Zblakły - Fading

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

W komunikacji bezprzewodowej , blaknięcie jest odmianą tłumienie sygnału z różnych zmiennych. Te zmienne obejmują czas, położenie geograficzne i częstotliwość radiową. Zanikanie jest często modelowane jako proces losowy . Blaknięcie kanał jest kanałem komunikacyjnym, że doświadczenia blaknięcie. W systemach bezprzewodowych zanikanie może być spowodowane propagacją wielościeżkową , określaną jako zanikanie wywołane wielościeżką, pogodą (zwłaszcza deszczem) lub zacienianiem przez przeszkody wpływające na propagację fal , czasami określanym jako zanikanie cienia .

Kluczowe idee

Obecność reflektorów w środowisku otaczającym nadajnik i odbiornik tworzy wiele ścieżek, którymi może przejść transmitowany sygnał. W rezultacie odbiornik widzi superpozycję wielu kopii przesyłanego sygnału, z których każda przechodzi inną ścieżkę. Każda kopia sygnału będzie doświadczać różnic w tłumieniu , opóźnieniu i przesunięciu fazowym podczas podróży od źródła do odbiornika. Może to skutkować konstruktywnymi lub destrukcyjnymi zakłóceniami, wzmacniającymi lub osłabiającymi moc sygnału widzianego w odbiorniku. Silne zakłócenia destrukcyjne są często określane jako głębokie zaniki i mogą powodować chwilową awarię komunikacji z powodu znacznego spadku stosunku sygnału do szumu w kanale .

Typowym przykładem głębokiego zanikania jest doświadczenie zatrzymania się na światłach i usłyszenia, jak transmisja FM przeradza się w statyczną, podczas gdy sygnał jest ponownie odbierany, jeśli pojazd porusza się tylko o ułamek metra. Utrata transmisji spowodowana jest zatrzymaniem się pojazdu w miejscu, w którym sygnał doznał poważnych destrukcyjnych zakłóceń. Telefony komórkowe mogą również wykazywać podobne chwilowe zaniki.

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

Rodzaje

Powolne kontra szybkie zanikanie

Terminy powolne i szybkie zanikanie odnoszą się do szybkości, z jaką zmienia się wielkość i zmiana fazy narzucone przez kanał na sygnał. Czas koherencji jest miarą minimalnego czasu wymaganego, aby zmiana wielkości lub zmiana fazy kanału stały się nieskorelowane 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 narzucone przez kanał można uznać za w przybliżeniu stałe w okresie użytkowania. Powolne zanikanie może być spowodowane zdarzeniami takimi jak zacienienie , gdzie duża przeszkoda, taka jak wzgórze lub duży budynek, zasłania główną ścieżkę sygnału między nadajnikiem a odbiornikiem. Odebrana zmiana mocy spowodowana przez cieniowanie jest często modelowana przy użyciu rozkładu logarytmiczno-normalnego z odchyleniem standardowym zgodnie z modelem utraty ścieżki logarytmiczno-odległościowej .
Szybkie zanikanie występuje, gdy czas koherencji kanału jest mały w stosunku do wymaganego opóźnienia aplikacji. W tym przypadku zmiana amplitudy i fazy narzucone przez kanał zmienia się znacznie w okresie użytkowania.

W kanale o szybkim zaniku nadajnik może wykorzystać zmienność warunków kanału, wykorzystując zróżnicowanie czasowe, aby pomóc zwiększyć odporność komunikacji do chwilowego głębokiego zaniku. Chociaż głębokie zanikanie może tymczasowo wymazać niektóre przesyłane informacje, użycie kodu korekcji błędów w połączeniu z pomyślnie przesłanymi bitami w innych przypadkach czasowych ( przeplatanie ) może umożliwić odzyskanie usuniętych bitów. W kanale wolno zanikającym nie jest możliwe zastosowanie dywersyfikacji czasowej, ponieważ nadajnik widzi tylko jedną realizację kanału w ramach ograniczenia opóźnienia. Dlatego głębokie zanikanie trwa przez cały czas trwania transmisji i nie można go złagodzić za pomocą kodowania.

Czas koherencji kanału jest związany z wielkością znaną jako rozproszenie Dopplera kanału. Gdy użytkownik (lub reflektory w jego otoczeniu) się porusza, prędkość użytkownika powoduje zmianę częstotliwości sygnału przesyłanego 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 kanału sygnału, jest znana jako rozproszenie Dopplera. Kanały o dużym rozproszeniu Dopplera mają składowe sygnału, z których każda zmienia się niezależnie w fazie w czasie. Ponieważ zanikanie zależy od tego, czy składowe sygnału dodają się konstruktywnie czy destrukcyjnie, takie kanały mają bardzo krótki czas koherencji.

Ogólnie rzecz biorąc, czas koherencji jest odwrotnie proporcjonalny do rozproszenia Dopplera, zwykle wyrażanego jako

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

gdzie jest czas koherencji, to rozrzut Dopplera. To równanie jest tylko przybliżeniem, aby być dokładnym, patrz Czas koherencji . $T_{c}$ $D_{s}$

Blokuj blaknięcie

Zanikanie bloków ma miejsce, gdy proces zanikania jest w przybliżeniu stały dla pewnej liczby interwałów symboli. Kanał może być „podwójnie zanikający blok”, gdy zanika blokowo zarówno w dziedzinie czasu, jak i częstotliwości.

Selektywne zanikanie

Zanikanie selektywne lub zanikanie selektywne częstotliwościowo to anomalia propagacji radiowej spowodowana częściowym zniesieniem samego sygnału radiowego — sygnał dociera do odbiornika dwoma różnymi ścieżkami , a przynajmniej jedna z nich ulega zmianie (wydłużeniu lub skróceniu). Zwykle dzieje się to wczesnym wieczorem lub wczesnym rankiem, gdy różne warstwy w jonosferze poruszają się, rozdzielają i łączą. Dwie ścieżki mogą być zarówno skywave lub jeden być groundwave .

Selektywne zanikanie objawia się jako powolne, cykliczne zaburzenie; efekt anulowania lub „null” jest najgłębszy na jednej konkretnej częstotliwości, która stale się zmienia, omiatając odbierany dźwięk .

Ponieważ częstotliwość nośna sygnału zmienia się, wielkość zmiany amplitudy będzie się zmieniać. Pasmo koherencji mierzy odstęp częstotliwości, po którym dwa sygnały będą doświadczać nieskorelowanego zanikania.

W płaskim zaniku pasmo koherencji kanału jest większe niż pasmo sygnału. Dlatego wszystkie składowe częstotliwości sygnału będą doświadczać zanikania w tej samej wielkości.
W zanikaniu selektywnym częstotliwościowo pasmo koherencji kanału jest mniejsze niż pasmo sygnału. Różne składowe częstotliwości sygnału doświadczają zatem nieskorelowanego zanikania.

Ponieważ różne składowe częstotliwości sygnału podlegają niezależnemu wpływowi, jest wysoce nieprawdopodobne, że wszystkie części sygnału zostaną jednocześnie poddane głębokiemu zanikowi. Pewne schematy modulacji, takie jak multipleksowanie z ortogonalnym podziałem częstotliwości (OFDM) i wielokrotny dostęp z podziałem kodowym (CDMA) są dobrze dostosowane do wykorzystywania różnorodności częstotliwości w celu zapewnienia odporności na zanik. OFDM dzieli sygnał szerokopasmowy na wiele wolno modulowanych podnośnych wąskopasmowych , z których każda jest narażona na zanik płaski, a nie zanik selektywny częstotliwościowo. Można temu przeciwdziałać 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 radzenia sobie z każdym echem osobno.

Selektywne częstotliwościowo kanały zanikania 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, aby skompensować skutki interferencji międzysymbolowej .

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

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

Aktualizuj

Upfade to szczególny przypadek zanikania, używany do opisu konstruktywnych zakłóceń w sytuacjach, gdy sygnał radiowy nabiera siły. Niektóre warunki wielościeżkowe powodują zwiększenie amplitudy sygnału w ten sposób, ponieważ sygnały przemieszczające się różnymi ścieżkami docierają do odbiornika w fazie i stają się addytywne do sygnału głównego. W związku z tym całkowity sygnał, który dociera do odbiornika, będzie silniejszy niż sygnał, który byłby w innym przypadku bez warunków wielościeżkowych. Efekt zauważalny jest również w bezprzewodowych systemach LAN .

Modele

Przykładami modeli zanikania dla rozkładu tłumienia są:

Modele zanikania dyspersyjnego , z kilkoma echami, z których każde narażone jest na inne opóźnienie, wzmocnienie i przesunięcie fazowe, często stałe. Powoduje to zanikanie selektywne częstotliwościowo i zakłócenia międzysymbolowe. Zyski mogą być rozdzielone przez Rayleigha lub Riciana. Echa mogą być również narażone na przesunięcie Dopplera, co skutkuje zmiennym w czasie modelem kanału.
Zanikanie Nakagami
Log-normalne zanikanie cieni
Zanikanie Rayleigha
Rician blaknięcie
Dwie fale z zanikaniem mocy rozproszonej (TWDP)
Zanikanie Weibulla

Łagodzenie

Zanikanie może powodować słabą wydajność systemu komunikacyjnego, ponieważ może powodować utratę mocy sygnału bez zmniejszania mocy szumu. Ta utrata sygnału może obejmować część lub całą szerokość pasma sygnału. Zanikanie może również stanowić problem, ponieważ zmienia się w czasie: systemy komunikacyjne są często projektowane tak, aby dostosowywać się do takich upośledzeń, ale zanikanie może zmieniać się szybciej niż można dokonać adaptacji. W takich przypadkach prawdopodobieństwo wystąpienia zaniku (i związanych z nim błędów bitowych w miarę spadku stosunku sygnału do szumu ) w kanale staje się czynnikiem ograniczającym wydajność łącza.

Skutki zanikania można zwalczać za pomocą różnorodności do przesyłania sygnału przez wiele kanałów, które doświadczają niezależnego zanikania i spójnego łączenia ich w odbiorniku. Prawdopodobieństwo wystąpienia zanikania w tym kanale kompozytowym jest wtedy proporcjonalne do prawdopodobieństwa, że wszystkie kanały składowe jednocześnie doświadczają zanikania, co jest znacznie bardziej nieprawdopodobnym zdarzeniem.

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

Oprócz różnorodności, techniki takie jak stosowanie cyklicznych prefiksów (np. w OFDM ) oraz estymacja i wyrównanie kanałów mogą być również wykorzystywane do przeciwdziałania zanikowi.

Zobacz też

Bibliografia

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] & Z. Li, An Integrative Overview of the Open Literature's Empirical Data on the Indoor Radiowave's Temporal Properties, [2] IEEE Transactions on Antennas & Propagation, tom. 56, nie. 5, s. 1451-1468, maj 2008.
P. Barsocchi, Modele kanałów dla naziemnej komunikacji bezprzewodowej: ankieta , raport techniczny CNR- ISTI , kwiecień 2006.

Zewnętrzne linki

Zanikanie z powodu efektu wielościeżkowego

Languages

In other projects