Podstawy transmisji bezprzewodowej

103000 - Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych

PTB

1

Treść przedmiotu zawiera podstawowe informacje niezbędne do efektywnego wykorzystania urządzeń transmisji radiowej w systemach internetu rzeczy. Po wprowadzeniu do łączności bezprzewodowej zostaną omówione zjawiska w kanale propagacyjnym oraz podstawowe modele kanału. Kolejne zagadnienia dotyczą modulacji wykorzystywanych podczas transmisji oraz technik redukcji wpływu kanału na jakość transmisji. Następnie zostanie omówione przetwarzanie sygnałów radiowych, budowa urządzeń nadawczych i odbiorczych. Istotną część wykładu zajmują zagadnienia dotyczące technik rozpraszania widma, modulacji OFDM i technik MIMO. Zostaną omówione podstawy realizacji transmisji z użyciem tych technik, zalety i ograniczenia tych rozwiązań. Ostatnia część wykładu jest poświęcona sieciom bezprzewodowym. Po przedstawieniu technik wielodostepu i metod zarządzania zasobami radiowymi, zostanie przedstawiona klasyfikacja współczesnych sieci bezprzewodowych i ich podstawowe właściwości.

Treść wykładu

1. Wprowadzenie. Geneza transmisji radiowej. Wymagania stawiane systemom łączności bezprzewodowej. Sieci łączności bezprzewodowej. Zasoby widmowe. Opis sygnałów w dziedzinach czasu i częstotliwości.
2. Kanał propagacyjny. Fizyczne podstawy propagacji fali elektromagnetycznej. Zjawiska w kanale propagacyjnym (tłumienie, dyfrakcja, odbicia, rozproszenie, efekt Dopplera). Praktyczne skutki propagacji wielodrogowej. Modelowanie kanału propagacyjnego w różnych środowiskach (modelowanie tłumienia, modelowanie propagacji wielodrogowej, odpowiedź impulsowa kanału).
3. Transmisja informacji w łączu radiowym. Transmisja dwukierunkowa (dupleks). Modulacje amplitudy, częstotliwości i fazy. Modulacje cyfrowe (rodzaje modulacji, właściwości, charakterystyki szumowe, wpływ filtracji na widmo i zakłócenia międzysymbolowe). Detekcja sygnałów z modulacjami cyfrowymi. Jakość transmisji. Techniki redukcji wpływu kanału propagacyjnego na jakość transmisji (kodowanie, przeplot, korekcja kanału, synchronizacja, nadawanie i odbiór zbiorczy). Przepustowość kanału radiowego.
4. Realizacja transmisji w łączu radiowym. Przetwarzanie sygnałów w torze transmisji radiowej (filtracja, przemiana czestotliwości). Układy nadawcze (budowa, podstawowe parametry). Układy odbiorcze (architektura, podstawowe parametry - m.in. czułość, selektywność). Anteny (charakterystyka promieniowania, podstawowe parametry, szyki antenowe). Wpływ parametrów transmisji (m.in. pasma, przepływności, zakładanej stopy błędów) na zasięg i jakość łączności. Bilans łącza.
5. Transmisja z rozproszonym widmem. Idea rozpraszania widma. Techniki FH-SS, TH-SS i DS-SS. Realizacja technik rozpraszania. Ciągi rozpraszające. Właściwości sygnałów z rozproszonym widmem. Wpływ rozproszenia na jakość transmisji.
6. Modulacja OFDM. Idea modulacji. Wykorzystanie dyskretnego odwrotnego przekształcenia Fouriera do generacji sygnałów. Właściwości sygnałów OFDM. Odbiór sygnałów OFDM. Wymagania stawiane urządzeniom realizującym transmisję. Wpływ kanału propagacyjnego na jakość transmisji.
7. Transmisja MIMO. Idea transmisji. Kanał radiowy w systemach MIMO (pojemność, model). Rodzaje transmisji MIMO (multipleksacja przestrzenna, odbiór i nadawanie zbiorcze, beamforming). Realizacja transmisji (modulacja, prekodowanie, wymiana informacji pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem). Transmisja MU-MIMO.
8. Sieci bezprzewodowe. Techniki wielodostępu (m.in. TDMA, CDMA, OFDMA). Zarządzanie zasobami radiowymi. Warstwy protokołów, Rodzaje sieci radiowych (m.in. sieci ad-hoc, sieci komórkowe, sieci kratowe). Pojemność sieci. Wykrywanie i lokalizacja węzłów w sieciach bezprzewodowych. Sieci transmisji bezprzewodowej, ich podstawowe właściwości i zastosowania. Tendencje rozwojowe.

Treść ćwiczeń

W ramach przedmiotu jest przewidywana realizacja ćwiczeń audytoryjnych stanowiących wprowadzenie do zajęć laboratoryjnych oraz dotyczących projektowania łącza radiowego.

Podczas ćwiczeń studenci zapoznają się z obsługą i właściwościami podstawowych przyrządów pomiarowych wykorzystywanych do badania transmisji radiowych: analizatorami widma, analizatorami obwodów, analizatorami sygnałów, generatorami sygnałów. Tematyka jednego spotkania będzie związana z projektowaniem łączy radiowych z użyciem różnych modulacji cyfrowych.

Zakres laboratorium

Program laboratorium obejmuje ćwiczenia o następującej tematyce:

1. Badanie wlaściwości sygnałów z modulacjami cyfrowymi. Generacja sygnałów z modulacjami cyfrowymi. Odwzorowanie sygnałów w dziedzinach czasu i częstotliwości. Obserwacja konstelacji i zmian Określenie błędów modulacji (EVM).
2. Badanie sygnałów OFDM. Generacja i obserwacja sygnałów OFDM w dziedzinach czasu i częstotliwości. Pomiar parametru PAPR. Wpływ przetwarzania sygnału z modulacją OFDM na jakość odbioru. Obserwacja i pomiary sygnałów z modulacją OFDM wykorzystywanych w układach LTE i Wireless-USB.
3. Badanie sygnałów CDMA. Generacja i obserwacja sygnałów CDMA w dziedzinach czasu i częstotliwości. Pomiar właściwości statystycznych sygnałów (CCDF). Obserwacja wpływu sygnałów zakłócających na pracę odbiornika sygnału CDMA. Obserwacja i analiza sygnałów CDMA wykorzystywanych w systemach UMTS/HSPA.
4. Badanie kanału propagacyjnego. Badanie odpowiedzi impulsowej kanału z wykorzystaniem sygnałów ultraszerokopasmowych. Pomiar i parametryzacja modelu kanału wąskopasmowego.
5. Badanie anten. Badanie parametrów typowych anten wykorzystywanych w systemach internetu rzeczy (anten monopolowych i miniaturowych anten ceramicznych) Obserwacja wpływu wpływu montażu anteny na charakterystykę promieniowania. Badanie wpływu długości kabla łączącego antenę z urządzeniem pomiarowym.
6. Badanie podstawowych elementów toru radiowego. Badania podstawowych elementów toru radiowego: wzmacniaczy, układów przemiany częstotliwości, filtrów. Pomiar podstawowych parametrów nadajnika i odbiornika sygnałów cyfrowych.

• F. Molisch, "Wireless Communications", second edition, John Wiley & Sons Ltd., 2011.
• K. Wesołowski, „Systemy radiokomunikacji ruchomej”, WKiŁ, 2006.
• Goldsmith Wireless Communications by, Cambridge University Press, 2005.
• D. Tse, P. Viswanath, "Fundamentals of Wireless Communication", Cambridge University Press, 2005.
• S. Haykin, „Systemy telekomunikacyjne”, WKiŁ, 2004.
• K. Wesołowski, „Podstawy cyfrowych systemów telekomunikacyjnych”, WKiŁ, 2003.
• Dąbrowski (red.), P. Dymarski (red.), „Podstawy transmisji cyfrowej” OWPW, 2013.

103400 - Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych

103400 - Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych

103400 - Instytut Radioelektroniki i Technik Multimedialnych