Edellisen kerran yhteenveto

(1)

Edellisen kerran yhteenveto

1. Langaton lennätin 1800-1900 lukujen vaihteessa. Langallinen lennätin 50 vuotta aiemmin. Langaton aluksi laivaliikenteeseen/Marconi

2. 1920-luvulla radiolähetykset ensin AM moduloituina ja sitten FM moduloituina.

Radiotaajuuksien kansainvälinen säätely (ITU) alkaa.

3. 1900-luvun lopulla (80 ja 90-lukujen vaihteessa) aletaan siirtyä analogisista

toteutuksista digitaalisiin ja kyetään entistä paremmin taistelemaan radiotien ongelmia vastaan sekä voidaan käyttää radiotietä tehokkaammin.

4. Sähkömagneettinen aalto/säteily syntyy, kun sähkövaraus kiihtyy suuritaajuisen virran tai jännitteen vaihdellessa.

5. Sähkömagneettisen aallon eteneminen on monimuotoista ja riippuu ympäröivästä väliaineesta (heijastuminen/sironta).

6. Hitaalla häipymisellä tarkoitetaan signaalin keskiarvon muuttumista ja se johtuu maaston muutoksista ja näköesteistä. Hidasta häipymistä vastaan taistellaan

langattomissa systeemeissä tehonsäädöllä (häipyminen ei siis ole niin nopeaa että siihen ehditään reagoida).

7. Nopealla häipymisellä tarkoitetaan eri teitä edenneiden signaalien summautumisella

antennissa niin, että signaalit häivyttävät toisensa täydellisesti. Rayleigh jakaumalla

voidaan mallintaa vastaanotetun tehon käyttäytymistä. Nopeaa häipymistä vastaan

taistellaan diversiteettivastaanottimin ja kanavakoodeilla, jotka kykenevät korjaamaan

(2)

Laskutehtäviä

1. Mikä on 1 W, 2.4 GHz taajuisen signaalin teho 100 metrin etäisyydellä lähetysantennista, jos vaimentumisen oletetaan tapahtuvan vapaan tilan vaimenemisen mukaisesti?

d=100;f=2.4*10^9;c=3*10^8;l=c/f;vaimentuminen = 10*log10(((4*pi*d)/l)^2) ~ 80dB

Vaimennus = 10*log(lähetysteho/vastaanotettu teho)

80 dB = 10*log(1W / vastaanotettu)  8 = log(1W / vastaanotettu)  1/vastaanotettu = 10^⁸

vastaanotettu = 1/10^⁸ = 10 nW

2. Entä miten käy 1W ja 5 GHz taajuiselle signaalille?

d=100;f=5*10^9;c=3*10^8;l=c/f;vaimentuminen = 10*log10(((4*pi*d)/l)^2)~86dB vastaanotettu = 1/10^^8.6 ~ 2.5 nW

Vapaantilan vaimeneminen = 10 log10 [(4**d)/]²ja  = c/f = aallonpituus ja d = etäisyys.

3. Ja jokainen osaa selittää doppler ilmiön.

(3)

Tekniikat radiotiellä

• Kanavakoodaus

• Bitti-ilmaisin

• Modulaationopeus

• Diversiteetti

A/D

Lähteen koodaus

A/D ”FEC”

koodaus

”ARQ”

koodaus Modulointi

D/A

Lähteen D/A

Vahvistin/

lähetin D/A

vahvistin/

kanavan De- korjaus/

”FEC”

”ARQ”

A/D

Radiotie

Ajoituksen säätö

Sign. tason säätö

(4)

Kanavakoodaus

• Virheitä korjaava koodi (konvoluutiokoodi tai turbo koodi)

– Yksi kooderiin menevä bitti vaikuttaa useaan ulos tulevaan => jos jokin bitti menee väärin, niin se osataan korjata kanavan ”muistin” avulla

– Koodauksen jälkeen bitit levitellään hujan hajan = interleavaus

– Dekoodauksessa käytetään hyväksi bitti-ilmaisimen pehmeitä bittipäätöksia (todennäköisyyksiä)

– Punkturoinnilla voidaan sovittaa bittinopeus annettuun lohkoon (= dekooderissa oletetaan että punkturoitujen bittien vastaanoton todennäköisyys = 0)

– Inkremental redundancy

• Virheitä tunnistava

– CRC

– Fire koodi (osaa myös korjata purske virheen max 12 bitin matkalta)

• Jotkut järjestelmät luottavat vain virheiden tunnistukseen eivätkä yritäkään suojata

virheiltä…

(5)

Bitti-ilmaisin

• Korjaa kanavan vaikutuksen

– Korjaa vaiheen vääristymän (=pyörittää signaalia optimaalista päätöstä varten) – Poistaa ISI:n tai summaa eri teitä edenneet signaalit samanvaiheisesti

– Määrittelee päätöskynnykset vastaanotetun signaalin perusteella

– Ja käyttää kaikkeen edelliseen jotain lähetettyä tunnettua bittisekvenssiä.

• Tekee pehmeät bittipäätökset kanava dekoodausta varten.

(6)

Modulaationopeus

Radiokanavan hyvyyden mukaan vaihdellaan modulaatiota (= link adaptaatio)

• BPSK => 1 bitti/symboli

• QPSK => 2 bittiä/symboli

• 16 QAM => 4 bittiä / symboli

• 64 QAM => 6 bittiä / symboli

Yleensä kontrollikanavilla hitaampi modulaatio ja ”voimakkaampi” kanavakoodi

Vastaanotin voi joutua tunnistamaan sekä modulaation että kanavakoodin.

(7)

Diversiteetti

Diversiteetti = toiste

• Aika diversiteetti

• Taajuus diversiteetti

• Tila(space) diversiteetti

• Polarisaatio diversiteetti

Pyritään siihen, että kaikki signaalit eivät häipyisi samanaikaisesti

Sekä lähetin että vastaanotin diversiteetti ratkaisuja. Esim. WCDMA TX diversiteetti yhdellä vastaanottimella.

MIMO = Multiple Input / Multiple Output tekniikkaa voidaan käyttää joko parantamaan

vastaanottoa tai lisäämään bittinopeutta

(8)

Laskuharjoituksia

1. Koodaa bittijono 1 0 1 alla esitetyllä (3.1.2.2) konvoluutiokooderilla. Konvoluutiokooderin alkutila on 0000 ja bittijonon jälkeen syötetään vielä 4 tail bittiä (0000) kuten allakin.

2. Muodosta trellisdiagrammi Viterbi dekoodausta varten (kts. Seuraavan sivun esim.)

3. Oletetaan, että kolmas kanavalle lähtenyt bitti ilmaistaan väärin. Kaikki muut bitit ilmaistaan oikein ja oikein ilmaistujen bittien pehmeä bittipäätös on joko +10 tai -10. Virheellisen bitin pehmeä päätös on +1. Dekoodaa koodaamasi ja radiokanavan läpäissyt bittijono Viterbi algoritmia käyttäen.

(9)

0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110

Edellisen kerran yhteenveto