Ασύρματη Μετάδοση Βασίζεται στην ιδιότητα των ηλεκτρονίων να κινούνται δημιουργώντας ηλεκτρομαγνητικά κύματα Προς όλες τις κατευθύνσεις Με την ταχύτητα του φωτός Ακόμα και στο κενό Βασικά χαρακτηριστικά μετάδοσης Συχνότητα f = αριθμός ταλαντώσεων ανά δευτερόλεπτο (Hertz) Μήκος κύματος λ = απόσταση μεταξύ δύο μέγιστα/ελάχιστα λ*f = c (c=ταχύτητα φωτός) Οι ιδιότητες του σήματος εξαρτώνται από τη συχνότητά του Μικρή συχνότητα = το σήμα διαπερνά φυσικά εμπόδια, αλλά η ισχύς μειώνεται γρήγορα και το ποσό πληροφορίας που μπορεί να μεταδοθεί είναι μικρό Μεγάλη συχνότητα = το σήμα δεν εξασθενεί γρήγορα και μεταφέρει μεγάλο ποσό πληροφορίας, αλλά αντανακλάται στα φυσικά εμπόδια.

Ηλεκτρομαγνητικό Φάσμα

ISM Band (Industrial Scientific Medical) Ελεύθερη προς χρήση χωρίς άδεια Χρησιμοποιείται κατά κύριο λόγο από τα WLANs

Διάδοση Ραδιοκυμάτων Τα ραδιοκύματα χαμηλής συχνότητας (VLF, LF, and MF) ακολουθούν την καμπύλη της γης και μεταδίδονται επίγεια (π.χ. AM) διαπερνούν φυσικά εμπόδια η ισχύς του μειώνεται γρήγορα Τα ραδιοκύματα υψηλής συχνότητας (HF and VHF) απορροφώνται από τη γη, αλλά ανακλώνται από την ιονόσφαιρα (π.χ. FM) δεν διαπερνούν φυσικά εμπόδια η ισχύς τους διατηρείται σε μεγάλη απόσταση

Προβλήματα Ραδιοκυμάτων θόρυβος από εξωτερικές ηλεκτρομαγνητικές πηγές (noise) εξασθένιση σήματος (path loss) πολυοδική διάθλαση σήματος (multipath fading) παρεμβολές μεταξύ γειτονικών καναλιών (interference)

Τεχνικές Μετάδοσης Σήματος f0 Δf f Narrow Band: Δf << f0 most transmission techniques Spread Spectrum Frequency Hopping (FH) Direct Sequence (DS)

Στενής Ζώνης (Narrowband) Το τερματικό μεταδίδει και λαμβάνει σε συγκεκριμένη συχνότητα Χρησιμοποιεί όσο το δυνατόν μικρότερο εύρος συχνότητας Οι παρεμβολές αποφεύγονται μόνο με προσεκτική επιλογή συχνοτήτων μετάδοσης Χαμηλό κόστος Χαμηλή αξιοπιστία και ασφάλεια

Φασματικής Εξάπλωσης (Spread Spectrum) Ακριβότερο σύστημα το οποίο χρησιμοποιεί μεγαλύτερο εύρος ζώνης Μεγαλύτερη αξιοπιστία και ασφάλεια Αν ο δέκτης δε γνωρίζει τον αλγόριθμο μετάδοσης λαμβάνει τα δεδομένα σα θόρυβο Δύο βασικές κατηγορίες: Frequency-Hopping Spread Spectrum (FHSS) Direct-Sequence Spread Spectrum (DSSS)

Γνώση του αλγορίθμου μετάβασης Πλήρη συγχρονισμό πομπού και δέκτη FHSS Frequency Slots Time Απαιτεί Μεγάλο εύρος φάσματος Γνώση του αλγορίθμου μετάβασης Πλήρη συγχρονισμό πομπού και δέκτη

DSSS 10-chip code word per "1" data bit Inverted 10-chip code

Υπέρυθρη Ακτινοβολία (Infrared--IR) Περιορισμοί : Επικοινωνία μικρών αποστάσεων Κατευθυντική πορεία της ακτινοβολίας (μόνο) Δεν διαπερνά στερεά αντικείμενα Δεν δουλεύει σε ανοικτό χώρο την ημέρα Δεν χρειάζεται άδεια (unlicensed) Συσκευές: φτηνές και εύκολες στην κατασκευή Εφαρμογές : τηλεχειριστήρια (TV, στερεοφωνικά, …) κινητά τηλέφωνα, IR θύρες και περιφερειακά των PCs (εκτυπωτές, …) απαραίτητη η στοίχιση για επικοινωνία (εσωτερικά) ασύρματα LANs PAN (Personal Area Network) περιορισμοί, δυσκολίες  Bluetooth (radio-based)

Ακτίνες Laser Laser Ακρωνύμιο του: “Light amplification by stimulated emission of radiation" Οι ακτίνες Laser είναι τόσο δυνατές που μπορούν να καταστρέψουν (π.χ. αεριοποιήσουν - vaporize) διάφορα αντικείμενα Κατευθυντική ή μη πορεία των ακτίνων Αλλοίωση πορείας από την ομίχλη, τη βροχή, τους υδρατμούς Πομπός: διαθέτει συσκευή που παράγει δυνατές ακτίνες φωτός Δέκτης: διαθέτει ανιχνευτή φωτός για την λήψη της ακτίνας Laser Υψηλοί ρυθμοί δεδομένων (σε LAN-to-LAN διασυνδέσεις μεταξύ κοντινών κτιρίων) Δύσκολο να στοχεύσει ο πομπός τον ανιχνευτή του δέκτη λόγω της πολύ λεπτής ακτίνας Laser

Συνδέοντας Κτίρια με Lasers Ανιχνευτής Πομπός Laser Ακτίνα Laser Εύκολο στην εγκατάσταση Χαμηλό κόστος Μεγάλη ταχύτητα μετάδοσης

Στοχεύοντας με Lasers, Προβλήματα Ανιχνευτής Πομπός Laser Ακτίνα Laser Υδρατμοί, Ομίχλη, Σταγόνες βροχής μπορεί να αλλοιώσουν την πορεία του σήματος

Διαμόρφωση Σήματος Baseband: Μετάδοση αδιαμόρφωτου σήματος Μεγάλο εύρος σχετικά χαμηλών συχνοτήτων Μεγάλη εξασθένιση και περιορισμένη μετάδοση Καλό μόνο για μικρές αποστάσεις και χαμηλές ταχύτητες Διαμόρφωση: η ελεγχόμενη αλλαγή ενός παράγοντα του φέροντος σήματος (carrier) με βάση την πληροφορία που επιθυμούμε να μεταδώσουμε Εύρος Συχνότητα Φάση Modem: Συσκευή διαμόρφωσης/αποδιαμόρφωσης (modulator/demodulator)

Διαμόρφωση Σήματος (Modulation) s(t) = A(t) cos(f(t) t +(t)) (a) μη διαμορφωμένο (ψηφιακό) σήμα (b) διαμόρφωση εύρους (AM) s(t) = A(t) cos(f t +) (c) διαμόρφωση συχνότητας (FM) s(t) = A cos(f(t) t +) FSK (frequency shift keying) τεχνική για ψηφιακά σήματα (d) διαμόρφωση φάσης (PM) s(t) = A cos(f t +(t)) phase shift keying (PSK) f : φέρουσα συχνότητα

Sample Sample Rate=Samples/sec (Baud Rate) During one Sample one “symbol” is sent Symbol=piece of information=level of voltage Στην απλούστερη περίπτωση: 1 symbol = 1 bit (0/1) = voltage/no voltage Για να αυξήσουμε την ταχύτητα μετάδοσης δε μπορούμε να μειώνουμε το sample επ’ άπειρον. Μπορούμε όμως να αυξάνουμε τον αριθμό των πιθανών symbols (επιπέδων έντασης μετάδοσης, δηλαδή εύρους σήματος) Συνηθέστερος συνδυασμός της τεχνικής αυτής με PSK.

Τα σήματα FM (με διαμόρφωση συχνότητας) έχουν καλύτερη αντοχή στο θόρυβο από τα σήματα ΑM (με διαμόρφωση συχνότητας) Υπάρχει η δυνατότητα διαμόρφωσης ενός σήματος με συνδυασμό τεχνικών διαμόρφωσης χρησιμοποιείται στα σύγχρονα modems

BPSK (Binary Phase Shift Keying) = 2 phase shifts, 1 amplitude level, 1 bit/symbol QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) = 4 phase shifts, 1 amplitude level, 2 bits/symbol QAM-16 = 4 phase shifts, 4 amplitude levels, 4 bits/symbol QAM-64 = 4 phase shifts, 16 amplitude levels, 6 bits/symbol QPSK QAM-16 QAM-64

Πολυπλεξία Η πολυπλεξία επιτρέπει την παράλληλη μετάδοση δεδομένων από διαφορετικές πηγές χωρίς παρεμβολές. Τρία βασικά είδη TDM/TDMA (Time Division Multiple Access): Πολυπλεξία στο χρόνο FDM/FDMA (Frequency Division Multiple Access): Πολυπλεξία στη συχνότητα WDM (Wavelength Division Multiplexing): Ειδική περίπτωση FDM για οπτικές ίνες (πολύ υψηλές συχνότητες) CDMA (Code Division Multiple Access): Πολυπλεξία κώδικα Συνδυασμοί των παραπάνω

FDMA

ΤDMA

Εισαγωγικά Στοιχεία για το CDMA CDMA: Code Division Multiple Access Cellular Standard: IS-95 (digital, 2nd generation) ανάπτυξη στις Η.Π.Α το 1996 χρήση σε στρατιωτικές εφαρμογές από δεκαετίες βάση των συστημάτων 3ης γενιάς όλοι οι χρήστες σε όλο το (ίδιο) φάσμα συχνοτήτων ίσως την ίδια στιγμή ή συνεχώς με ιδιαίτερο κωδικό που χρησιμοποιείται για τη διαμόρφωση του σήματος, συνεχώς

Μεταφορική Παρουσίαση του CDMA έστω ότι σ’ ένα μεγάλο δωμάτιο, πολλά ζευγάρια ανθρώπων συνομιλούν: με το TDMΑ όλα τα άτομα βρίσκονται οπουδήποτε στο δωμάτιο, αλλά ο καθένας περιμένει τη σειρά του για να μιλήσει (πρώτα μιλάει ο ένας, μετά ο άλλος κ.ο.κ.) με το FDMΑ οι άνθρωποι στο δωμάτιο χωρίζονται σε ομάδες, όπου κάθε ομάδα βρίσκεται σε αρκετή απόσταση από την άλλη ώστε οι ομάδες να συνομιλούν ταυτόχρονα αλλά ανεπηρέαστα η μία από την άλλη με το CDMA όλα τα άτομα βρίσκονται οπουδήποτε στο δωμάτιο και μιλάνε ταυτόχρονα, αλλά σε διαφορετική γλώσσα ώστε αυτοί που μιλάνε την ίδια γλώσσα επικοινωνούν, ενώ απορρίπτουν τις άλλες συνομιλίες σαν θόρυβο

CDMA Βασίζεται στο DS Spread Spectrum Κάθε σταθμός μετάδοσης παίρνει ένα κωδικό (chip sequence) που αντιπροσωπεύει τη μετάδοση του 1 (το συμπληρωματικό αντιπροσωπεύει το 0) Π.χ. 1=00011011 0=11100100 (8-chip code) To μετάδοση του 0 αντιπροσωπεύεται με –1 και το 1 με +1 (π.χ. τάση σε volts)

CDMA (Συνέχεια) Όλοι οι κώδικες (chip sequences) πρέπει να είναι ορθογώνιοι μεταξύ τους, δηλαδή για κάθε ζευγάρι (S,T) από αυτούς να ισχύει: Walsh codes Για κάθε κώδικα ισχύει:

Παράδειγμα χρήσης CDMA

CDMA Encode/Decode

CDMA: two-sender interference