδοι για την εξασθένηση των παραμορφώσεων εξαιτίας των διαλείψεων προσαρμοστική εξίσωση (εξισωτής Viterbi), τεχνικές διεύρυνσης του ϕάσματος, κώδικες διόρθωσης λαθών, ορθογωνική πολυπλεξία διαίρεσης συχνότητας, orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), η χρήση του διαφορισμού (diversity) στο δέκτη

Προβλήματα των RF συστημάτων 10 3 ένα wireless signal διαδιδόμενο στον αέρα υφίσταται: Reflection, Scattering, Diffraction Normal Fading (Διαλείψεις) Multipath Delay (καθυστέρηση πολλαπλής διαδρομής) Interference παρεμβολές, θόρυβος (θερμικός, κοσμικός, ατμοσφαιρικός) Απώλειες διαδρομής Τα ανωτέρω προβλήματα αντιμετωπίζονται με διαφορες τεχνικές: Diversity (time, space, code, etc.) - Διαφορική λήψη Spread Spectrum (particularly good at combating small-scale fading) Frequency Hopping (also combats small-scale fading) Power Control (reduces interference for others) Discontinuous Transmission (also reduces interference for others) Smart Antennas (focuses on the desired signal and avoids interference) Channel Allocation Strategies AMC (Adaptive Modulation & Coding)

Συστήματα πολλαπλών εισόδων/εξόδων (MIMO) 104

Συστήματα πολλαπλών εισόδων/εξόδων (MIMO) 12/31/2016 12:12 PM 105

Συμπεράσματα Ανάλογα την εφαρμογή, η πολυόδευση των κυμάτων μπορεί να προκαλέσει προβλήματα στην επικοινωνία. Στα MIMO συστήματα, η χωρητικότητα του καναλιού αυξάνει έχοντας σαν μειονέκτημα την πολυπλοκότητα του συστήματος.

Ανασκόπηση 10 7

Σύγκριση των μέσων μετάδοσης 10 8