Краткие теоретические сведения

ИЗУЧЕНИЕ ЗАТУХАНИЯ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ В РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛАХ

Методические указания к выполнению лабораторных работ

для студентов специальности 5В071900 –

Радиотехника, электроника и телекоммуникаций

 

Алматы 2011

СОСТАВИТЕЛИ: Сарженко Л. И., Зайцев Е. О. Изучение затухания беспроводной связи в различных материалах. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: АУЭС, 2011. – 29 с.

 

Методические указания содержат описание каждой лабораторной работы, приведена функциональная схема экспериментальной установки, дана методика обработки экспериментальных данных, предлагаются контрольные вопросы и список рекомендуемой литературы.

Методические указания к выполнению лабораторных работ предназначены для студентов, обучающихся в бакалавриате по специальности 5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

Ил. 43, табл. 4, библиогр. – 9 назв.

 

Рецензент: канд. техн. наук, проф. С. В. Коньшин

 

Печатается по сводному плану издания НАО «Алматинский университет энергетики и связи» на 2011 г.

 

 

© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2011 г.

 

 

 

Св. пл. 2011 г., поз.164

 

 

Введение

Методические указания предназначены к выполнению лабораторных работ по курсу «Технология беспроводной связи» для студентов, обучающихся в бакалавриате по специальности 5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникаций.

В настоящее пособие включены работы, целью которых является изучение беспроводной локальной сети связи топологии Ad-hoc на базе технологии Wi-Fi; изучение распространения радиосигнала между передатчиком и приемником в условиях ограниченного пространства; а также изучение влияния препятствий из различных материалов, установленных на разных расстояниях от источника излучения, на распространение радиосигнала.

Выполнение лабораторных работ позволит закрепить на практике знания о распространении радиоволн в реальных условиях, полученные при изучении теоретического курса. Работа с установкой позволит сформировать умения, как в организации беспроводных сетей связи, так и в определении мощности радиосигнала на выходе передатчика (ПРД) и входе приемника (ПРМ) в созданной сети. Кроме этого приобретаются навыки в обработке экспериментальных данных, формируется аналитическое мышление.

 

Краткие теоретические сведения

Под аббревиатурой Wi-Fi (от английского словосочетания WirelessFidelity, которое можно дословно перевести как «беспроводная точность») в настоящее время развивается целое семейство стандартов передачи цифровых потоков данных по радиоканалам. Разработка этих стандартов ведётся в рамках рабочей группы 802.11 Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE).

Wi-Fiпредназначен для создания беспроводных локальных сетей (WLAN) и организации высокоскоростных беспроводных подключений к Интернету. В зависимости от конкретного стандарта, сети Wi-Fi работают на частотах 2,4 ГГц или 5 ГГц и обеспечивают скорость передачи данных от 2 Мбит/с. Одна точка доступа может обеспечить зону покрытия в радиусе до 200 метров. Широкое распространение, помимо домашних и офисных сетей,

Wi-Fi нашёл в сфере организации публичного доступа в Интернет (хот-спотов). С использованием этой технологии любой посетитель гостиницы, кафе, ресторана, бизнес-центра или аэровокзала (одним словом, заведения, в котором есть открытая точка доступа Wi-Fi) получает возможность мобильного подключения к Сети посредством своего ноутбука, КПК или телефона, поддерживающего стандарт беспроводного доступа.

Wi-Fi – это технология, которая позволяет различным устройствам взаимодействовать между собой без всяких проводов. Для того чтобы избавиться от них, необходимо подключиться к «точке доступа» (hotspot) или создать соединение с другим беспроводным устройством.

В лабораторных работах сеть топологии Ad-hoc реализована на беспроводных сетевых адаптерах TL-WN353G 54M Wireless PCI Adapter фирмы TP-LINK – см. рисунок 1.

 

 

Рисунок 1 – Беспроводной сетевой адаптер TL-WN353G 54M Wireless PCI фирмы TP-LINK

 

Мощность передачи сигнала равна 15дБм.

Однако при настройке сети и проведении экспериментов мощность сигнала (strength) и качество (quality) определяется в процентах (%) – см. рисунок 2.

 

1 – статус сети; 2 – топология сети; 3 – имя сети; 4 – уровни сигнала по мощности (strength) и качеству (quality) в процентах (%); 5 – IP-адрес, маска подсети, шлюз.

Рисунок 2 – Определение параметров сети

 

Но даже идеально продуманная беспроводная сеть не застрахована от сбоев – ведь условия, в которых работает сеть, могут меняться и меняться весьма существенно. А спрогнозировать эти изменения не представляется возможным.

Wi-Fi также свойственны некоторые недостатки радиотехнологий. В случае Wi-Fi, например, объем трафика в беспроводной сети не постоянен, поэтому стоит задача прогнозирования длины последующих пакетов данных. Эта задача была решена еще в апреле 2004 года – тогда появились сведения о том, что компания SmartPackets разработала алгоритм SmartWi-Fi, оптимизирующий пересылку пакетов данных в беспроводных сетях. В алгоритме, занимающем всего 19 кбайт, использовались идеи нейронных сетей, которые помогали прогнозировать длину пакетов на основании данных о текущей загрузке сети. В результате, по оценкам поставщика, возможно удвоение пропускной способности для выбранного приложения.

Разработчики SmartWi-­Fi утверждают, что новая технология избавлена от недостатков, связанных с перегрузкой радиоканала, влиянием радиопомех и низкой информационной безопасностью. В частности, «умные» базовые станции могут автоматически изменять мощность передатчика и управлять тем самым размером своей соты. В дальнейшем ожидается появление мобильных устройств, которые будут регулировать мощность своих передатчиков под управлением базовых станций.

Так как локальные сети Wi-­Fi организуются, как правило, в помещениях, то возникает необходимость изучения распространения радиосигналов внутри зданий.

Модели, используемые при описании канала связи внутри зданий, отличаются от традиционных моделей канала связи в двух аспектах:

- размеры зоны покрытия существенно меньше, чем в городских условиях;

- на коротком пути распространения радиоволны преодолевают многочисленные препятствия из различных материалов зданий и предметов внутри помещений.

Распространение радиоволн внутри зданий в основном определяется следующими параметрами:

- планировкой здания;

- строительными материалами;

- типом здания.

Уровень сигнала зависит от того, открыты или закрыты двери в комнатах, от того, где расположены антенны (на уровне стола или под потолком). Внутри зданий множество стен и перегородок, различных предметов, которые существенно влияют на формирование структуры электромагнитного поля как внутри, так и вне здания.

Большинство моделей, используемых для расчетов радиотрасс, расположенных внутри зданий, основано на формуле, описывающей распространение радиоволн в свободном пространстве. Однако наличие стен, пола, мебели, людей и других объектов оказывает существенное влияние на характер распространения радиоволн.

Если передающая антенна расположена внутри комнаты, то независимо от ее положения многократное отражение радиоволн от стен, пола, потолка, мебели и других объектов приводит к увеличению мощности принимаемого сигнала по сравнению со свободным пространством. Это напоминает явление реверберации, хорошо изученное в акустике. Кроме того, все факторы, определяющих характер распространения радиоволн за пределами помещения имеют место и внутри его. К ним относятся: отражение, дифракция, рассеивание, рефракция (преломление), интерференция и эффект Доплера. Проходя через препятствие из какого-либо материала, радиосигналы частично поглощаются этими материалами, и только часть радиосигнала проходит через препятствие. Это характеризуется коэффициентом прохождения, который зависит от вида материала и других параметров препятствий.

 

Общие положения к лабораторным работам

1 Задание к выполнению соответствующей лабораторной работы студенты получают на предыдущем занятии (за 1-2 недели).

2 Студенты самостоятельно (или на консультациях) готовятся к выполнению лабораторной работы:

а) повторяют теоретический материал;

б) по описанию лабораторной работы в рабочей тетради для лабораторных работ записывают № выполняемой работы, наименование работы, цель работы, таблицы (по пунктам), в которые заносятся результаты эксперимента.

3 На первом занятии студенты проходят инструктаж по технике безопасности, расписываются в журнале по ОТ и ТБ.

4 Перед выполнением экспериментальной части студенты отвечают на вопросы, получают допуск к работе.

5 Результаты эксперимента подаются на проверку и подпись преподавателю.

6 После выполнения экспериментальной части оформляется и защищается отчет каждым студентом в отдельности.

7 Если предыдущая работа не выполнена и не защищена без уважительных причин, студент к выполнению следующей работы не допускается.

8 Содержание отчета:

а) цель работы;

б) перечень приборов и оборудования;

в) функциональные схемы;

г) порядок выполнения работы;

д) таблицы наблюдений и расчетов;

е) диаграммы, графики и рисунки;

ж) обработка результатов и выводы;

з) список литературы.