1. מערכות תקשורת ניידות ותאיות
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.
לחץ על אישור כדי להסיר תיבה זו.
פעולה זו תיצור אוטומטית שקופיות לפריטי פעולה בסוף המצגת, והנקודות שהעלית יוזנו בתוכה.
מערכות תקשורת ניידות ותאיות
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/תקשורת ניידת ותאית – פרק 3

2. תוכנית הקורס פרק 1 פרק 2 פרק 3 מבוא למערכות תקשורת אלחוטיות: [3 שעות]
 מבוא למערכות תקשורת אלחוטיות: [3 שעות]
מערכות תקשורת להעברת מידע, מקור מידע אנלוגי, ספרתי. סכימת מערכת תקשורת ומרכיביה, מערכות תקשורת אנלוגיות מול ספרתיות – השוואה, סווג ערוצי תקשורת (קווי, אלחוטי), ספקטרום תדרים, ייצוג אותות בזמן ובתדר, יחידות. תהליכים וכווני התפתחות ברשתות גישה מהירה, מערכות תקשורת אלחוטיות – סקירה, סוגיית התדרים במערכות אלחוטיות. מערכות דור ראשון, דור שני, שלישי ורביעי בתקשורת ניידת תאית. מגמות עיקריות בהתפתחות מערכות אלחוטיות בפס רחב.
פרק 2
עקרונות תכנון של מערכות תקשורת תאיות: [6 שעות]
שימוש חוזר בתדרים (frequency-reuse) , הקצאת תדרים, מבוא לטכניקות העברת שליטה (handoff) , הפרעות , ACI ,CCI וקיבול מערכת, ריבוב סטטיסטי ומושג Erlang , GOS ומדדים לאכות שירות, שיטות להגדלת קיבול במערכות תאיות. דוגמאות מעשיות.
פרק 3
  מודלים להתפשטות גלים במערכות תאיות- Large Scale [9 שעות]
מבוא להתפשטות גלי רדיו, מודל התפשטות בחלל חופשי, 3 מנגנוני יסוד בהתפשטות גלי רדיו: החזרה reflection)), דיפרקציה (diffraction), פיזור (scattering) , חיזוי הפסדי נתיב במודל עם קוו ראיה (LOS) , הפסדי נתיב במערכות ללא קוו ראיה (NLOS), מודלים מעשיים להתפשטות מחוץ לבניינים (outdoor) כולל cost231,Okumura, Hata Walfish and Bertoni תכנון מאזן ערוץ למערכת תאית בהתבסס על חיזוי הפסדי נתיב, קביעת אחוז כיסוי שטח , מודלים להתפשטות בתוך בנינים (Indoor), חדירה של אותות לתוך בנינים, Ray Tracing models 
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

3. תוכנית הקורס
פרק 4
מודלים להתפשטות גלים במערכות תאיות- ) Small Scale 9 שעות)
גורמים המשפיעים על מודלים לטווח קצר, מדידות של מודל החזרות (multipath), פרמטרים עקרוניים של ערוצים עם דעיכות והחזרות: רוחב סרט קוהרנטי – delay spread, זמן קוהרנטי- Doppler spread מודלים סטטיסטיים לערוצים עם דעיכות והפרעות, מודל Saleh and Valenzuela להתפשטות בתוך בנינים (Indoor), מודל SUI, מודל ITU-B
פרק 5
טכניקות אפנון וגילוי למערכות תקשורת ניידות: (3 שעות)
סוגי אפנון – ייצוג סכמתי לאותות מאופננים (אנלוגי, ספרתי),
אפנון ליניארי: אפנון תנופה (AM), אפנון פס צד כפול DSB, אפנון פס צד יחיד SSB
אפנון לא-לניארי: אפנון זווית (PM), אפנון תדר (FM).
אפנוני פולסים: אפנון עוצמה PAM, אפנון משך PDM, אפנון מיקום PPM, אפנון תדר PFM, אפנון מקודד PCM, אפנון דפרנציאלי (Delta Modulation )
פרק 6
שיטות אפנון ספרתי ליניאריות נפוצות: BPSK, DPSK, QPSK, O-QPSK, שיטות אפנון ספרתי עם עוטפת קבועה: FSK, MSK, GMSK. שיטות אפנון מסדר גבוה: M-PSK, M-QAM, M-FSK. אפנון רב-טוני (OFDM). מבוא לשיטות מרחיבות סרט Spread-Spectrum
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

4. תוכנית הקורס פרק 7 טכניקות ריבוי גישה במערכות תקשורת אלחוטיות [6 שעות]
מבוא לריבוי גישה (Multiple Access), שיטת ריבוי גישה בהתבסס על חלוקת תדר FDMA ריבוי גישה בחלוקת זמן TDMA, ריבוי גישה בטכניקות של הרחבת ספטרום FHMA ובשיטת CDMA, שיטות מודרניות לריבוי גישה OFDMA, MC-CDMA. השוואת ביצועים של שיטות ריבוי גישה.
פרק 8
דוגמאות מסכמות (3 שעות)
מאזן ערוץ (Link Budget), תכנון תאי. קיבול מול כיסוי במערכות תאיות.
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

5. פרק 3: מודלים להתפשטות גלים במערכות תאיות Large Scale Models
מבוא: מאפייני ערוץ תקשורת במערכת תקשורת תאית, Large Scale vs. Small Scale Models
חיזוי הפסדי נתיב במודל עם קוו ראיה (LOS)
מודל Friis
מושגי יסוד באנטנות
ניתוח תופעות פיזיקליות של החזרות (reflection) עקיפה diffraction)), פיזור (scattering)
הפסדי נתיב במערכות ללא קוו ראיה (NLOS)
מודלים להתפשטות מחוץ לבניינים (outdoor)
מודלים להתפשטות בתוך בנינים (Indoor)
תכנון מאזן ערוץ למערכת תאית בהתבסס על חיזוי הפסדי נתיב והפרעות מתאים שכנים.
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

6. 1. ערוצי תקשורת ומודלים לערוצי תקשורת
מודל לערוץ תקשורת הוא תאור מתמטי Input-Output לאות העובר דרך ערוץ התקשורת.
ערוץ תקשורת באופן כללי "אינו אידיאלי" – האות המועבר דרכו עובר עיוותים שונים הכוללים:
הנחתה, עיוות ליניארי
תגובה תלויה בזמן
רעש, הפרעות
למה צריך "מודל" לערוץ התקשורת?!
להערכת ביצועים
לתכנון מיטבי של טכנולוגיית הרדיו (Radio Transmission Technology)
מודלים ניגזרים מתוך:
התאוריה של התופעה הפיזיקלית
מדידות מעשיות
פיתוח מודל ערוץ מחייב: פיתוח מודל להתפשטות האות בתווך, פתרון למודל ההתפשטות והמרתו לצורה המאפשרת סימולציה שיטתית תוך קביעת פרמטרים וערכים שלהם.
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

7. מאפייני ערוץ תקשורת במערכת תקשורת אלחוטית תאית Large Scale vs
מאפייני ערוץ תקשורת במערכת תקשורת אלחוטית תאית Large Scale vs. Small Scale Models
התאוריה של התפשטות גלים בתווך של מערכת אלחוטית תאית
מאפשרת הבנת המגבלות העקרוניות על ביצועים אפשריים
מרכיב קריטי בשיקולי תכנון טכנולוגיית הרדיו : מודולציה, קידוד, מריחת תדר, diversity, פיצוי ערוץ (Equalization)
תווך הרדיו ("ערוץ התקשורת") עם מאפיינים
שונים בכל תחום תדר (900MHz שונה מ ,1800MHz 2400MHz, 3.5GHz, 5GHz, 10.5GHz , 28GHz וכו')
משתנים כפונקציה של זמן / מרחק
תופעות בטווח זמן ארוך, או מרחק גדול – Large Scale
תופעות בטווח זמן קצר, או מרחק קטן - Small Scale
משתנים כפונקציה של מיקום האנטנות
Outdoor מול Indoor
משתנים כפונקציה של הסביבה ופני הקרקע
LOS מול NLOS
משתנים כפונקציה של התנועה של תחנות הקצה או של התווך עצמו.
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

8. מבוא (המשך) מודלים להתפשטות גלים:
טווח ארוך: חיזוי של עוצמת הקליטה הממוצעת במרחק מהמשדר PL =הפסדי נתיב (large scale models, “slow” fading)
מודלים להתפשטות בחלל חופשי LOS (Free-space, Friis model)
הפסדים
מודלים ללא קו ראיה NLOS (log-normal shadowing)
טווח קצר: חיזוי השינויים המהירים סביב הממוצע ,
(small scale fading)
מודלים לטווח קצר יפורטו בפרק 4 – בצורה מקיפה.
מודלים לטווח ארוך בשימוש נירחב ב Cell-site Engineering : חישוב כיסוי, מאזן ערוץ, outage probability, etc
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

9. מנגנונים עיקריים בהתפשטות גלים NLOS
החזרות (Reflections) : גל א.מ פוגע במשטח גדול בהרבה מאורך הגל שלו. דוגמאות: פני כדור הארץ, בנין גדול, הרים וכו'.
עקיפה (Diffraction): גל א.מ. פוגע בעצמים עם פינות, מהם מתפזרים הגלים לכל הכוונים ועוקפים מכשולים.
פיזור (Scattering): גל א.מ. פוגע בעצמים קטנים בגודל אורך גל ופחות (עלים, תמרורים, נורות) ומתפזר לכל הכוונים.
מנגנונים אלה – קובעים ומשפיעים גם על התפשטות האות במודלים טווח קצר NLOS
תאור פיזיקלי של מנגנונים אלה ינתן בהמשך (לאחר מושגי יסוד, מודל LOS )
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

10. ערוץ NLOS – מודלים לטווח קצר: ערוץ עם החזרות ודעיכות
ערוץ תקשורת המאופיין ע"י Multipath (רב-נתיב) יוצר עיוות ליניארי (ISI) באות הנקלט
ערוץ תקשורת המאופיין ע"י דעיכות בזמן יוצר שינויים בעוצמת האות הנקלט
טכניקות להתגבר על דעיכות והחזרות:
שיטות מודולוציה, קידוד כולל ARQ, מריחת ספקטרום, שווין, diversity, בקרת הספק ועוד..
אנטנות צרות סרט, אנטנות חכמות..
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

11. Example of Multipath Fading Channel
אספקטים של ערוץ ערוץ עם דעיכות והחזרות
Uncorrelated path statistics
Large scale (slow) versus small scale (fast) fading
Gaussian statistics
Scattering in the
vicinity of the mobile
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

12. ספקטרום אות נקלט עם דעיכות מהירות ע"י שתי אנטנות
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

13. 2. חיזוי הפסדי נתיב במודל עם קוו ראיה (LOS)
התפשטות אות רדיו בחלל חופשי
הספק משודר Pt [Watts]
הספק נקלט Pr [Watts]
מרחק d בין משדר למקלט
f תדירות גל א.מ.  אורך גל
C=3x108 m/sec מהירות האור
למשל, f=3Ghz אורך גל =0.1 m
נוכיח נוסחה זו - לאחר הבנת מושגי יסוד באנטנות
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

14. המודל הכי פשוט להתפשטות גל א
המודל הכי פשוט להתפשטות גל א.מ מניח קוו ראיה (LOS) בין אנטנה משדרת לקולטת.
נניח אנטנות עם הגבר יחידה, מרחק בין אנטנות הוא d תדירות גל f
הגל מונחת בתלות בשני גורמים: מרחק, תדירות.
היחס Pr/Pt בין הספק נקלט Pr ובין הספק משודר Pt נקרא הפסד נתיב PL (Path loss)
Friis –free space model
כלומר, הכפלת מרחק, או הכפלת תדר מגדילים PL ב 6dB או גם פקטור 10 במרחק או בתדר מגדילים PL ב 20dB
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

15. נוסחת הפסדי נתיב ברישום לוגריתמי
d=20 km
d=10 km
d=1 km
118.4dB
112.4dB
92.4dB
f=1GHz
126.4dB
120.4dB
100.4dB
f=2.5GHz
150 dB
144dB
124 dB
f=38GHz
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

16. ) המשך התפשטות גלים באוויר LOS)
נניח Gt הגבר של אנטנה משדרת, Gr הגבר אנטנה קולטת, L הפסדים במערכת (לא תלויים בהתפשטות האות)
הפסדי נתיב LOS ברישום לוגריתמי עם הגברי אנטנות והפסדים L
הערה: הגדרנו הפסדי נתיב Pr/Pt ולכן – הגודל שלילי ביחידות לוגריתמיות .
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

17. בפועל, EIRP מתחשב בהפסדי כבלים, OBO
EIRP = Effective Isotropic Radiated Power
לגודל PtGt קוראים 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 .
הספק שיא של שדה א.מ.
-3dB מהשיא
בפועל, EIRP מתחשב בהפסדי כבלים, OBO
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

18. דוגמא מעשית ל EIRP במערכת תקשורת אלחוטית תאית
units
TX parameter
dBm
Watts
+44 25
BTS Power Amplifier dB -9
Output Back Off (OBO) -2
LOSS (cable, duplexer)
dBi 17
TX antenna Gain (60o x14o) 50
EIRP
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

19. הערות על מודל Friis- הפסדי נתיב בחלל חופשי
הנוסחה תקפה למקרה בו המרחק d בין Tx-Rx הוא "בשדה הרחוק" של האנטנה. כאשר d קטן מדי – אזי החיזוי להספק נקלט Pr אינו נכון.
אזור "שדה רחוק" של אנטנה נקרא Fraunhofer Region ומסומן dF
D הממד הפיזי הכי ארוך של האנטנה
כדי להיות בשדה רחוק צריך שיתקיים
חיזוי של PL במודלים מסוג Large-Scale לתקשורת תאית בנויים על מדידה מכוילת של הספק נקלט במרחק d0 המקיים d0>dF
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

20. דוגמא: מערכת משדרת בתדר 900MHz עם הספק 50Watts.
א) מצא הספק משודר ביחידות dBm וביחידות dBW
ב) מצא הספק נקלט במרחק d=100m , d=1000m . הנח אנטנות איזוטרופיות.
פתרון: א) ב)
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

21. 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 / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

22. 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 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 / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

23. 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 יחס בין 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 / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

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

25. 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 / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

26. תאור ציורי לקיטוב אנכי ואופקי
מישור מחזיר
קיטוב אנכי: שדה חשמלי נמצא על מישור מאונך למישור מחזיר (במקביל למישור המכיל את קרניים i,t,r )
קיטוב אופקי: שדה חשמלי נמצא על מישור מקביל למישור מחזיר (במאונך למישור המכיל את קרניים i,t,r )
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

27. 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 קרינה Rrad
התנגדות הפסדים Rloss ~ ZL Za
התנגדות קרינה היא היחס בין ההספק המוקרן ע"י האנטנה לרבוע הזרם האפקטיבי דרך האנטנה
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

28. 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 / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

29. 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 / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

30. 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 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 90o על o10 נקבל הגבר של
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

31. I. הוכחת נוסחת ) Friisללא הפסדי מערכת, הגבר יחידה לאנטנות שידור /קליטה)
מיפתח אפקטיבי של אנטנה Ae קשור ל G ע"י
באנטנה כלל כוונית הגבר G=1 לכן
הספק נקלט ע"י אנטנה עם מפתח אפקטיבי Ae
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

32. G. קשר בין שטף שדה חשמלי ובין הספק נקלט בהדקי אנטנה
נניח מודדים עוצמת שדה חשמלי
המוקרן מאנטנה איזוטרופית על משטח
יחידה על פני כדור ברדיוס d (שדה רחוק) 1m 1m
אותה נוסחא כמו Friis - אלא שכאן הנחה היא שאין הפסדי מערכת, ז.א. L=0
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

33. שדה חשמלי – הספק נקלט (המשך)
נניח אנטנה קולטת עם התנגדות קרינה "מתואמת" למקלט. Vant הוא מתח rms חוג פתוח של האנטנה.
V מתח כניסה למקלט ~ ZL Za
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

34. דוגמא:
נתונה מערכת אלחוטית בה Rx מרוחק 10 ק"מ ממשדר Tx עם הספק 50W. תדר הג"נ 900MHz. תווך ההתפשטות הוא LOS. מניחים שאין הפסדים L=0 , אנטנה עם התנגדות (אומית טהורה) של המתואמת למקלט. הגברי אנטנות
חשב את א) הספק נקלט ב) E-field בכניסת אנטנה ג) מתח אפקטיבי בכניסה למקלט.
פתרון:
א) נחשב הספק נקלט ע"י
ב) נחלץ את |E| מהמשוואה ונקבל
ג) נחלץ את המתח בכניסה למקלט מתוך
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

35. I. אנטנה: תאור שדה קרוב נניח זרם חילופין שגודלו בתדר זויתי
נניח זרם חילופין שגודלו בתדר זויתי
עובר דרך אלמנט אנטנה באורך L כך שמתקיים
האנטנה מתלכדת עם ציר ה Z ומונחת על ראשית הצירים
תאור השדות הנוצרים בנקודה P המרוחקת d מהאנטנה,
קורדינטות
רכיב שדה אלקטרוסטטי
מייצג רכיב שדה מושרה
מייצגים רכיב שדה קרינה
בשדה רחוק – רק המרכיב המוקרן התלוי ב הוא משמעותי.
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

36. 3. מנגנונים עיקריים בהתפשטות גלים NLOS
החזרות (Reflections) : גל א.מ פוגע במשטח גדול בהרבה מאורך הגל שלו. דוגמאות: פני כדור הארץ, בנין גדול, הרים וכו'.
עקיפה (Diffraction): גל א.מ. פוגע בעצמים עם פינות, מהם מתפזרים הגלים לכל הכוונים ועוקפים מכשולים.
פיזור (Scattering): גל א.מ. פוגע בעצמים קטנים בגודל אורך גל ופחות (עלים, תמרורים, נורות) ומתפזר לכל הכוונים.
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

37. החזרות (Rreflections)
כאשר גל א.מ פוגע במשטח מוליך "אידיאלי" כל הגל מוחזר. בכל המקרים הפרקטיים האות המוחזר תלוי בתכונות המשטחים
מקדם דיאלקטרי (permittivity) – עד כמה החומר מצופף את קווי השדה החשמלי העובר דרכו
הולכה מגנטית (permeability) - עד כמה מצופף החומר את קווי השדה המגנטי העובר דרכו
הולכת זרם חשמלי (conductance)
מהירות הגל הא.מ בתווך נקבעת ע"י
אימפדנס אופייני של התווך
בד"כ תלוי תדר (הקבועים האחרים אינם רגישים לתדר)
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

38. (החזרות המשך)
החזרות ניתן לתאר ע"י "חוק סנל" והתיחסות למרכיבי הגל (פרוק אורטוגונלי: קיטוב אופקי/אנכי או מעגלי ימני/שמאלי) הפוגע והחוזר:
הגל הא.מ מקיים את משוואות התפשטות גלים של מקסוול + תנאי שפה הניקבעים ע"י ידי חוק סנל:
זוית פגיעה = זוית החזרה
שדה מוחזר ( v או h תלוי בקיטוב) = גורם החזרה כפול שדה פוגע
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

39. נפשט את הנוסחאות ונניח: משטח ראשון הוא , free-space
(החזרות המשך)
נפשט את הנוסחאות ונניח:
משטח ראשון הוא , free-space
מקדם דיאלקטרי של תווך שני
שים לב: כאשר הזוית מקדם ההחזרה בערכו המוחלט יהיה 1 בלי תלות ב
כלומר, כדור הארץ מהווה משטח מחזיר אידיאלי כאשר זוית הפגיעה מתקרבת ל 0o
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

40. החזרות – זוית Brewster
באיזו זוית אין כלל החזרה?! – כלומר הזוית עבורה מקדם החזרה מתאפס
זוית Brewster מתקבלת כאשר היחסים הבאים בין החומרים הדיאלקטריים מתקיימים
אם אזי
דוגמא: לחומר שהמקדם הדיאלקטרי שלו היחסי הוא זוית Brewster היא
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

41. החזרות ממשטח מוליך אידיאלי
גל א.מ אינו יכל לחדור "מוליך אידיאלי", ולכן כל הגל הא.מ מוחזר.
על פני המוליך – השדה החשמלי מתאפס כדי לקיים את חוקי מקסוול, ולכן -השדה מוחזר שווה בגודלו לשדה הפוגע. בלי תלות בזוית הפגיעה מתקיים
עבור קיטוב אנכי
עבור קיטוב אופקי
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

42. מודל הפסדי נתיב עם שתי קרניים (2-ray)
משדר
מודל פיזיקלי המתחשב בהחזר בודד מהקרקע + מרכיב LOS
מקלט
בתאור הזה
אורך מסלול LOS הוא
אורך מסלול NLOS (קוו מרוסק) הוא
הנחות לפישוט הדיון:
החזרה מלאה
הפרש בין מסלול LOS למסלול NLOS
עוצמת שדה כוללת במקלט יחידות V/m
הוא הסכום
כמו כן – נסמן d0 מרחק יחוס מהמשדר (כיול מדידה)
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

43. מודל 2-ray : קרוב לערכי d גדולים
בקירוב טוב - עוצמת שדה חשמלי במקלט
וכאן הזוית מודדת את הפרש הפאזה בין NLOS למסלול LOS
עבור ערכי d גדולים מתקיים
שדה כולל נקלט במקלט
תוך שימוש בקשר בין עוצמת שדה חשמלי נקלט להספק נקלט נקבל:
ובצורה לוגריתמית:
שים לב: הספק דועך לפי 1/d4 או 40dB/decade , ואין תלות באורך הגל (תדירות ג"נ) !!
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

44. מודל 2-ray : קרוב לערכי d קטנים (משטח מחזיר עם )
ביטוי לגל מתקדם E-field בתווך LOS
d0 הוא מרחק ייחוס
שני גלים מתקדמים מגיעים למקלט:
מרכיב LOS שעובר מרחק
מרכיב NLOS שעובר מרחק
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

45. מודל 2-ray : הערות הקרוב הנ"ל מניח
הערך בו מתאים למרחק בו האדמה מופיעה בתחום Fresnel zone הראשון בין משדר למקלט.
)ראה דיון בנושא פיזור Scattering )
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3