Esvaïment del canal sense filés la variació de l'amplitud, la fase o la potència del senyal rebut causada per canvis en la ruta de propagació. Pot reduir el marge d'enllaç, distorsionar els senyals de banda ampla i dificultar la reproducció de les mesures de RF. Comprendre el tipus de fading present en un sistema ajuda els enginyers a triar les antenes, els mètodes de prova i les tècniques de mitigació adequats.
Aquesta guia explica els esvaïments a gran i petita escala, els canals plans i selectius de freqüència, els esvaïments lents i ràpids i els models de canal estadístics més comuns. També mostra com el patró d'antena, la polarització i la geometria de prova influeixen en les mesures pràctiques d'esvaïment.
Què és l'esvaïment del canal sense fil?
Un senyal de ràdio rarament arriba a un receptor a través d'un sol camí ideal. Els edificis, el terreny, els vehicles, els equips i altres objectes poden bloquejar, reflectir, difractar o dispersar les ones electromagnètiques. Per tant, poden arribar múltiples còpies del mateix senyal amb diferents retards, amplituds, fases i angles d'arribada. La seva combinació pot ser constructiva en una ubicació o freqüència i destructiva en una altra.
L'esvaïment és diferent de la pèrdua determinista de trajectòria a l'espai lliure. La pèrdua de trajectòria descriu la reducció general de la potència a mesura que augmenten la distància i la freqüència, mentre que l'esvaïment descriu una variació addicional al voltant d'aquesta mitjana. Els enginyers solen classificar l'esvaïment en dos eixos independents: l'escala espacial i la selectivitat del canal.
Figura 1.Les variacions lentes i ràpides en el nivell del senyal rebut il·lustren diferents escales de temps o distància d'esvaïment.
Com es classifica l'esvaïment sense fil
Esvaïment a gran escaladescriu canvis graduals al llarg de distàncies relativament llargues, principalment a causa de la variació de la pèrdua de trajectòria i l'ombra.Esvaïment a petita escaladescriu canvis ràpids en distàncies curtes o intervals de temps curts a causa de la multicamí i el moviment.
L'esvaïment a petita escala es pot classificar per dispersió de retard com a pla o selectiu en freqüència, i per dispersió Doppler com a lent o ràpid. Aquestes són classificacions separades: un canal pot ser pla i ràpid, pla i lent, selectiu en freqüència i ràpid, o selectiu en freqüència i lent.
Esvaïment a gran escala: pèrdua de trajectòria i ombres
Tendència de pèrdua de trajectòria
La pèrdua de trajectòria és la reducció mitjana de la potència rebuda amb la distància de propagació. En un espai lliure sense obstacles, la pèrdua està relacionada amb la longitud d'ona i la distància. Els entorns reals afegeixen terreny, desordre, efectes atmosfèrics i dependències de l'alçada de l'antena, de manera que els pressupostos d'enllaç pràctics normalment utilitzen un model de propagació adequat a l'escenari de desplegament.
Ombra esvaïda
L'ombra es produeix quan objectes grans obstrueixen parcialment o completament la via de propagació directa. Els edificis, els turons, la maquinària i les carrosseries de vehicles poden produir canvis relativament lents en el nivell rebut a mesura que canvien el transmissor, el receptor o l'entorn circumdant. L'esvaïment de l'ombra sovint es representa estadísticament al voltant de la pèrdua mitjana de via local.
Esvaïment a petita escala: multicamí i moviment
Esvaïment pla vs. esvaïment selectiu de freqüència
Un canal és aproximadamentesvaïment plaquan el seu ample de banda de coherència és més ampli que l'ample de banda del senyal ocupat. El canal canvia llavors l'amplitud i la fase del senyal sense remodelar fortament el seu espectre.
Un canal esdevéselectiu de freqüènciaquan l'amplada de banda del senyal és gran en comparació amb l'amplada de banda de coherència. Diferents components espectrals experimenten guanys i fases diferents. La causa subjacent és la dispersió de retard multicamí resoluble, que pot crear interferències entre símbols en enllaços digitals.
Esvaïment lent vs. esvaïment ràpid
Esvaïment lentsignifica que el canal canvia poc durant l'interval de senyalització rellevant.Esvaïment ràpidsignifica que el canal canvia significativament durant aquest interval. El moviment relatiu entre el transmissor, el receptor i els dispersors circumdants produeix desplaçaments Doppler i escurça el temps de coherència del canal.
| Classificació | Comparació clau | Efecte típic |
|---|---|---|
| Esvaïment pla | L'amplada de banda del senyal és més petita que l'amplada de banda de coherència | Àmplia variació d'amplitud i fase a tot el senyal |
| selectivitat de freqüència | L'amplada de banda del senyal és més gran que l'amplada de banda de coherència | Distorsió espectral i possible interferència intersímbolica |
| Esvaïment lent | El temps de coherència és llarg en relació amb l'interval de senyalització | Variació gradual a nivell d'enllaç |
| Esvaïment ràpid | El temps de coherència és curt en relació amb l'interval de senyalització | Variació ràpida i deteriorament relacionat amb Doppler |
Models estadístics comuns de fading
- Esvaïment de Rayleigh:S'utilitza habitualment quan no hi ha cap component dominant en la línia de visió i el senyal rebut està format per molts components dispersos.
- Esvaïment de Rici:inclou un component dominant juntament amb components multicamí dispersos. El factor K de Ricià expressa la relació de potència entre els components dominant i difús.
- Esvaïment de Nakagami:una distribució empírica flexible que pot representar un rang de severitats d'esvaïment a través del seu paràmetre de forma.
- Esvaïment de Weibull:una altra distribució estadística adaptable utilitzada per a entorns de propagació mesurats seleccionats.
La selecció del model s'ha de basar en l'entorn real, la freqüència, la mobilitat, la configuració de l'antena i les dades de mesura. Els fluxos de treball moderns de MATLAB utilitzen objectes com aracomm.RayleighChannelicomm.RicianChannelen lloc de les funcions obsoletes a les quals es fa referència a la versió anterior d'aquest article.
Figura 3.Les distribucions estadístiques de l'envolupant proporcionen models compactes per al comportament d'esvaïment mesurat.
Com afecta l'esvaïment al rendiment del sistema RF
L'esvaïment pot reduir la potència rebuda, disminuir la relació senyal-soroll, augmentar la taxa d'error i interrompre un enllaç de ràdio. L'esvaïment selectiu de freqüència també pot distorsionar les formes d'ona de banda ampla, mentre que la variació Doppler ràpida pot dificultar l'estimació del canal.
Els mètodes de mitigació habituals inclouen:
- marge d'enllaç adequat i control automàtic de guany;
- diversitat de temps, freqüència, espacial o polarització;
- equalització i disseny de formes d'ona multiportadora;
- codificació de canals, entrellaçament i modulació adaptativa;
- Processament MIMO i direcció de feix;
- Col·locació acurada de l'antena, selecció del patró i control de la polarització.
Cap tècnica elimina per si sola tots els mecanismes de fading. L'enfocament correcte depèn de les estadístiques del canal, l'amplada de banda ocupada, la mobilitat, els requisits de cobertura i la probabilitat acceptable de tall de servei.
Figura 4.Les dades mesurades han de determinar si una distribució estadística és adequada per a un canal específic.
Selecció d'antena per a proves de sondeig i esvaïment de canals
Una antena no crea el canal de propagació per si mateixa, però afecta fortament quins camins i polaritzacions es transmeten o es reben. El guany, l'amplada del feix, el patró de radiació, la puresa de la polarització, l'estabilitat de fase i la geometria del muntatge poden influir en el comportament del canal mesurat.
Per a mesures de canal repetible o esvaïment, documenteu:
- el rang de freqüències complet i l'amplada de banda de mesura instantània;
- guany d'antena i amplada de feix sobre freqüència;
- requisits de polarització lineal, dual-lineal o circular;
- alçada, orientació, espaiament i estructures circumdants de l'antena;
- Connector RF, pèrdua de cable i pla de referència de calibratge;
- moviment del transmissor, del receptor i del dispersor;
- dispersió de retard, dispersió Doppler i rang dinàmic requerit.
Opcions d'antena RF MISO
RF MISO dissenya i subministra antenes de RF i microones per a treballs de laboratori, camp i integració de sistemes. Depenent de la cobertura i la geometria de mesura requerides, els enginyers poden considerarantenes de trompeta de banda amplaper a mesures direccionals de banda ampla,antenes logperiòdiquesper a una àmplia cobertura de freqüències, oantenes omnidireccionalsper a estudis de cobertura i propagació seleccionats.
Reviseu la fitxa tècnica del model actual per al rang de freqüència, el guany, la polarització, la ROE, el connector i les dimensions mecàniques. Per a la selecció específica de l'aplicació, compartiu la banda de prova, l'amplada de banda, el patró requerit, la polarització, les restriccions de muntatge i l'entorn de mesura amb l'equip de RF MISO.
Parla sobre els teus requisits de mesurament de RF
RF MISO pot ajudar a identificar opcions d'antena per al sondeig de canals, estudis de propagació, avaluació de sistemes sense fil i mesures de RF relacionades.
Explora la capacitat de prova d'antenes|Contacteu amb RF MISO
Referències i lectures addicionals
Data de publicació: 14 d'agost de 2023
