1 / 50

מבוא לתקשורת מרחיבת סרט (Introduction to Spread Spectrum) 51276-1

מצגת זו תכלול כנראה דיון של הקהל, אשר יביא ליצירת פריטי פעולה. השתמש ב- PowerPoint כדי לעקוב אחר פריטי פעולה אלה במהלך המצגת. בהצגת שקופיות, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני. בחר באפשרות “מפקח הישיבות”. בחר בכרטיסיה “פריטי פעולה”. הקלד את פריטי הפעולה כאשר הם מופיעים.

hali
Download Presentation

מבוא לתקשורת מרחיבת סרט (Introduction to Spread Spectrum) 51276-1

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. מצגת זו תכלול כנראה דיון של הקהל, אשר יביא ליצירת פריטי פעולה. השתמש ב- PowerPointכדי לעקוב אחר פריטי פעולה אלה במהלך המצגת. • בהצגת שקופיות, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני. • בחר באפשרות “מפקח הישיבות”. • בחר בכרטיסיה “פריטי פעולה”. • הקלד את פריטי הפעולה כאשר הם מופיעים. • לחץ על אישור כדי להסיר תיבה זו. פעולה זו תיצור אוטומטית שקופיות לפריטי פעולה בסוף המצגת, והנקודות שהעלית יוזנו בתוכה. מבוא לתקשורת מרחיבת סרט(Introduction to Spread Spectrum) 51276-1 ד"ר משה רן כל הזכויות שמורות לחברת MostlyTek Ltd. אין לצלם, לשכפל או להעתיק בכל צורה שהיא ללא קבלת אישור בכתב מד"ר משה רן Dr. Moshe Ran- Spread Spectrum

  2. מטרות הקורס: • הכרת עקרונות בסיסיים במערכות תקשורתעם הרחבת סרט • ניתוח ביצועים של מערכות תקשורת Spread Spectrum • יישומים מודרניים: CDMA, UWB Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  3. היקף ודרישות שם המרצה: ד"ר משה רן היקף הקורס: סמסטר אחד שעות שבועיות: 4, נקודות זכות: 3.5 דרישות קדם: 90050 תקשורת ספרתית דרישות מהסטודנטים: מבחן/עבודות בית 100% WWW.mostlyTek.com Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  4. רשימת מקורות ספרי לימוד: Dixon RC , “Spread Spectrum Systems”, 3th Ed.,John Wiley & Sons, 1994. Simon M.K, Omura J.K, Shoultz, Levitt B.K,” Spread Spectrum Communication Handbook”, McGraw Hill. Electronic Ed. Sep 2002 Peterson R.L., Borth D.E., Ziemer R.E , “ An Introduction to Spread Spectrum Communications”, Prentice Hall, 1995 ספרי עיון: L.W. Couch, “Digital and analog communication Systems”, 5th Ed.,prentice-hall, 1997. Feher K., “ Wireless Digital Communications: Modulation and Spread Spectrum Applications ”, Prentice Hall, 1995. Proakis, J.G., “Digital Communications Ch.16”, 5th Ed., McGraw-Hill, 1996. http://www.sss-mag.com/w-cdma.html Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  5. נושאי לימוד 8 שו"ת 8 שו"ת 8 שו"ת 8 שו"ת 8 שו"ת 8 שו"ת 8 שו"ת * נושאים בכוכבית ידונו בקורס המבוא בצורה מקוצרת Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  6. פרק 1: מבוא ומושגי יסוד בהנדסת מערכת תקשורת • מבוא הסטורי לטכניקות ; Spread Spectrum הרחבת ספקטרום לשם מה? • מושגי יסוד ועקרונות של מערכות תקשורת ספרתיות 1) סכמת מערכת תקשורת , מרכיבים עיקריים 2) יחידות 3) ערוץ התקשורת; רעשים והפרעות במערכות תקשורת; ערוץ תקשורת רדיו LOS • דרישות מערכתיות על התקשורת • סכימת מערכת תקשורת עקרונית (שנון) ומעשיות • יעילות ספקטרלית מול יעילות הספק • חזרה על שיטות אפנון ספרתיות Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  7. 1.1 מבוא הסטורי לטכניקות Spread Spectrum צמחה בתחילה מתוך דרישות "תקשורת צבאית" – • איך להגן על תקשורת רצויה מפני האזנה, וגילוי האותות? LPI = Low Probability of Intercept • איך להגן על התקשורת הרצויה מפני הפרעות יזומות (חסימה)? Antijam communication system = AJ התפתחות לכוון יישומים מסחריים: • תקשורת תאית עם ריבוי משתמשים CDMA תקני תקשורת ניידת IS-95, GSM , W-CDMA, 3GPP • הקטנת הפרעות הדדיות בתחומי תדר ללא רשיון License-Exempt -IEEE802.11 WLAN • תקשורת לטווחים קצרים UWBIEEE-802.15,WPAN)) Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  8. מה זה הרחבת ספקטרום Spread Spectrum ? טכניקת תקשורת בה • האות המשודר "נמרח" בספקטרום (spreading) מעבר לנידרש לצורך העברתו בערוץ. רוחב סרט האות "המרוח" גדול בהרבה מקצב האינפורמציה • המקלט הרצוי מסוגל לבצע פעולה הפוכה (despreading) כך שהאות המתקבל זהה לאות המשודר לפני spreading • האות לאחר spreading הינו דמוי-רעש, ידוע לגמרי במערכת התקשורת הרצויה ובלתי ידוע מראש לתקשורת הבלתי רצויה (אויב...) bps Hz Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  9. למה ספקטרום Spread Spectrum ? הרעיון המרכזי בטכניקות Spread Spectrum • אות רעש צר סרט, המופיע בערוץ התקשורת בין משדר למקלט, • "נמרח" על ציר התדרים ע"י פעולת despread במקלט • בעוד שהאות הרצוי המתקבל זהה לאות המשודר לפני spreading • כי הפעולה של despread מבטלת את ה spread בלי לפגוע באכות האות. • ככל שפעולת spread מורחת את האות על רוחב סרט גדול יותר, פעולת "דיכוי" ההפרעה צרת הסרט מוצלחת יותר (Process Gain) Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  10. 1.2 מושגי יסוד ועקרונות של מערכות תקשורת ספרתיות 1(סכמה כללית למערכת תקשורת עם מרכיבי עיבוד עיקריים [[SAKLAR,88 Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  11. מרכיבי המערכת • מערכת התקשורת – מעבירה מידע (אינפורמציה) בין מקור לצרכן דרך תווך (ערוץ התקשורת). • להבנה מלאה של התהליכים בדרך, נידרשים מספר קורסים הנלמדים בהתמחות התקשורת: • שיטות לקידוד מקור (דחיסת מידע) , שיטות אפנון, שיטות לגילוי ותיקון שגיאות, שיטות סנכרון, ריבוי משתמשים, התפשטות גלים ואנטנות, תכנון מסננים, טכניקות קליטה ושידור, חישובי מאזן ערוץ. • אנו נדון בעיקר באבני הבניין - Frequency Spread\despread ובהשפעתם על שאר מרכיבי המערכת ידע קודם הכרחי "קורס תקשורת ספרתי" ידע "הנדסת מערכת" תקשורת – יבנה במהלך הקורס Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  12. תקשורת ספרתית- תהליכים עיקריים: • מקור מידע:פולט סדרות של סימבולים (תוים) של מידע הלקוחים מתוך אוסף נתון (אלף-בית) של סימבולים. בד"כ – סדרות אלו מכילות יתירות. • מקודד מקור: דוחס את סדרות המקור, ומיצגן בצורה בינרית עם מינימום יתירות. קרי – דחיסה מירבית. נסמן את קצב ביטים במוצא מקודד מקור rb [bps] . לrbנקרא "קצב הנתונים ללא קידוד" Uncoded Data rate)) או "קצב המידע" (information rate). • מקודד ערוץ+מאפנן: נועדו להתאים את האות להעברה בתווך התקשורת, ולהגן בפני שגיאות והפרעות. מקודד הערוץ מגן בפני שגיאות ע"י הכנסת יתירות. במקום לשלוח "מילת מקור" עם k ביטים שולחים "מילת קוד" עם n ביטים. הגודל n-k0 "יתירות של הקוד" • קצב הקוד R=k/n  1 קצב המידע ביציאת מקודד ערוץ rc=rb/R Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  13. תקשורת ספרתית- תהליכים עיקריים (המשך) • מקודד ערוץ: מקסימום לאמינות התקשורת באילוצים של • הספק אות משודר • רוחב סרט המערכת • סיבוכיות מימוש • השיפור באמינות ע"ח הקטנת קצב המידע, או הגדלת רוחב סרט האות בערוץ בהשוואה למערכת ללא קידוד • מודולטור מתאים את מילות הקוד לשידור בערוץ. ע"י שידור אות M-ary מאפשר להגדיל את קצב העברת המידע ב"מגבלות הערוץ". • מודולוציה M-ary: • ביטים ביציאת מקודד ערוץ עוברים מיפוי לאות משודר, אחד מבין • אותות אפשריים T (או לעתים נסמן Ts) משך אות משודר ((signaling interval קצב הסימבולים Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  14. תקשורת ספרתית- תהליכים עיקריים (המשך) • rs (קצב הסימבולים) קובע את רוחב הסרט המינימלי להעברת האות בערוץ. • המודולוציה באופן כללי משנה את אחד הפרמטרים של הגל-הנושא • אמפליטודה • פאזה • תדירות בהתאם לאות המידע • קצב הסימבולים מקיים Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  15. 2)יחידות מתח והספק וקשרים ביניהם V = I * Z Ohm rule P = V * I = I2*Z = V2/Z Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  16. יחידות לוגריתמיות – dB, dBm, dBw • נוח להשתמש ביחס לוגריתמי לבטא יחס בין הספקים 1 dB = 10 log ( P2/ P1 ) יחס בד"ב – למשל הגבר , ההנחתה יחס מוחלטP2 = G*P1 יחס לוגריתמי [dBm] P2 [dBm] = G[dB] + P1 מגבר, G P2 P1 וכאן, הספק ביחידות לוגריתמיות 1dBm = 10log P/1mW או 1dBw= 10log P/1W Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  17. יחידות לוגריתמיות dBmv, • מתח ביחידות לוגריתמיות מחושב ע"י : 1 dBmV = 20 log ( V/ 1mV ) • הקשר בין יחס מתחים ליחס הספקים דוגמא 1:מפצל הספק 1:2 הספק בכל יציאה שווה למחצית הספק כניסה, ז.א. הספק יציאה 3dB- לעומת כניסה. מתח יציאה יורד בפקטור 2 ז.א. dB3- לעומת כניסה דוגמא 2:עבור Z=75  חשב מתח והספק ביחידות לוגריתמיות עבור מתח 1mV 1mV 0 dBmV ,P=V2/Z=10-6/75=1.33*10-8[W]=13.3*10-6[mW] מכאן, 11.24 –60 = -48.76 dBm=P[dBm]=10log(13.3)+10log(10-6) Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  18. 3) מושגי יסוד בתקשורת: ערוץ התקשורת ערוץ (channel) : תווךההתפשטות בין המשדר למקלט • ערוץ רדיו עם קוו ראיה LOS . תאור מתמטי AWGN • ערוץ רדיו ללא קוו ראיה NLOS. תאור מתמטי – ערוץ עם דעיכות והחזרות • ערוץ קווי (זוג חוטים, כבל קואקסיאלי, סיב אופטי) ריבוי צרכנים (Multiple Access) – יוצר הפרעה המתווספת לרעש התווך שימוש חוזר בתדרים ושימוש בתדרים סמוכים לערוץ נתון יוצר: CCI=Co Channel Interference ACI = Adjacent Channel Interference Link – (נתיב, "ערוץ כולל")מונח המתייחס לכל מסלול התקשורת ממקור המידע עד קבלתו הסופית אצל הצרכן.מושפע מכל שרשרת העיבוד. Link Budget= סיכום תמציתי של מאזן התקשורת Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  19. רעשים והפרעות בערוץ רדיו עם קוו ראיהLOS • רעש תרמי (רעש לבן) • רעש ממקורות חיצוניים – חסימה, CCI, ACI • השפעת רעש על ביצועי מערכות תקשורת • ספרת רעש, טמפרטורת רעש • חיבור רעשים בשרשרת קליטה • רגישות קליטה • מאזן ערוץ • התפשטות גלים בערוץ רדיו LOS Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  20. 1. רעשתרמי (רעש לבן) PSD • רעש תרמי (רעש לבן): מוגדר מתמטית ע"י N0 [Watt/Hz][ רעש בעל עוצמה קבועה בכל רוחב הסרט של האות. ציר תדר f • תאור פיזיקלי: רעש במערכות אלקטרוניות הנובע מתנועת האלקטרונים. תלוי בטמפרטורה מעל האפס המוחלט K = -273oC 0o (באפס המוחלט אין רעש תרמי) • חלק מהרעש התרמי נוצר באנטנה, חלקו במקלט ע"י הרכיבים האלקטרוניים. • מתח אפקטיבי של רעש על פני נגד • k קבוע בולצמן, [joule/ oK] 1.37*10-23 • T טמפרטורת הנגד במעלות קלווין, R התנגדות הנגד, B רוחב סרט בהרץ של האות בערוץ Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  21. רעש תרמי על פני נגד • כאשר מקור מתח עם התנגדות מוצא R מזין עומס מתואם RL=R - הרעש של מקור המתח מועבר לעומס. הספק רעש מועבר יהיה הגודל kT = -204dBW/Hz = -174dBm/Hz= -114dBm/MHz הוא הצפיפות הספקטרלית של הרעש בטמפ. של החדר 17oC = 290oK. כלומר , הספק הרעש התרמי מקובל לסמן את הספק הרעש התרמי גם באות N יחידה לוגריתמיות (dB, dBm) Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  22. 2רעש ממקורות חיצוניים – חסימה, CCI, ACI • רעש "חסימה" : אות מפריע עם PSD של NJבכל רוחב סרט B של הערוץ. חוסם מסוג זה – רעש לבן "יזום". יתכן ש NJ >> N0 ואז הספק אות מפריע קובע את ביצועי הערוץ. • הפרעות במערכות תאיות: CCI- הפרעה מתאים שכנים הפועלים באותם תדרים בדיוק כמו בתא (Co-Channel Interference) ACI - הפרעה מתאים שכנים העובדים בתדרים סמוכים (Adjacent Channel Interference) במערכות מסוג CDMA – הצרכנים באותו תא משתמשים באותו ערוץ RF ומופרדים בעזרת קודים שונים. הפרעה עיקרית כאן נקראת In cell Interference Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  23. הגדרה של הפרעה מערוץ שכן - ACI הגדרה 1: היחס בין הספק האות המפריע הנמצא במרחק של X ערוצים לאות הרצוי כך שמתקבל BER נתון הגדרה 2: הספק המתקבל במוצא המסנן המתואם של המקלט לאות הרצוי כתוצאה מקליטת אות לא רצוי בעוצמה זהה לאות רצוי ובמרחקX ערוצים Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  24. Interferences in Cellular system Co- channel Adjacent channel Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  25. .3 השפעת רעש על ביצועי מערכות תקשורת • תכנון כנגד רעש תרמי (רעש לבן מתחבר בערוץ - (AWGN • הגדלת הספק אות משודר כך שבקליטה יחס הספק אות רצוי ניקלט לרעש שהתחבר אליו בערוץ יהיה גבוה כפי שנידרש לצורך עמידה בביצועים. • תכנון נכון של שרשרת קליטה -להוריד השפעת הרעש למינימום האפשרי • שימוש בטכניקות ECC=Error Correction Codes • תכנון כנגד רעש חסימה • דילוג לתדר בו אין הפרעת חסימה, Frequency-Hopping • הרחבת סרט של אות משודר ע"י טכניקות Spread Spectrum • תכנון כנגד,CCIACI וכן הפרעות בתוך התא • הקטנת הספק משודר ע"י תחנה ניידת למינימום אפשרי כך שאיכות האות בערוץ הבעייתי (תחנה ניידת אל תחנת בסיס, "הערוץ העולה" ) תעמוד במינימום הנדרש של ביצועים. בקרת הספק חשובה במיוחד במערכות CDMA • תכנון תאי נכון של כל המערכת ברמות השונות –PHY, MAC,Network PHY=PHYsical layer, MAC=Media Access Control PHY+MAC = Air Interface of wireless system Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  26. .4 ספרת רעש F • מערכת קליטה מקבלת בכניסתה אות + רעש. יעודה לשחזר בצורה אמינה ככל האפשר את אות המידע המקורי. אולם – גם מעגלי הקליטהתורמים לרעש ולכן יחס אות לרעש ביציאה מתקלקל ביחס לכניסה. • ספרת רעש F מייצגת את תוספת ה"רעש הפנימי" של המקלט לרעש בכניסה ספרת רעשF הגדרה 1: מערכת קליטה G=So/Si הגברהספק אות רצוי, הספקרעש כניסה=kT0BNi B רוחב סרט לרעש של המערכת רעש היציאה בפועל מוגבר יותר מהגודל הצפוי G Ni . תוספת הרעש במערכת=(F-1)GNiN=No-GNi Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  27. ספרת רעש F(המשך) • הגדרה קודמת ל F • נרשום את הספק רעש היציאה ע"י No =GNi + N ומכאן נקבל הגדרה נוספת. ספרת רעש F – הגדרה 2 • כזכור, הנחנו לאורך כל הפיתוח שרעש הכניסה הוא רעש תרמי • סיכום ביניים: יחס אות לרעש (dB)ביציאת מקלט • מתקלקל ב F [db] Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  28. ספרת רעש (המשך) • ספרת רעש של רכיב פסיבי – עם ניחות L[dB] היא F=L הוכחה: מהגדרה 1 • טמפרטורת רעש שקולה – (הגדרה 3 לספרת רעש): מכאן, Te טמפ. רעש שקולה Te=T0(F-1) דוגמא: F=10dB=10 , Te=290*9=2610oK רכיב פסיבי לא מוסיף רעש, Nout=Nin Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  29. .5 חיבור רעשים בשרשרת קליטה • חיבור שתי מערכות בטור S1=G1 Sin, N1=F1G1Nin S2=G2S1, N2=G2N1 + N2 = G2N1+[F2-1]G2Nin= =G2 F1G1Nin +[F2-1]G2Nin=(F1G1+ F2-1) G2Nin G1,F1 G2,F2 Sin Nin=kT0B S1 N1 S2 N2 Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  30. חיבור רעשים בשרשרת קליטה- n מערכות בטור (המשך) S1=G1 Sin, N1=F1G1Nin S2=G2S1= G2G1Sin, N2=G2N1+N2= (F1G1+ F2-1) G2Nin . : : Sn=GnS n-1=G1G2..Gn Sin Nn =GnN n-1 +Nn = GnN n-1+(Fn–1)GnNin Gn Fn G1,F1 G2,F2 Sin Nin=kT0B S1 N1 S2 N2 Sn Nn Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  31. חיבור רעשים בשרשרת קליטה- n מערכות בטור (המשך) • מגבר סופי Gnלא משפיע על ספרת הרעש. המגבר הראשון – קריטי LNA Gn Fn G1,F1 G2,F2 Sin Nin=kT0B S1 N1 S2 N2 Sn Nn Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  32. 6 רגישות קליטה • רגישות קליטה – הספק האות הנדרש בכניסה לקיום יחס אות לרעש מינימלי רצוי במוצא . • בכמה צריך להיות האות המינימלי בכניסה מעל לרמת הרעש התרמי כדי שביציאה (לאחר גילוי, תיקון שגיאות וכו') יתקבל יחס אות לרעש נתון? Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  33. רגישות קליטה - דוגמא עבור T0=290oK וכן B=10KHz בהנחה שצריך ביציאת מקלט יחס אות-לרעש של 10dB נניח ספרת רעש של מקלט F=10dB רגישות קליטה Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  34. 7. מאזן ערוץ Link Budget • למה מתכוונים כאשר מתייחסים אל Link? • האם לערוץ הפיזי בין משדר למקלט? לא.. • המונח ערוץ תקשורת - Communication Link מתייחס אל כל מסלול התקשורת בין מקור האינפורמציה, דרך מסלול עיבוד האות הפס בסיס (baseband) , אפנון, מעבר דרך דרגות המשדר השונות, דרך הערוץ, ודרך כל מסלול עיבוד האות במקלט- עד ליעד הסופי בו משחזרים את המידע. • Link Budget – הוא שיטה לנתח את ההספקים וההפסדים בערוץ התקשורת הנתון כדי לתת הערכה כוללת על הביצועים, עד כמה התכנון גבולי או אמין(Link Margin) . • מ Link Budget – ניתן לגזור משמעויות על • משקל, צריכת הספק וממדים של הציוד • סיכוני פיתוח ומחיר • בתכנון תאי –מאזן ערוץ הוא כלי מרכזי שהנו חלק מהותי מהתכנון לכיסוי שטח. נותן תשובה לגבי מקסימום כיסוי אפשרי (בלי לקחת בחשבון CCI וכן הפרעות תאיות אחרות. הפרעות אלה צריך לנתח כחלק מהתכנון התאי שמטרתו להציג את "קיבול" התקשורת בס"ה במערכת ). הערה: Link Budget כלי מרכזי למהנדס מערכת תקשורת. Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  35. 8 התפשטות גלים בקוו ראיה (Line Of Sight, LOS) • המודל הכי פשוט להתפשטות גל א.מ מניח קוו ראיה (LOS) בין אנטנה משדרת לקולטת. • נניח אנטנות עם הגבר יחידה, מרחק בין אנטנות הוא R תדירות גל f • הגל מונחת בתלות בשני גורמים: מרחק, תדירות. • היחס Pr/Ptבין הספק נקלט Pr ובין הספק משודר Pt נקרא הפסד נתיב (Path Loss) • כלומר, הכפלת מרחק, או הכפלת תדר מגדילים PL ב 6dB או גם פקטור 10 במרחק או בתדר מגדילים PL ב 20dB Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  36. התפשטות גליםבאוויר LOS • נוסחת הפסדי נתיב ברישום לוגריתמי Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  37. נוסחת הפסדי נתיב LOS עם הגבר אנטנות • נניח הגבר של אנטנה משדרת Gt והגבר של אנטנה קולטת Gr • הפסדי נתיב LOS ברישום לוגריתמי עם הגברי אנטנות Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  38. -3dB מהשיא הספק שיא של שדה א.מ. EIRP = Effective Isotropic Radiated Power • לגודל PtGtקוראים הספק אפקטיבי מוקרן EIRP. המושג חשוב כי תקנים ורגולציה חוסמים ערכים גבוהים מדי (הקטנת הפרעות לאחרים, שיקולי בטיחות) • הספק נקלט ע"י מכשיר מדידה לא יבדיל בין שידור עם מגבר הספק שגודלו PtGt ואנטנה איזוטרופית עם הגבר יחידה, ובין מקרה של שידור עם אנטנה כיוונית שיש לה הגבר (יכולת לרכז את האנרגיה של הקרינה בכוון מסוים) Gt והספק משודר Pt . • בפועל, EIRP מתחשב בהפסדי כבלים, OBO Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  39. דוגמא מעשית לEIRP במערכת תקשורת אלחוטית תאית Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  40. מושגי יסוד באנטנות • אנטנת שידור היא המתמר הממיר אנרגיה חשמלית (זרם) לאנרגיה של שדה אלקטרו-מגנטי, המתפשט כגל במרחב. • אנטנת קליטה – מבצעת את התהליך ההפוך: המרה מגל אלקטרו-מגנטי לזרם חשמלי. • הקשרים בין תנועת מטענים (זרם) במוליך ובין השדה המגנטי והחשמלי הנוצר נתון ע"י משוואות מקסוול. כל זרם יוצר שדה מגנטי מושרה. השדה יהיה קבוע כאשר הזרם קבוע. כאשר הזרם ישתנה, נוצר שדה מגנטי משתנה, וכתוצאה מכך נוצר שדה חשמלי. וגם ההפך – שינויים בשדה חשמלי יוצרים שדה מגנטי. • משפט הדדיות: התכונות של האנטנה כממיר אות חשמלי לקרינה (שידור) זהות לשל האנטנה כממיר מקרינה לאות חשמלי (קליטה). ההבדל בין שני המצבים –ההספקים המועברים דרך האנטנה במצב שידור גבוהים בהרבה לעומת מצב קליטה. Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  41. ~ _ A.פילוג הזרם והמתח על אנטנה + מתח • אנטנה פשוטה - דיפול /4 אנטנה זו הנה קוו תמסורת פתוח – כדי שיתקיים תנאי תהודה אורכה צריך להיות כפולה שלמה של /2 פילוג הזרם באנטנה /4 בתדר 300kHz אורך גל 1000 מטר, אורך אנטנת דיפול צ"ל 500 מטר. תכונות האנטנה נקבעות ביחס בין האורך הפיזי D של האנטנה ובין אורך הגל המשודר או נקלט דרכן. אורך חשמלי של אנטנה = היחס בין אורכה הפיזי D לאורך הגל  למשל: אנטנה באורך פיזי של /2 תשדר באורך גל כפול מאורכה. Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  42. B. כווניות ושבח אנטנה • אנטנה כלל-כוונית או איזוטרופית היא אנטנה המשדרת אנרגיה או הספק במידה שווה לכל הכיוונים. שטף הקרינה במרחק d הוא קבוע. אנטנה זו הנה תאורטית: נקודה המקרינה לכל הכוונים במידה שווה. • עקום קרינה של אנטנה – מתאר את פילוג עוצמת שדה חשמלי במרחב מסביב לאנטנה ביחס לכוון המועדף של האנטנה בו השדה מקסימלי. (התיאור הוא של עוצמה יחסית- אינו תלוי בהספק המקור המזין את האנטנה, אינו תלוי במרחק מהאנטנה). • כווניות (Directivity)של אנטנה יחסבין הספק מוקרן ע"י האנטנה בכוון מסוים לבין הספק שהיה מוקרן ע"י אנטנה כלל כוונית כאשר שתיהן מוזנות ממקור זהה.ככל שכווניות גבוהה יותר האנטנה מרכזת יותר אנרגיה בכוון מועדף. כלומר, כווניות מודדת את הגבר הקרינה התאורטי. הערה: נסמן Directivity ע"י האות D עם יחידות של dB Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  43. ~ _ C. דיאגרמת קרינה: אונה ראשית ואונה משנית • דיאגרמת הקרינה של דיפול /2 פילוג זרם כוון שדה מקסימלי /2 נקודת 3dB מחצית הספק דיאגרמת קרינהדיפול אנכי – שדה מקסימלי בכוון מאונך לאנטנה -בו הזרם בקוו התמסורת הפתוח מקסימלי. Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  44. D. קיטוב • קיטוב מתייחס לכוון וקטור השדה החשמלי ביחס לכוון התקדמות הגל הא.מ. המוקרן מהאנטנה וביחס למשטח המחזיר. בקיטוב ליניארי (אנכי או אופקי) כוון השדה החשמלי אינו תלוי בזוית האזימוט או ההגבהה. במקרה זה אין גם השתנות בזמן לוקטור כוון השדה החשמלי. בקיטוב מעגלי השדה החשמלי מסתובב סביב וקטור כוון התקדמות הגל • קיטוב אנכי : וקטור השדה החשמלי ניצב למשטח בו פוגע הגל והוא במקביל למישור הפגיעה(מכיל את הקרן הפוגעת, חודרת ומוחזרת – ראה ציור ). קיטוב אנכי נוצר ע"י אנטנה עם אוריינטציה אנכית • קיטוב אופקי: כמו קודם אנטנה עם אוריינטציה אופקית • קיטוב מעגלי ימני RHC • קיטוב מעגלי שמאלי LHC • הפסדים בשל קליטת אות ע"י אנטנה בקיטוב לא נכון בין 0 ל 30dB . Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  45. תאור ציורי לקיטוב אנכי ואופקי מישור מחזיר קיטוב אופקי: שדה חשמלי נמצא על מישור מקביל למישור מחזיר (במאונך למישור המכיל את קרניים i,t,r ) קיטוב אנכי: שדה חשמלי נמצא על מישור מאונך למישור מחזיר (במקביל למישור המכיל את קרניים i,t,r ) Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  46. Za ZL ~ E. התנגדות קרינה • עכבת אנטנה – יחס בין מתח לזרם על פני האנטנה. אולם – באנטנה הערכים האפקטיביים של מתח וזרם משתנים לאורך האנטנה בתלות במרחק. • Za עכבת מבוא – היא העכבה בנקודת ההזנה של האנטנה: Ra מורכב משני מרכיבים: • התנגדות קרינהRrad • התנגדות הפסדים Rloss התנגדות קרינה היא היחס בין ההספק המוקרן ע"י האנטנה לרבוע הזרם האפקטיבי דרך האנטנה Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  47. F. התנגדות הפסדים • נגרמים ע"י גורמים שונים כגון: • התנגדות קרקע, שגורמת להחזרות ולהקטנת/הגדלת הזרם באנטנה • תופעות התפרקות חשמלית באוויר • הפסדים בחומרים דיאלקטרי בלתי מושלמים בקרבת האנטנה • זרמי מערבולת מושרים בחפצים מתכתיים הנמצאים בשדה ההשראה של האנטנה. Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  48. G. נצילות אנטנה • יחס בין אנרגיה מוקרנת ע"י האנטנה ובין האנרגיה החשמלית בכניסת האנטנה מעשית – נצילות אנטנה בין 70% ל 90% . בתדרים נמוכים נצילות נמוכה. המושג שמתייחס גם אל כווניות וגם אל הנצילות של האנטנה הוא – Gשבח האנטנה (Power GAIN) הוא גודל קטן יותר מאשר כווניות D ומביע את ההגבר המעשי של האנטנה Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  49. H. רוחב סרט של אנטנה • תחום התדרים עבורם ביצועי האנטנה עונים על דרישות מוגדרות מראש. אפשרות מקובלת – רוחב סרט של אנטנה הוא תחום התדרים בהם הירידה בהספק המוקרן בכוון המועדף היא לכל היותר 3dB ביחס להספק המרבי בכוון הזה. • קשר מקורב בין רוחב אלומה של אנטנה לשבח חשמלי G : (הנחת נצילות 65%) הגבר אנטנה במספר (לא dB) כלומר, עבור אנטנה כוונית ברוחב אונה של 1 מעלה באזימוט ובהגבהה – הגבר אנטנה בערך 27,000 שהם 44dBi . עבור אנטנה של 90oעל o10 נקבל הגבר של Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

  50. I. הוכחת נוסחת ) Friisללא הפסדי מערכת, הגבר יחידה לאנטנות שידור /קליטה) מיפתח אפקטיבי של אנטנהAeקשור ל G ע"י באנטנה כלל כוונית הגבר G=1 לכן הספק נקלט ע"י אנטנה עם מפתח אפקטיבי Ae Dr. Moshe Ran / Spread Spectrum

More Related