Úbytek bezdrátového kanáluje změna amplitudy, fáze nebo výkonu přijímaného signálu způsobená změnami v dráze šíření. Může snížit rezervu spojení, zkreslit širokopásmové signály a ztížit reprodukci RF měření. Pochopení typu úniku signálu v systému pomáhá inženýrům vybrat vhodné antény, testovací metody a techniky zmírnění negativních dopadů.
Tato příručka vysvětluje únik signálu ve velkém a malém měřítku, ploché a frekvenčně selektivní kanály, pomalé a rychlé únik signálu a nejběžnější statistické modely kanálů. Také ukazuje, jak anténní diagram, polarizace a geometrie testu ovlivňují praktická měření úniku signálu.
Co je to slábnutí bezdrátového kanálu?
Rádiový signál se k přijímači zřídka dostane pouze jednou ideální cestou. Budovy, terén, vozidla, zařízení a další objekty mohou blokovat, odrážet, difraktovat nebo rozptylovat elektromagnetické vlny. Více kopií stejného signálu proto může dorazit s různým zpožděním, amplitudou, fází a úhlem dopadu. Jejich kombinace může být v jednom místě nebo na jedné frekvenci konstruktivní a v jiném destruktivní.
Slábnutí se liší od deterministické ztráty signálu ve volném prostoru. Ztráta signálu popisuje obecné snížení výkonu se zvyšující se vzdáleností a frekvencí, zatímco slábnutí popisuje další odchylky kolem tohoto průměru. Inženýři obvykle klasifikují slábnutí podle dvou nezávislých os: prostorového měřítka a selektivity kanálu.
Obrázek 1.Pomalé a rychlé změny úrovně přijímaného signálu ilustrují různé stupnice doby úniku nebo vzdálenosti.
Jak je klasifikováno bezdrátové slábnutí
Rozsáhlé blednutípopisuje postupné změny na relativně dlouhých vzdálenostech, zejména v důsledku změn ztráty dráhy a stínování.Malé slábnutípopisuje rychlé změny na krátkých vzdálenostech nebo v krátkých časových intervalech v důsledku vícecestného šíření a pohybu.
Malé slábnutí lze pak podle rozptylu zpoždění klasifikovat jako ploché nebo frekvenčně selektivní a podle Dopplerova rozptylu jako pomalé nebo rychlé. Jedná se o samostatné klasifikace: kanál může být plochý a rychlý, plochý a pomalý, frekvenčně selektivní a rychlý nebo frekvenčně selektivní a pomalý.
Velkoobjemové slábnutí: Ztráta signálu a stínování
Trend ztráty cesty
Ztráta signálu na trase je průměrné snížení přijímaného výkonu s rostoucí vzdáleností šíření. V nerušeném volném prostoru ztráta souvisí s vlnovou délkou a vzdáleností. Reálná prostředí přidávají vlivy terénu, rušení, atmosférické vlivy a výšky antény, takže praktické rozpočty na spojení obvykle používají model šíření signálu vhodný pro daný scénář nasazení.
Blednutí stínů
Ke stínování dochází, když velké objekty částečně nebo úplně blokují přímou cestu šíření. Budovy, kopce, stroje a karoserie vozidel mohou způsobovat relativně pomalé změny úrovně příjmu, jakmile se mění vysílač, přijímač nebo okolní prostředí. Slábnutí stínu je často statisticky znázorněno kolem lokální střední ztráty signálu.
Malé slábnutí: Vícecestné šíření a pohyb
Ploché slábnutí vs. frekvenčně selektivní slábnutí
Kanál je přibližněploché blednutíkdyž je jeho koherenční šířka pásma širší než obsazená šířka pásma signálu. Kanál pak mění amplitudu a fázi signálu, aniž by výrazně přetvářel své spektrum.
Kanál se stáváfrekvenčně selektivníkdyž je šířka pásma signálu velká ve srovnání s šířkou pásma koherence. Různé spektrální složky vykazují různé zesílení a fázi. Základní příčinou je rozlišitelné vícecestné zpoždění, které může v digitálních spojích vytvářet mezisymbolovou interferenci.
Pomalé blednutí vs. rychlé blednutí
Pomalé blednutíznamená, že se kanál během příslušného signalizačního intervalu mění jen málo.Rychlé blednutíznamená, že se kanál v tomto intervalu významně mění. Relativní pohyb mezi vysílačem, přijímačem a okolními rozptylovými prvky způsobuje Dopplerovy posuny a zkracuje koherenční čas kanálu.
| Klasifikace | Klíčové srovnání | Typický účinek |
|---|---|---|
| Ploché blednutí | Šířka pásma signálu je menší než šířka pásma koherence | Široká amplitudová a fázová variace v celém signálu |
| Frekvenčně selektivní | Šířka pásma signálu je větší než šířka pásma koherence | Spektrální zkreslení a možná interference mezi symboly |
| Pomalé blednutí | Doba koherence je dlouhá v porovnání s intervalem signalizace | Postupná variace na úrovni odkazů |
| Rychlé blednutí | Doba koherence je krátká v porovnání se signálním intervalem | Rychlé změny a poškození související s Dopplerovým efektem |
Běžné statistické modely slábnutí
- Rayleighův úbytek:běžně se používá, když není přítomna žádná dominantní složka v přímé viditelnosti a přijímaný signál je tvořen mnoha rozptýlenými složkami.
- Riciánské blednutí:zahrnuje dominantní složku spolu s rozptýlenými vícecestnými složkami. Ricianův K-faktor vyjadřuje poměr výkonu mezi dominantní a difúzní složkou.
- Nakagamiho slábnutí:flexibilní empirické rozdělení, které může prostřednictvím svého parametru tvaru reprezentovat rozsah stupňů úniku.
- Weibullovo slábnutí:další adaptabilní statistické rozdělení používané pro vybraná měřená prostředí šíření.
Výběr modelu musí být založen na skutečném prostředí, frekvenci, mobilitě, konfiguraci antény a naměřených datech. Moderní pracovní postupy v MATLABu používají objekty jako napříkladkomunikace RayleighChannelakomunikace.RicianChannelspíše než zastaralé funkce zmíněné v předchozí verzi tohoto článku.
Obrázek 3.Statistické obálkové distribuce poskytují kompaktní modely pro měřené chování úniku.
Jak slábnutí ovlivňuje výkon RF systému
Slábnutí může snížit přijímaný výkon, snížit poměr signálu k šumu, zvýšit chybovost a přerušit rádiové spojení. Frekvenčně selektivní slábnutí může také zkreslit širokopásmové průběhy, zatímco rychlé Dopplerovy změny mohou ztížit odhad kanálu.
Mezi běžné metody zmírňování dopadů patří:
- dostatečná rezerva linky a automatická regulace zisku;
- časová, frekvenční, prostorová nebo polarizační diverzita;
- návrh vyrovnávání a vícenosných vln;
- kódování kanálů, prokládání a adaptivní modulace;
- Zpracování MIMO a řízení paprsku;
- pečlivé umístění antény, výběr diagramu a řízení polarizace.
Žádná jednotlivá technika nevylučuje všechny mechanismy slábnutí. Správný přístup závisí na statistikách kanálu, obsazené šířce pásma, mobilitě, požadavcích na pokrytí a přijatelné pravděpodobnosti výpadku.
Obrázek 4.Naměřená data by měla určit, zda je statistické rozdělení vhodné pro konkrétní kanál.
Výběr antény pro testy sondování kanálů a úniku signálu
Anténa sama o sobě nevytváří šířicí kanál, ale silně ovlivňuje, které cesty a polarizace jsou vysílány nebo přijímány. Zisk, šířka paprsku, vyzařovací diagram, čistota polarizace, fázová stabilita a geometrie montáže mohou ovlivnit chování měřeného kanálu.
Pro opakovatelná měření kanálu nebo úniku signálu zdokumentujte:
- kompletní frekvenční rozsah a okamžitá šířka pásma měření;
- zisk antény a šířka paprsku v závislosti na frekvenci;
- požadavky na lineární, duálně lineární nebo kruhovou polarizaci;
- výška antény, orientace, rozestup a okolní struktury;
- RF konektor, ztráta kabelu a referenční rovina kalibrace;
- pohyb vysílače, přijímače a rozptylu;
- rozptyl zpoždění, Dopplerův rozptyl a požadovaný dynamický rozsah.
Možnosti antén RF MISO
Společnost RF MISO navrhuje a dodává rádiové a mikrovlnné antény pro laboratorní, terénní a systémové integrační práce. V závislosti na požadovaném pokrytí a geometrii měření mohou inženýři zvážit...širokopásmové trychtýřové anténypro směrová širokopásmová měření,logaritmicko-periodické anténypro široké frekvenční pokrytí, nebovšesměrové anténypro vybrané studie pokrytí a šíření.
Projděte si aktuální datový list modelu, kde naleznete informace o frekvenčním rozsahu, zisku, polarizaci, PSV, konektoru a mechanických rozměrech. Pro výběr specifický pro danou aplikaci sdělte týmu RF MISO informace o testovacím pásmu, šířce pásma, požadovaném diagramu, polarizaci, montážních omezeních a prostředí měření.
Prodiskutujte své požadavky na měření RF
RF MISO může pomoci identifikovat možnosti antén pro sondování kanálů, studie šíření signálu, vyhodnocení bezdrátových systémů a související RF měření.
Odkazy a další informace
Čas zveřejnění: 14. srpna 2023
