1. Телекоммуникационные
технологии
Тема 13. Беспроводная передача
сигналов

2. Электромагнитные волны RF-диапазона в
беспроводных телекоммуникациях
Точка – точка (Point-to-Point), 
Однозвенные системы PtP
Радиорелейные системы (несколько звеньев PtP)
Точка – много точек (Base Stations, Cells)

Мобильная телефония
Локальные беспроводные сети
Сети радиодоступа (включая спутниковые)
 (Broadcasting)
Радио (аналоговое и цифровое)
Телевидение (аналоговое и цифровое)
Системы навигации
Множественный доступ к радиосреде
Локальные беспроводные сети
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 2

3. Диапазоны радиочастот
(fλ=c)
NITU Code Name Group λ f Использование
Name
4 VLF Мириаметровые Сверхдл 100..10km 3..30kHz Submarine, геофизика,
инные поисковое оборудование
5 LF Километровые Длинные 10..1km 30..300kHz Навигация, сигналы точного
времени, длинноволновое AM
6 MF Гектометровые Средние 1km..100 300..3000 Средневолновое АМ –
m вещание
kHz
7 HF Декаметровые Короткие 100..10m 3..30MHz КВ вещание, загоризонтные
локация и авиакоммуникация
8 VHF Метровые Ультрако 10..1m 30..300MHz УКВ-радио (FM), ТV, прямая
роткие авиакоммуникация
9 UHF Дециметровые 1m..10cm 300..3000 TV, мобильные телефоны,
WiFi, BlueTooth,
MHz микроволновые печи 
10 SHF Сантиметровые 10..1cm 3..30GHz WiFi, RADAR, WiMAX,
Satellite Phones, Data, TV
11 EHF Миллиметровые 10..1mm 30..300GHz Радиоастрономия,
микроволновые
радиорелейные системы
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 3

4. Распространение радиоволн –
общие свойства
Электромагнитные волны (E + H)
Распространение вдоль проводников
Отражение от проводников
Ослабление энергии волны с расстоянием
~ 1/R2 в открытом пространстве
~ 1/R3 , 1/R4 в неоднородной среде
Зависимость от частоты
Отражение и поглощение атмосферой
ISM (Industrial, Scientific & Medical):
433MHz, 915MHz, 2.45GHz, 5.8GHz < 1W
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 4

5. Распространение радиоволн –
дополнительные эффекты
Многолучевое распространение
Интерференция (interference)
Замирания (fading)
Отражение (рефракция) и поглощение
В зависимости от углов и соотношения
проводимостей
Дифракция – переизлучение от объектов
λ~s
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 5

6. Интерференция радиоволн
Две волны от одного источника
Одинаковые амплитуды и частоты
Разные фазы
Результат интерференции на приемнике
Удвоение амплитуды
Пропадание сигнала
W1 = A sin(ωt + ϕ1 )
W2 = A sin(ωt +ϕ 2)
ϕ1 + ϕ 2 ϕ − ϕ2
WΣ = W1 + W2 = 2 A sin( wt + ) cos( 1 )
2 2
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 6

7. Строение атмосферы
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 7

8. Слои ионосферы
Большое количество
ионов и свободных εµ > 1
электронов
Отражение/поглощение
(θ)
Слои ионосферы:
D (60-80) – есть только
днем
E (90-130) – ослабевает
ночью
F1 (180-220)
F2 (220-500)
F (250-350) - ночью
11-летние циклы
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 8

9. Распространение радиоволн
различных диапазонов
VLF – до 20000км
Отражение между землей и слоями D, E (многократное!)
LF – до 6000км
Отражение между землей и слоями D, E (многократное!)
Поверхностная волна (околоземная)
MF
Поверхностная волна (околоземная) – до 1500км
Отражение от слоя E ночью (днем D поглощает) – до 3000км
HF
Поверхностная волна - до 50км
Отражение от слоя F (сильно зависит от угла) – до 4000км
VHF, UHF, SHF, EHF
Только прямолинейное распространение
Наземные системы l = 3.6( hAT + hAR ) (км)
Спутниковые системы – до 40000км
Атмосферой не отражаются
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 9

10. Приемно-передающие
антенны
Набор проводников + фидеры (feed lines)
Параметры
Резонансная частота (resonant frequency)
формирование стоячих волн (l ~ λ/4)
Ширина полосы частот
Мощность
Излучаемая Pr
Потерь Pl
Полная PA=Pl+Pr
КПД
Волновое сопротивление (импеданс)
Диаграмма направленности (radiation pattern)
Узконаправленная (Directional) e.g. VSAT
Всенаправленная (Omni-directional)
Коэффициент направленного действия
D = Pи max/Pи ср
Коэффициент усиления антенны (gain)
КПД * D
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 10

11. Радиопередача сигналов (аналоговых и
цифровых)
Модуляция
Амплитудная (AM)
Частотная (FM, FSK)
Фазовая (PSK)
Технологии «размазывания» спектра - Spread Spectrum
Использование широкополосных сигналов
Повышение помехозащищенности (постоянные/меняющиеся)
Повышение секретности передачи
Организация эффективного разделения среды
Виды SS
FHSS
DSSS
CDMA
OFDM
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 11

12. Frequency Hoping Spread
Spectrum
Скачкообразная перестройка частоты несущей
Псевдослучайные последовательности смены несущей
Расширение за счет расположения несущих по всему используемому
спектру (частотному каналу)
Равные промежутки времени использования несущих (dwell time)
Dwell Time > 1/F – Slow FHSS (Скачок после передачи нескольких символов)
Dwell Time ≤ 1/F – Fast FHSS (Скачок после передачи каждого символа)
Устойчивость к узкополосным помехам
Использование PSK или FSK на каждой несущей
Возможность организации мультиплексирования (разные
последовательности)
Декодирование
Приемник должен использовать ту же последовательность скачков
Известны начальная частота и псевдослучайный алгоритм
Приемник должен быть синхронизирован с передатчиком
Использование передачи синхропоследовательностей
Использование
Wi-Fi (IEEE 802.11)
Bluetooth
DECT
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 12

13. Frequency Hoping Spread
Spectrum
Скачкообразная перестройка частоты несущей
Псевдослучайные последовательности смены несущей
Расширение за счет расположения несущих по всему используемому
спектру (частотному каналу)
Равные промежутки времени использования несущих (dwell time)
Dwell Time > 1/F – Slow FHSS (Скачок после передачи нескольких символов)
Dwell Time ≤ 1/F – Fast FHSS (Скачок после передачи каждого символа)
Устойчивость к узкополосным помехам
Использование PSK или FSK на каждой несущей
Возможность организации мультиплексирования (разные
последовательности)
Декодирование
Приемник должен использовать ту же последовательность скачков
Известны начальная частота и псевдослучайный алгоритм
Приемник должен быть синхронизирован с передатчиком
Использование передачи синхропоследовательностей
Использование
Wi-Fi (IEEE 802.11)
Bluetooth
DECT
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 13

14. Direct Sequence Spread
Spectrum
Кодирование каждого бита потока последовательностью
импульсов меньшей длительности (Tbit= N * Tchip)
Повышение скорости передачи в N раз (chip rate)
Расширение спектра в N раз
Расширяющие последовательности (инверсное кодирование)
Псевдослучайные (N = 10 .. 100)
Код Баркера
1 → 10110111000
0 → 01001000111
Использование PSK или FSK для последовательностей
Декодирование – умножение на ту же кодовую
последовательность (de-spreading)
Необходимость в синхронизации приемника и источника
Синхронизация может быть заложена в расширяющую
последовательность
Возможность определения разницы во времени (расстояния)
Использование
GPS, Глонасс, Gallileo – спутниковая навигация
WiFi (IEEE 802.11, 802.11b, 802.11g)
ZigBee / 802.15.4
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 14

15. CDMA
Вариант DSSS, позволяющий организовывать
мультиплексирование
2 варианта
Синхронное (base 2 user)
Разным абонентам ортогональные коды (расширяющие
последовательности)
Четкая синхронизация моментов посылки
Асинхронное (user 2 base)
Нет синхронизации (абоненты друг про друга не знают)
Используем псевдослучайные кодовые последовательности
Ортогональность не строгая
Необходимо выравнивание мощностей передатчиков
Использование
IS-95 (cmdaOne)
CDMA 2000
UMTS (W-CDMA)
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 15

16. ?
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 16