Antennengrößen
Bei den betrachteten Lambda/x-Antennen ist die Antennengröße proportional zur verwendeten Wellenlänge
Beispiel Antenne des TmoteSky-Knote ist etwa 3,125cm lang und beträgt
¼ der Wellenlänge (lambda/4-Antenne).
Welcher Frequenzbereich wird wohl verwendet?
Vereinfacht gesagt gilt für Antennen in Kommunikaitonsystemen: je höher
die verwendetet Frequenz desto kleiner kann auch die Antenne sein.
Weiteres zu grundlegenden Antennentypen
Das war hier nur eine kleine Auswahl: eine Liste aller grundlegenden Antennentypen findet man z.B. unter:
http://www.antenna-theory.com/antennas/main.php
Aus grundlegenden Antennentypen lassen sich des Weiteren
komplexere Antennen bauen: siehe folgendes...
Antennen: gerichtet und mit Sektoren
Seitenansicht (xy-Ebene) x y
Seitenansicht (yz-Ebene) z y
von oben (xz-Ebene) x z
von oben, 3 Sektoren x z
von oben, 6 Sektoren x z
Häufig eingesetzte Antennenarten für direkte
Mikrowellenverbindungen und Basisstationen für Mobilfunknetze (z.B. Ausleuchtung von Tälern und Straßenschluchten)
gerichtete Antenne
Sektoren-
antenne
Antennen: Diversität
Gruppierung von 2 oder mehr Antennen
Antennenfelder mit mehreren Elementen
Antennendiversität
Umschaltung/Auswahl
Empfänger wählt die Antenne mit dem besten Empfang
Kombination
Kombination der Antennen für einen besseren Empfang
Phasenanpassung um Auslöschung zu vermeiden
+
/4
/2
/4
Grundfläche
/2
/2
+
/2
MIMO
Multiple-Input Multiple-Output
Use of several antennas at receiver and transmitter
Increased data rates and transmission range without additional transmit power or bandwidth via higher spectral efficiency, higher link robustness, reduced fading
Examples
IEEE 802.11n, LTE, HSPA+, …
Functions
“Beamforming”: emit the same signal from all antennas to maximize signal power at receiver antenna
Spatial multiplexing: split high-rate signal into multiple lower rate streams and transmit over different antennas
Diversity coding: transmit single stream over different antennas with (near) orthogonal codes
sender
receiver t
1t
2t
3Time of flight t2=t1+d2 t3=t1+d3
1 2
3
Sending time 1: t0
2: t0-d2 3: t0-d3
Übersicht
Elektromagnetische Wellen
Frequenzen und Regulierungen Antennen
Signale
Signalausbreitung Multiplex
Modulation
Bandspreizverfahren
Codierung
Signale I
Physikalische Darstellung von Daten
Zeitabhängig oder ortsabhängig
Signalparameter: Kenngrößen, deren Wert oder Werteverlauf die Daten repräsentieren
Einteilung in Klassen nach Eigenschaften:
zeitkontinuierlich oder zeitdiskret
wertkontinuierlich oder wertdiskret
Analogsignal = zeit- und wertkontinuierlich
Digitalsignal = zeit- und wertdiskret
Signalparameter periodischer Signale: Periode T, Frequenz f=1/T, Amplitude A, Phasenverschiebung
Sinusförmige Trägerschwingung als spezielles periodisches Signal:
s(t) = A
tsin(2 f
tt +
t)
Problem: Wireless = Analog
0110 1001 1000 1010
Transmitter Receiver
0110 1001 1000 1010
Definition: Transmitter + Receiver = Transceiver
Bandpass Transmission Principle
0110 1001 1000 1010
Transmitter Receiver
0110 1001 1000 1010 Carrier wave with
carrier frequency f
Amplitude Frequency Phase
Terminology
1011
Bit(s) Symbol
Modulation
Demodulation
Symbol rate:
Number of Symbols per second
Data rate:
Number of Bits per seconds
N-ary modulation scheme: number of different symbols!
i.e., this can convey log(N) Bits per symbol
Erinnerung: Fourier-Repräsentation periodischer Signale
) 2
cos(
) 2
2 sin(
) 1 (
1 1
nft b
nft a
c t
g
n n n
n
1
0
1
0
t t
ideales periodisches Signal reale Komposition
(basierend auf
Harmonischen)
Verschiedene Darstellungen eines Signals:
Amplitudenspektrum (Amplitude über Zeit)
Frequenzspektrum (Amplitude oder Phase über Frequenz)
Phasenzustandsdiagramm (Amplitude M und Phasenwinkel φ werden in Polarkoordinaten aufgetragen)
Zusammengesetzte Signale mittels Fourier-Transformation in Frequenzkomponenten aufteilbar
Digitalsignale besitzen Rechteckflanken
im Frequenzspektrum unendliche Bandbreite
zur Übertragung Modulation auf analoge Trägersignale
Signale II
f [Hz]
A [V]
I = M cos φ (In-phase) Q = M sin φ (Quadrature)
A [V]
t[s]
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Elektromagnetische Wellen
Frequenzen und Regulierungen Antennen
Signale
Signalausbreitung
Motivation
Statische Knoten
Mobile Knoten
Zusammenfassung Multiplex
Modulation
Bandspreizverfahren
Codierung
Wir wollen folgende hier dargestellte Effekte verstehen; was geht hier schief?
Bildquelle: Theodore S. Rappaport, Wireless Communications, 2nd ed., Prentice Hall, 2002
Randbemerkung: Was ist dB?
Logarithmische Darstellung von im Verhältnis stehenden gleichartigen (d.h. gleiche Einheitengröße) Leistungs- bzw. Energiegrößen
Am Beispiel: Für P
1und P
2ist das Verhältnis P
2/ P
1definiert als:
Note: What is dBm?
Logarithmic expression of power in mW Conversion
P mW x dBm
x dBm P mW
Examples (from wikipedia)
dBm level Power Notes
80 dBm 100 kW Typical transmission power of a FM radiostation
60 dBm 1 kW = 1000 W Typical RF power inside a microwave oven
36 dBm 4 W Typical maximum output power for a Citizens' band radiostation (27 MHz) in many countries 30 dBm 1 W = 1000 mW Typical RF leakage from a microwave oven - Maximum output power for DCS 1800 MHz mobile
phone
27 dBm 500 mW Typical cellular phonetransmission power
21 dBm 125 mW Maximum output from a UMTS/3Gmobile phone (Power class 4 mobiles) 20 dBm 100 mW BluetoothClass 1 radio, 100 m range (maximum output power from unlicensed FM transmitter)
4 dBm 2.5 mW Bluetooth Class 2 radio, 10 m range
0 dBm 1.0 mW =
1000 µW Bluetooth standard (Class 3) radio, 1 m range
−70 dBm 100 pW Typical range (−60 to −80 dBm) of Wireless signal over a network
−111 dBm 0.008 pW Thermal noise floorfor commercial GPSsignal bandwidth (2 MHz)
−127.5 dB
m 0.000178 pW Typical received signal power from a GPS satellite
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