Esvaecemento do canal sen fíosé a variación da amplitude, fase ou potencia do sinal recibido causada por cambios na traxectoria de propagación. Pode reducir a marxe de enlace, distorsionar os sinais de banda ancha e dificultar a reprodución das medicións de RF. Comprender o tipo de desvanecemento presente nun sistema axuda aos enxeñeiros a escoller as antenas, os métodos de proba e as técnicas de mitigación axeitados.
Esta guía explica o desvanecemento a grande e pequena escala, os canais planos e selectivos en frecuencia, o desvanecemento lento e rápido e os modelos de canais estatísticos máis comúns. Tamén mostra como o patrón da antena, a polarización e a xeometría da proba inflúen nas medicións prácticas de desvanecemento.
Que é o desvanecemento das canles sen fíos?
Un sinal de radio raramente chega a un receptor a través dunha soa ruta ideal. Os edificios, o terreo, os vehículos, os equipos e outros obxectos poden bloquear, reflectir, difractar ou dispersar as ondas electromagnéticas. Polo tanto, poden chegar varias copias do mesmo sinal con diferentes atrasos, amplitudes, fases e ángulos de chegada. A súa combinación pode ser construtiva nunha localización ou frecuencia e destrutiva noutra.
O esvaecemento é diferente da perda determinista de traxectoria no espazo libre. A perda de traxectoria describe a redución xeral da potencia a medida que aumentan a distancia e a frecuencia, mentres que o esvaecemento describe a variación adicional arredor desa media. Os enxeñeiros adoitan clasificar o esvaecemento en dous eixes independentes: escala espacial e selectividade de canle.
Figura 1.As variacións lentas e rápidas no nivel do sinal recibido ilustran diferentes escalas de tempo ou distancia de esvaecemento.
Como se clasifica o desvanecemento inalámbrico
Desvanecemento a grande escaladescribe cambios graduais en distancias relativamente longas, principalmente por variación da perda de traxectoria e sombreamento.Desvanecemento a pequena escaladescribe cambios rápidos en distancias curtas ou intervalos de tempo curtos debido á multitraxectoria e ao movemento.
O desvanecemento a pequena escala pódese clasificar mediante a dispersión de retardo como plano ou selectivo en frecuencia e, mediante a dispersión Doppler, como lento ou rápido. Trátase de clasificacións separadas: un canal pode ser plano e rápido, plano e lento, selectivo en frecuencia e rápido ou selectivo en frecuencia e lento.
Esvaecemento a grande escala: perda de traxectoria e sombreado
Tendencia de perda de traxectoria
A perda de traxectoria é a redución media da potencia recibida coa distancia de propagación. En espazo libre sen obstáculos, a perda está relacionada coa lonxitude de onda e a distancia. Os entornos reais engaden terreo, ruído, efectos atmosféricos e dependencias da altura da antena, polo que os orzamentos de enlace prácticos normalmente usan un modelo de propagación axeitado para o escenario de despregamento.
Esvaecemento da sombra
A sombra prodúcese cando obxectos grandes obstruen parcial ou completamente a traxectoria de propagación directa. Os edificios, as montañas, a maquinaria e as carrozarías dos vehículos poden producir cambios relativamente lentos no nivel recibido a medida que cambian o transmisor, o receptor ou o ambiente circundante. O esvaecemento da sombra adoita representarse estatisticamente arredor da perda media local na traxectoria.
Desvanecemento a pequena escala: multitraxectoria e movemento
Desvanecemento plano fronte a desvanecemento selectivo en frecuencia
Un canal é aproximadamentedesvanecemento planocando a súa largura de banda de coherencia é maior que a largura de banda do sinal ocupado. O canal entón cambia a amplitude e a fase do sinal sen remodelar fortemente o seu espectro.
Unha canle convértese enselectivo de frecuenciacando o ancho de banda do sinal é grande en comparación co ancho de banda de coherencia. Os diferentes compoñentes espectrais experimentan unha ganancia e unha fase diferentes. A causa subxacente é a dispersión de retardo multitraxectoria resoluble, que pode crear interferencias entre símbolos nas ligazóns dixitais.
Esvaecemento lento vs. esvaecemento rápido
Esvaecemento lentosignifica que o canal cambia pouco durante o intervalo de sinalización relevante.Esvaecemento rápidosignifica que o canal cambia significativamente durante ese intervalo. O movemento relativo entre o transmisor, o receptor e os dispersores circundantes produce desprazamentos Doppler e acurta o tempo de coherencia do canal.
| Clasificación | Comparación clave | Efecto típico |
|---|---|---|
| Desvanecemento plano | O ancho de banda do sinal é menor que o ancho de banda de coherencia | Ampla variación de amplitude e fase en todo o sinal |
| selectivo de frecuencia | O ancho de banda do sinal é maior que o ancho de banda de coherencia | Distorsión espectral e posible interferencia entre símbolos |
| Esvaecemento lento | O tempo de coherencia é longo en relación co intervalo de sinalización | Variación gradual a nivel de ligazón |
| Esvaecemento rápido | O tempo de coherencia é curto en relación co intervalo de sinalización | Variación rápida e deterioro relacionado co efecto Doppler |
Modelos estatísticos comúns de desvanecemento
- Desvanecemento de Rayleigh:úsase habitualmente cando non hai un único compoñente dominante na liña de visión e o sinal recibido está formado por moitos compoñentes dispersos.
- Esvaecemento riciano:inclúe un compoñente dominante xunto con compoñentes de traxectoria múltiple dispersos. O factor K de Rician expresa a relación de potencia entre os compoñentes dominantes e difusos.
- Esvaecemento de Nakagami:unha distribución empírica flexible que pode representar un rango de severidades de esvaecemento a través do seu parámetro de forma.
- Desvanecemento de Weibull:outra distribución estatística adaptable empregada para entornos de propagación medidos seleccionados.
A selección do modelo debe basearse no entorno real, a frecuencia, a mobilidade, a configuración da antena e os datos de medición. Os fluxos de traballo modernos de MATLAB usan obxectos comocomunicación.Canle Rayleighecomunicación.RicianChannelen lugar das funcións obsoletas ás que se fai referencia na versión anterior deste artigo.
Figura 3.As distribucións estatísticas de envolvente proporcionan modelos compactos para o comportamento de esvaecemento medido.
Como o desvanecemento afecta o rendemento do sistema RF
O desvanecemento pode reducir a potencia recibida, diminuír a relación sinal-ruído, aumentar a taxa de erro e interromper unha ligazón de radio. O desvanecemento selectivo en frecuencia tamén pode distorsionar as formas de onda de banda ancha, mentres que a rápida variación Doppler pode dificultar a estimación do canal.
Os métodos de mitigación comúns inclúen:
- marxe de enlace axeitada e control automático de ganancia;
- diversidade temporal, de frecuencia, espacial ou de polarización;
- ecualización e deseño de formas de onda multiportadora;
- codificación de canles, entrelazado e modulación adaptativa;
- Procesamento MIMO e dirección de feixe;
- Colocación coidadosa da antena, selección do patrón e control da polarización.
Ningunha técnica elimina por si soa todos os mecanismos de desvanecemento. A estratexia correcta depende das estatísticas do canal, o ancho de banda ocupado, a mobilidade, os requisitos de cobertura e a probabilidade de interrupción aceptable.
Figura 4.Os datos medidos deberían determinar se unha distribución estatística é axeitada para un canal específico.
Selección de antenas para probas de sondeo e desvanecemento de canles
Unha antena non crea o canal de propagación por si mesma, pero inflúe fortemente nas traxectorias e polarizacións que se transmiten ou reciben. A ganancia, o ancho do feixe, o patrón de radiación, a pureza da polarización, a estabilidade de fase e a xeometría de montaxe poden influír no comportamento do canal medido.
Para medicións de canles repetibles ou desvanecemento, documente:
- o rango de frecuencias completo e o ancho de banda de medición instantáneo;
- ganancia da antena e ancho de feixe sobre a frecuencia;
- requisitos de polarización lineal, dual-lineal ou circular;
- altura, orientación, espazamento e estruturas circundantes da antena;
- Conector RF, perda de cable e plano de referencia de calibración;
- movemento do transmisor, do receptor e do dispersor;
- dispersión de retardo, dispersión Doppler e rango dinámico requirido.
Opcións de antena RF MISO
RF MISO deseña e subministra antenas de RF e microondas para traballos de laboratorio, de campo e de integración de sistemas. Dependendo da cobertura e da xeometría de medición requiridas, os enxeñeiros poden considerarantenas de corno de banda anchapara medicións direccionais de banda ancha,antenas logperiódicaspara unha ampla cobertura de frecuencias ouantenas omnidireccionaispara estudos de cobertura e propagación seleccionados.
Revisa a folla de datos do modelo actual para coñecer o rango de frecuencias, a ganancia, a polarización, a ROE, o conector e as dimensións mecánicas. Para a selección específica da aplicación, comparte a banda de proba, o ancho de banda, o patrón requirido, a polarización, as restricións de montaxe e o entorno de medición co equipo de RF MISO.
Debata os seus requisitos de medición de RF
RF MISO pode axudar a identificar opcións de antenas para sondeo de canles, estudos de propagación, avaliación de sistemas inalámbricos e medicións de RF relacionadas.
Explora a capacidade de probas de antenas|Contactar con RF MISO
Referencias e lecturas complementarias
Data de publicación: 14 de agosto de 2023
