Wireless networks - Lecture 3: Introduction to Wireless communication

Wireless Networks

Lecture 3
Introduction to Wireless Communication
Dr. Ghalib A. Shah

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Outlines








Review of previous lecture #2
Multiplexing
Transmission Mediums
Propagation modes
Multi-path propagation
Fading
Summary of today’s lecture

2


Last Lecture Review
 Wireless Transmission

►
►
►
►

Digital data analog signal
Baseband/bandpass signal
Encoding techniques/Modulation
Receiver synchronization / Demodulation

 Noises
►
►
►
►
►

Thermal noise
Intermodulation noise
Crosstalk
Impulse Noise
Manmade noise / Natural noise

 Losses / Gain
3


Multiplexing
 Capacity of transmission medium usually exceeds 
capacity required for transmission of a single signal

 Multiplexing ­ carrying multiple signals on a single 
medium
► More efficient use of transmission medium

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Multiplexing

5


Reasons for Widespread Use of Multiplexing
 Cost per kbps of transmission facility declines with 
an increase in the data rate
 Cost of transmission and receiving equipment 
declines with increased data rate
 Most individual data communicating devices require 
relatively modest data rate support

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Multiplexing Techniques
 Frequency­division multiplexing (FDM)
► Takes advantage of the fact that the useful bandwidth of 
the medium exceeds the required bandwidth of a given 
signal

 Time­division multiplexing (TDM)

► Takes advantage of the fact that the achievable bit rate of 
the medium exceeds the required data rate of a digital 
signal

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Frequency­division Multiplexing

8


Time­division Multiplexing

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Classifications of Transmission Media
 Transmission Medium
► Physical path between transmitter and receiver

 Guided Media
► Waves are guided along a solid medium
► E.g., copper twisted pair, copper coaxial cable, optical fiber

 Unguided Media
► Provides means of transmission but does not guide electromagnetic 
signals
► Usually referred to as wireless transmission
► E.g., atmosphere, outer space

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Unguided Media
 Transmission and reception are achieved by means 
of an antenna
 Configurations for wireless transmission
► Directional 
► Omnidirectional 

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General Frequency Ranges
 Microwave frequency range
►
►
►
►

1 GHz to 40 GHz
Directional beams possible
Suitable for point­to­point transmission
Used for satellite communications

 Radio frequency range
► 30 MHz to 1 GHz 
► Suitable for omnidirectional applications

 Infrared frequency range
► Roughly, 3x1011 to 2x1014 Hz
► Useful in local point­to­point multipoint applications within 
confined areas 

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Terrestrial Microwave
 Description of common microwave antenna
►
►
►
►
►

Parabolic "dish", 3 m in diameter
Fixed rigidly and focuses a narrow beam
Achieves line­of­sight transmission to receiving antenna
Located at substantial heights above ground level 
Due to attenuation particularly rainfall, requires repeaters/amplifiers 
placed farther apart 10­100 km.

 Applications
► Long haul telecommunications service
•
•
•

4 – 6 GHz band is common

But due to increased congestion 11 GHz is coming into use now
Microwave links provide TV signals to local CATV and then distributed 
to subscribers via coaxial cable.

► Short point­to­point links between buildings
•

Enterprise offices, university campuses

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Satellite Microwave
 Description of communication satellite
► Communication satellite is Microwave relay station
► Used to link two or more ground­based microwave 
transmitter/receivers
► Receives transmissions on one frequency band (uplink), amplifies or 
repeats the signal, and transmits it on another frequency (downlink)
► Broadcast in nature

 Applications
► Television distribution
► Long­distance telephone transmission
•

Used for point­to­point trunks between telephone exchange offices.

► Private business networks

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Satellite microwave
 Transmission characteristics
► Optimum range is 1-10 GHz
► Below 1 GHz, significant natural noise (solar, galactic,
atmospheric) and manmade
► Above 10 GHz, higher attenuation due to atmospheric
absorption
► Mostly use 5.925-6.425 for uplink and 3.7-4.2 GHz for downlink
referred as 4/6 GHz band
► Due to saturation, 12/14 GHz band has been developed.
Uplink: 14-14.5, downlink: 11.7-12.2 GHz
► In Future, 20/30GHz. Uplink: 27.5-30.0, downlink: 17.7-20.2
GHz
► Long propagation delay of about 250 ms, which is noticeabe in
telephone conversation.
► Broadcast in nature and suitable for TV broadcast service.
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Broadcast Radio
 Description of broadcast radio antennas
► Omnidirectional
► Antennas not required to be dish­shaped
► Antennas need not be rigidly mounted to a precise alignment

 Applications
► Broadcast radio

•
•

VHF and part of the UHF band; 30 MHZ to 1GHz
Covers FM radio and UHF and VHF television

 Characteristics
► Because of longer wavelength, radio waves relatively suffer less 
attenuation.
► Prime source of impairments is multi­path interference. Reflection 
from land water and human made objects can create multiple paths.
► Less sensitive to rainfall
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Propagation Modes
 Ground­wave propagation
 Sky­wave propagation
 Line­of­sight propagation

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Ground Wave Propagation

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Ground Wave Propagation
 Follows contour of the earth

 Can Propagate considerable distances
 Frequencies up to 2 MHz, which are low 
frequencies and have tendency to tilt downwards
 EM waves of low frequency are scattered by the 
atmosphere such that they do not penetrate the upper 
atmosphere.
 Example
► AM radio
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Sky Wave Propagation

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Sky Wave Propagation
 Signal reflected from ionized layer of atmosphere back down 
to earth
 Signal can travel a number of hops, back and forth between 
ionosphere and earth’s surface
 Reflection effect caused by refraction
 Examples
► Amateur radio
► CB radio

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Line­of­Sight Propagation

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Line­of­Sight Propagation
 Transmitting and receiving antennas must be within line of 
sight
► Satellite communication – signal above 30 MHz not reflected by 
ionosphere
► Ground communication – antennas within effective line of site due to 
refraction

 Refraction – bending of microwaves by the atmosphere
► Velocity of electromagnetic wave is a function of the density of the 
medium
► When wave changes medium, speed changes
► Wave bends at the boundary between mediums

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Line­of­Sight Equations
 Optical line of sight

d

3.57 h

 Effective, or radio, line of sight

d
•
•
•

3.57

h

d = distance between antenna and horizon (km)
h = antenna height (m)
K = adjustment factor to account for refraction, rule of 
thumb K = 4/3

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Line­of­Sight Equations
 Maximum distance between two antennas for LOS 
propagation:

3.57

h1

•

h1 = height of antenna one

•

h2 = height of antenna two

h2

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