Zanikanie kanału bezprzewodowegoTo zmiana amplitudy, fazy lub mocy odbieranego sygnału spowodowana zmianami w ścieżce propagacji. Może ona zmniejszyć margines łącza, zniekształcić sygnały szerokopasmowe i utrudnić odtworzenie pomiarów RF. Zrozumienie rodzaju zaniku sygnału występującego w systemie pomaga inżynierom w doborze odpowiednich anten, metod testowania i technik ograniczania tego zjawiska.
W tym przewodniku omówiono zaniki sygnału na dużą i małą skalę, kanały płaskie i selektywne częstotliwościowo, wolne i szybkie zaniki sygnału oraz najpopularniejsze statystyczne modele kanałów. Pokazano w nim również, jak charakterystyka anteny, polaryzacja i geometria testowa wpływają na praktyczne pomiary zaników sygnału.
Czym jest zanikanie sygnału w kanale bezprzewodowym?
Sygnał radiowy rzadko dociera do odbiornika tylko jedną idealną trasą. Budynki, teren, pojazdy, urządzenia i inne obiekty mogą blokować, odbijać, dyfragmentować lub rozpraszać fale elektromagnetyczne. W związku z tym wiele kopii tego samego sygnału może dotrzeć z różnymi opóźnieniami, amplitudami, fazami i kątami padania. Ich kombinacja może być konstruktywna w jednym miejscu lub częstotliwości, a destruktywna w innym.
Zanikanie sygnału różni się od deterministycznego tłumienia sygnału w wolnej przestrzeni. Zanikanie sygnału opisuje ogólny spadek mocy wraz ze wzrostem odległości i częstotliwości, podczas gdy zanikanie opisuje dodatkowe wahania wokół tej średniej. Inżynierowie zazwyczaj klasyfikują zanikanie sygnału w oparciu o dwie niezależne osie: skalę przestrzenną i selektywność kanału.
Rysunek 1.Powolne i szybkie zmiany poziomu odbieranego sygnału ilustrują różne skale czasu zanikania lub odległości.
Jak klasyfikuje się zanikanie sygnału bezprzewodowego
Zanikanie na dużą skalęOpisuje stopniowe zmiany na stosunkowo długich dystansach, głównie wynikające ze zmian strat sygnału i zacieniania.Zanikanie na małą skalęOpisuje szybkie zmiany zachodzące na krótkich dystansach lub w krótkich odstępach czasu, będące wynikiem wielodrogowości i ruchu.
Zanikanie na małą skalę można następnie sklasyfikować według rozproszenia opóźnienia jako płaskie lub selektywne częstotliwościowo, a według rozproszenia Dopplera jako wolne lub szybkie. Są to oddzielne klasyfikacje: kanał może być płaski i szybki, płaski i wolny, selektywny częstotliwościowo i szybki lub selektywny częstotliwościowo i wolny.
Zanikanie na dużą skalę: utrata ścieżki i zacienianie
Trend utraty ścieżki
Strata sygnału to średnia redukcja mocy odbieranej wraz z odległością propagacji. W wolnej przestrzeni bez przeszkód strata jest związana z długością fali i odległością. Rzeczywiste środowiska uwzględniają czynniki takie jak ukształtowanie terenu, zakłócenia, wpływ atmosfery i zależność od wysokości anteny, dlatego praktyczne budżety łącza zazwyczaj wykorzystują model propagacji odpowiedni do scenariusza wdrożenia.
Zanikanie cienia
Zacienianie występuje, gdy duże obiekty częściowo lub całkowicie blokują bezpośrednią drogę propagacji. Budynki, wzgórza, maszyny i nadwozia pojazdów mogą powodować stosunkowo powolne zmiany poziomu odbieranego sygnału, w miarę jak zmienia się nadajnik, odbiornik lub otoczenie. Zanikanie cienia jest często przedstawiane statystycznie wokół lokalnego średniego tłumienia sygnału.
Zanikanie na małą skalę: wielodrożność i ruch
Zanikanie płaskie a zanikanie selektywne częstotliwościowo
Kanał ma okołopłaskie zanikaniegdy jego pasmo koherencji jest szersze niż pasmo zajmowanego sygnału. Kanał zmienia wówczas amplitudę i fazę sygnału bez znaczącej zmiany jego widma.
Kanał staje sięselektywność częstotliwościowagdy szerokość pasma sygnału jest duża w porównaniu z szerokością pasma koherencji. Różne składowe widmowe charakteryzują się różnym wzmocnieniem i fazą. Podstawową przyczyną jest rozwiązywalne rozproszenie opóźnienia wielodrogowego, które może powodować interferencję międzysymbolową w łączach cyfrowych.
Powolne zanikanie kontra szybkie zanikanie
Powolne zanikanieoznacza, że kanał zmienia się nieznacznie w trakcie danego interwału sygnalizacji.Szybkie zanikanieOznacza to, że kanał zmienia się znacząco w tym przedziale czasowym. Ruch względny między nadajnikiem, odbiornikiem i otaczającymi go rozpraszaczami powoduje przesunięcia Dopplera i skraca czas koherencji kanału.
| Klasyfikacja | Porównanie kluczowe | Typowy efekt |
|---|---|---|
| Płaskie zanikanie | Szerokość pasma sygnału jest mniejsza niż szerokość pasma koherencji | Szeroka amplituda i zmienność fazy w całym sygnale |
| Selektywność częstotliwościowa | Szerokość pasma sygnału jest większa niż szerokość pasma koherencji | Zniekształcenie widmowe i możliwe interferencje międzysymbolowe |
| Powolne zanikanie | Czas koherencji jest długi w stosunku do interwału sygnału | Stopniowa zmiana na poziomie łącza |
| Szybkie zanikanie | Czas koherencji jest krótki w stosunku do interwału sygnalizacji | Szybka zmienność i upośledzenie związane z efektem Dopplera |
Typowe modele zanikania statystycznego
- Zanikanie Rayleigha:powszechnie stosowane w przypadku, gdy nie występuje żaden pojedynczy, dominujący składnik sygnału widzialnego, a odbierany sygnał składa się z wielu rozproszonych składników.
- Zanikanie Rician:Zawiera składową dominującą wraz z rozproszonymi składowymi wielodrożnymi. Współczynnik K Ricia wyraża stosunek mocy między składową dominującą a rozproszoną.
- Zanikanie Nakagami:elastyczny rozkład empiryczny, który może przedstawiać zakres zanikającego nasilenia poprzez parametr kształtu.
- Zanikanie Weibulla:inny adaptowalny rozkład statystyczny stosowany w wybranych mierzonych środowiskach propagacji.
Wybór modelu musi opierać się na rzeczywistym środowisku, częstotliwości, mobilności, konfiguracji anteny i danych pomiarowych. Nowoczesne procesy MATLAB wykorzystują obiekty takie jak:comm.RayleighChannelIcomm.RicianChannelzamiast przestarzałych funkcji, do których odwoływano się w poprzedniej wersji tego artykułu.
Rysunek 3.Statystyczne rozkłady obwiedni zapewniają kompaktowe modele do pomiaru zachowań zanikania.
Jak zanikanie wpływa na wydajność systemu RF
Zanik sygnału może zmniejszyć moc odbieraną, obniżyć stosunek sygnału do szumu, zwiększyć współczynnik błędów i przerwać połączenie radiowe. Zanik częstotliwościowo-selektywny może również zniekształcać przebiegi szerokopasmowe, a szybkie wahania Dopplera mogą utrudniać estymację kanału.
Do typowych metod łagodzenia skutków należą:
- odpowiedni margines łącza i automatyczna kontrola wzmocnienia;
- różnorodność czasowa, częstotliwościowa, przestrzenna i polaryzacja;
- korekcja i projektowanie przebiegów wielonośnych;
- kodowanie kanałowe, przeplot i modulacja adaptacyjna;
- Przetwarzanie MIMO i sterowanie wiązką;
- staranne rozmieszczenie anten, dobór charakterystyki kierunkowej i kontrola polaryzacji.
Żadna pojedyncza technika nie eliminuje wszystkich mechanizmów zanikania sygnału. Prawidłowe podejście zależy od statystyk kanału, zajętego pasma, mobilności, wymagań dotyczących zasięgu i akceptowalnego prawdopodobieństwa awarii.
Rysunek 4.Dane pomiarowe powinny określić, czy rozkład statystyczny jest odpowiedni dla konkretnego kanału.
Wybór anteny do testów sondowania i zanikania kanałów
Antena sama w sobie nie tworzy kanału propagacyjnego, ale ma istotny wpływ na to, które ścieżki i polaryzacje są transmitowane lub odbierane. Zysk, szerokość wiązki, charakterystyka promieniowania, czystość polaryzacji, stabilność fazy i geometria montażu mogą wpływać na mierzone zachowanie kanału.
Aby uzyskać powtarzalne pomiary kanału lub zaniku, należy udokumentować:
- pełny zakres częstotliwości i chwilowa szerokość pasma pomiaru;
- zysk anteny i szerokość wiązki w zależności od częstotliwości;
- wymagania dotyczące polaryzacji liniowej, dualnie liniowej lub kołowej;
- wysokość anteny, orientacja, odstępy i otaczające struktury;
- Złącze RF, straty kabla i płaszczyzna odniesienia kalibracji;
- ruch nadajnika, odbiornika i rozpraszacza;
- rozproszenie opóźnienia, rozproszenie Dopplera i wymagany zakres dynamiki.
Opcje anten RF MISO
RF MISO projektuje i dostarcza anteny RF i mikrofalowe do zastosowań laboratoryjnych, terenowych i integracji systemów. W zależności od wymaganego zasięgu i geometrii pomiaru, inżynierowie mogą rozważyć…anteny tubowe szerokopasmowedo kierunkowych pomiarów szerokopasmowych,anteny logarytmiczno-periodycznedla szerokiego zasięgu częstotliwości lubanteny dookólnedla wybranych badań zasięgu i propagacji.
Zapoznaj się z kartą katalogową aktualnego modelu, aby uzyskać informacje o zakresie częstotliwości, wzmocnieniu, polaryzacji, współczynniku SWR, złączu i wymiarach mechanicznych. W celu doboru odpowiedniego do zastosowania, udostępnij zespołowi RF MISO dane dotyczące pasma testowego, szerokości pasma, wymaganego wzoru, polaryzacji, ograniczeń montażowych i środowiska pomiarowego.
Omów swoje wymagania dotyczące pomiaru RF
RF MISO może pomóc w wyborze opcji antenowych do sondowania kanałów, badań propagacji, oceny systemów bezprzewodowych i powiązanych pomiarów RF.
Odniesienia i dalsza lektura
Czas publikacji: 14 sierpnia 2023 r.
