Zblakły

Zmienne w czasie zanikanie selektywne pod względem częstotliwości powoduje pojawienie się na spektrogramie mętnego wzoru . Czas jest pokazany na osi poziomej, częstotliwość na osi pionowej, a siła sygnału jako intensywność w skali szarości.

W komunikacji bezprzewodowej zanikanie to zmiana tłumienia sygnału z różnymi zmiennymi. Zmienne te obejmują czas, położenie geograficzne i częstotliwość radiową. Blaknięcie jest często modelowane jako proces losowy . Zanikający kanał to kanał komunikacyjny, który doświadcza zanikania. W systemach bezprzewodowych zanikanie może być spowodowane propagacją wielościeżkową , określaną jako zanikanie wywołane wielościeżkowo, pogodą (zwłaszcza deszczem) lub cieniem od przeszkód wpływających na propagację fal , czasami określanym jako zanikanie cienia .

Kluczowe idee

Obecność reflektorów w otoczeniu nadajnika i odbiornika tworzy wiele ścieżek, po których może przejść przesyłany sygnał. W rezultacie odbiornik widzi superpozycję wielu kopii przesyłanego sygnału, z których każda przechodzi inną ścieżkę. Każda kopia sygnału doświadcza różnic w tłumieniu , opóźnieniu i przesunięciu fazowym podczas podróży od źródła do odbiornika. Może to skutkować konstruktywnymi lub destrukcyjnymi zakłóceniami, wzmacniając lub osłabiając moc sygnału odbieranego przez odbiornik. Silna destrukcyjna interferencja jest często określana jako głębokie zanikanie sygnału i może powodować chwilową awarię komunikacji z powodu poważnego spadku stosunku sygnału do szumu w kanale .

Typowym przykładem głębokiego zanikania jest doświadczenie zatrzymania się na światłach i słuchania, jak audycja FM przeradza się w zakłócenia, podczas gdy sygnał jest ponownie odbierany, jeśli pojazd porusza się tylko o ułamek metra. Utrata transmisji jest spowodowana zatrzymaniem pojazdu w miejscu, w którym sygnał uległ poważnym destrukcyjnym zakłóceniom. Telefony komórkowe mogą również wykazywać podobne chwilowe zaniki.

Modele zanikających kanałów są często używane do modelowania skutków elektromagnetycznej transmisji informacji drogą powietrzną w sieciach komórkowych i komunikacji rozgłoszeniowej. Modele kanałów zanikających są również wykorzystywane w podwodnej komunikacji akustycznej do modelowania zniekształceń powodowanych przez wodę.

typy

Powolne kontra szybkie zanikanie

Terminy wolne i szybkie zanikanie odnoszą się do szybkości, z jaką zmienia się wielkość i faza narzucone przez kanał na sygnał. Czas koherencji jest miarą minimalnego czasu wymaganego, aby zmiana wielkości lub zmiana fazy kanału stała się nieskorelowana z jego poprzednią wartością.

Powolne zanikanie pojawia się, gdy czas koherencji kanału jest duży w stosunku do wymaganego opóźnienia aplikacji. W tym reżimie amplitudę i zmianę fazy narzuconą przez kanał można uznać za mniej więcej stałą w okresie użytkowania. Powolne zanikanie może być spowodowane zdarzeniami, takimi jak zacienienie , gdy duża przeszkoda, taka jak wzgórze lub duży budynek, przesłania główną ścieżkę sygnału między nadajnikiem a odbiornikiem. Odbierana zmiana mocy spowodowana cieniowaniem jest często modelowana przy użyciu rozkładu logarytmiczno-normalnego z odchyleniem standardowym zgodnie z modelem utraty ścieżki logarytmicznej .
Szybkie zanikanie występuje, gdy czas koherencji kanału jest mały w stosunku do wymaganego opóźnienia aplikacji. W tym przypadku zmiana amplitudy i fazy wymuszona przez kanał zmienia się znacznie w okresie użytkowania.

W szybko zanikającym kanale nadajnik może wykorzystać zmiany warunków kanału, wykorzystując zróżnicowanie czasowe, aby pomóc zwiększyć odporność komunikacji na tymczasowe głębokie zanikanie. Chociaż głębokie zanikanie może tymczasowo wymazać niektóre przesyłane informacje, użycie kodu korekcji błędów w połączeniu z pomyślnie przesłanymi bitami w innych przypadkach ( przeplatanie ) może pozwolić na odzyskanie wymazanych bitów. W kanale wolno zanikającym nie jest możliwe stosowanie dywersyfikacji czasowej, ponieważ nadajnik widzi tylko jedną realizację kanału w ramach swojego ograniczenia opóźnienia. Dlatego głębokie zanikanie trwa przez cały czas transmisji i nie można go złagodzić za pomocą kodowania.

Czas koherencji kanału jest powiązany z wielkością znaną jako rozrzut Dopplera kanału. Kiedy użytkownik (lub reflektory w jego otoczeniu) się porusza, prędkość użytkownika powoduje zmianę częstotliwości sygnału transmitowanego wzdłuż każdej ścieżki sygnału. Zjawisko to znane jest jako przesunięcie Dopplera . Sygnały przemieszczające się różnymi ścieżkami mogą mieć różne przesunięcia Dopplera, odpowiadające różnym szybkościom zmian fazy. Różnica w przesunięciach Dopplera między różnymi składowymi sygnału, przyczyniająca się do zanikania sygnału, jest znana jako rozrzut Dopplera. Kanały o dużym rozkładzie Dopplera mają składowe sygnału, z których każdy zmienia się niezależnie w fazie w czasie. Ponieważ zanikanie zależy od tego, czy składowe sygnału dodają się konstruktywnie, czy destruktywnie, takie kanały mają bardzo krótki czas koherencji.

Ogólnie czas koherencji jest odwrotnie proporcjonalny do rozrzutu Dopplera, zwykle wyrażany jako

{\ Displaystyle T_ {c} \ około {\ Frac {1} {D_ {s}}}}

gdzie $jest$ czasem $koherencji$ rozrzutem To równanie jest tylko przybliżeniem, aby być dokładnym, patrz Czas koherencji .

Zanikanie bloku

Zanikanie blokowe ma miejsce, gdy proces zanikania jest w przybliżeniu stały przez pewną liczbę przedziałów symboli. Kanał może mieć „podwójne zanikanie blokowe”, gdy jest zanikaniem blokowym zarówno w dziedzinie czasu, jak i częstotliwości. Wiele kanałów komunikacji bezprzewodowej jest z natury dynamicznych i często modeluje się je jako zanikające bloki. W tych kanałach każdy blok symbolu przechodzi statystycznie niezależną transformację. Zazwyczaj wolno zmieniające się kanały oparte na modelu Jakesa widma Rayleigha są używane do zanikania bloków w OFDM .

Selektywne blaknięcie

Selektywne zanikanie lub selektywne zanikanie częstotliwości to anomalia propagacji radiowej spowodowana częściowym zniesieniem samego sygnału radiowego — sygnał dociera do odbiornika dwoma różnymi ścieżkami , z których co najmniej jedna ścieżka się zmienia (wydłuża lub skraca). Zwykle dzieje się to wczesnym wieczorem lub wczesnym rankiem, gdy różne warstwy jonosfery poruszają się, rozdzielają i łączą. Obie ścieżki mogą być falą podniebną lub jedną falą naziemną .

Selektywne zanikanie objawia się jako powolne, cykliczne zaburzenie; efekt anulowania lub „zerowy” jest najgłębszy przy jednej określonej częstotliwości, która stale się zmienia, przechodząc przez odbierany dźwięk .

Ponieważ zmienia się częstotliwość nośna sygnału, wielkość zmiany amplitudy będzie się zmieniać. Szerokość pasma koherencji mierzy odstęp częstotliwości, po którym dwa sygnały doznają nieskorelowanego zaniku.

W zanikaniu płaskim szerokość pasma koherencji kanału jest większa niż szerokość pasma sygnału. Dlatego wszystkie składowe częstotliwości sygnału będą doświadczać tej samej wielkości zaniku.
W zanikaniu selektywnym częstotliwościowo szerokość pasma koherencji kanału jest mniejsza niż szerokość pasma sygnału. Różne składowe częstotliwościowe sygnału doświadczają zatem nieskorelowanego zaniku.

Ponieważ różne składowe częstotliwości sygnału są zmieniane niezależnie, jest wysoce nieprawdopodobne, że głębokie zanikanie wpłynie jednocześnie na wszystkie części sygnału. Pewne schematy modulacji, takie jak multipleksowanie z ortogonalnym podziałem częstotliwości (OFDM) i wielodostęp z podziałem kodowym (CDMA), dobrze nadają się do stosowania różnorodności częstotliwości w celu zapewnienia odporności na zanikanie. OFDM dzieli sygnał szerokopasmowy na wiele wolno modulowanych podnośnych wąskopasmowych , z których każda jest narażona na płaskie zanikanie, a nie zanikanie selektywne względem częstotliwości. Można temu zaradzić za pomocą kodowania błędów , prostej korekcji lub adaptacyjnego ładowania bitów. Interferencji między symbolami można uniknąć, wprowadzając odstęp ochronny między symbolami zwany prefiksem cyklicznym . CDMA używa odbiornika rake do oddzielnego radzenia sobie z każdym echem.

Kanały zanikające z selektywnością częstotliwości są również rozproszone , ponieważ energia sygnału związana z każdym symbolem jest rozłożona w czasie. Powoduje to, że przesyłane symbole, które sąsiadują ze sobą w czasie, zakłócają się nawzajem. Korektory są często stosowane w takich kanałach w celu skompensowania skutków interferencji międzysymbolowej .

Echa mogą być również narażone na przesunięcie Dopplera , co skutkuje zmiennym w czasie modelem kanału.

Efektowi temu można przeciwdziałać, stosując pewien schemat dywersyfikacji , na przykład OFDM (z przeplataniem podnośnych i korekcją błędów przesyłania ), lub stosując dwa odbiorniki z oddzielnymi antenami oddalonymi od siebie o ćwierć długości fali lub specjalnie zaprojektowany odbiornik dywersyfikacji z dwiema antenami. Taki odbiornik w sposób ciągły porównuje sygnały docierające do dwóch anten i prezentuje lepszy sygnał.

Upfadować

Upfade to szczególny przypadek zanikania, używany do opisania konstruktywnej interferencji w sytuacjach, gdy sygnał radiowy zyskuje na sile. Niektóre warunki wielościeżkowe powodują zwiększenie amplitudy sygnału w ten sposób, ponieważ sygnały przemieszczające się różnymi ścieżkami docierają do odbiornika w fazie i sumują się z sygnałem głównym. W związku z tym całkowity sygnał docierający do odbiornika będzie silniejszy niż sygnał, który byłby w innym przypadku bez warunków wielościeżkowych. Efekt jest zauważalny również w bezprzewodowych systemach LAN.

modele

Przykładami modeli zanikania rozkładu tłumienia są:

Dyspersyjne modele zanikające, z kilkoma echami, z których każde jest narażone na inne opóźnienie, wzmocnienie i przesunięcie fazowe, często stałe. Powoduje to selektywne zanikanie częstotliwości i interferencję międzysymbolową. Zyski mogą być dystrybuowane według Rayleigha lub Riciana. Echa mogą być również narażone na przesunięcie Dopplera, co skutkuje zmiennym w czasie modelem kanału.
Zanikanie Nakagamiego
Log-normalne zanikanie cienia
Zanikanie Rayleigha
Zanikanie Ricia
Dwufalowe zanikanie mocy rozproszonej (TWDP).
Zanikanie Weibulla

Łagodzenie

Zanikanie może powodować słabą wydajność w systemie komunikacyjnym, ponieważ może powodować utratę mocy sygnału bez zmniejszania mocy szumu. Ta utrata sygnału może dotyczyć części lub całej szerokości pasma sygnału. Zanikanie może również stanowić problem, ponieważ zmienia się w czasie: systemy komunikacyjne są często projektowane w celu przystosowania się do takich upośledzeń, ale zanikanie może zmieniać się szybciej, niż można dokonać adaptacji. W takich przypadkach prawdopodobieństwo wystąpienia zaniku (i związanych z tym błędów bitowych, gdy stosunek sygnału do szumu spada) w kanale staje się czynnikiem ograniczającym wydajność łącza.

Efekty zanikania można zwalczyć, stosując różnorodność do przesyłania sygnału przez wiele kanałów, które doświadczają niezależnego zanikania i spójnie łącząc je w odbiorniku. Prawdopodobieństwo wystąpienia zaniku w tym kanale złożonym jest wtedy proporcjonalne do prawdopodobieństwa, że wszystkie kanały składowe jednocześnie doznają zaniku, co jest zdarzeniem znacznie mniej prawdopodobnym.

Różnorodność można osiągnąć w czasie, częstotliwości lub przestrzeni. Typowe techniki stosowane w celu przezwyciężenia zaniku sygnału obejmują:

Poza różnorodnością, techniki takie jak stosowanie prefiksu cyklicznego (np. w OFDM ) oraz estymacja i korekcja kanałów mogą być również wykorzystywane do radzenia sobie z zanikaniem.

Zobacz też

Literatura

TS Rappaport, Komunikacja bezprzewodowa: zasady i praktyka , wydanie drugie, Prentice Hall, 2002.
David Tse i Pramod Viswanath, Podstawy komunikacji bezprzewodowej , Cambridge University Press, 2005.
M. Awad, KT Wong [1] ^{[ stały martwy link ]} i Z. Li, Integracyjny przegląd danych empirycznych z otwartej literatury na temat właściwości czasowych wewnętrznego kanału radiowego, [2] IEEE Transactions on Antennas & Propagation, tom. 56, nr. 5, s. 1451–1468, maj 2008.
P. Barsocchi, Modele kanałów dla naziemnej komunikacji bezprzewodowej: ankieta , raport techniczny CNR- ISTI , kwiecień 2006.

Linki zewnętrzne

Zanikanie z powodu efektu wielościeżkowego