Dissolvenza nelle comunicazioni wirelessSi tratta della variazione di ampiezza, fase o potenza del segnale ricevuto causata da cambiamenti nel percorso di propagazione. Può ridurre il margine di collegamento, distorcere i segnali a banda larga e rendere difficili da riprodurre le misurazioni RF. Comprendere il tipo di fading presente in un sistema aiuta gli ingegneri a scegliere antenne, metodi di test e tecniche di mitigazione appropriati.
Questa guida illustra l'attenuazione su larga e piccola scala, i canali piatti e selettivi in frequenza, l'attenuazione lenta e veloce e i modelli di canale statistici più comuni. Mostra inoltre come il diagramma di radiazione dell'antenna, la polarizzazione e la geometria di prova influenzino le misurazioni pratiche dell'attenuazione.
Cos'è l'attenuazione del canale wireless?
Un segnale radio raramente raggiunge un ricevitore percorrendo un unico percorso ideale. Edifici, terreno, veicoli, apparecchiature e altri oggetti possono bloccare, riflettere, diffrangere o disperdere le onde elettromagnetiche. Pertanto, più copie dello stesso segnale possono arrivare con ritardi, ampiezze, fasi e angoli di arrivo differenti. La loro combinazione può essere costruttiva in una determinata posizione o frequenza e distruttiva in un'altra.
Il fading è diverso dalla perdita di percorso deterministica nello spazio libero. La perdita di percorso descrive la riduzione generale della potenza all'aumentare della distanza e della frequenza, mentre il fading descrive la variazione aggiuntiva attorno a tale media. Gli ingegneri solitamente classificano il fading in base a due assi indipendenti: scala spaziale e selettività del canale.
Figura 1.Variazioni lente e rapide del livello del segnale ricevuto illustrano diverse scale di tempo o distanza di attenuazione.
Come viene classificato lo svanimento wireless
Sbiadimento su larga scaladescrive cambiamenti graduali su distanze relativamente lunghe, principalmente dovuti a variazioni di attenuazione del segnale e ombreggiatura.sbiadimento su piccola scalaDescrive rapidi cambiamenti su brevi distanze o brevi intervalli di tempo dovuti a percorsi multipli e movimento.
L'attenuazione su piccola scala può quindi essere classificata in base alla dispersione del ritardo come piatta o selettiva in frequenza, e in base alla dispersione Doppler come lenta o veloce. Si tratta di classificazioni separate: un canale può essere piatto e veloce, piatto e lento, selettivo in frequenza e veloce, oppure selettivo in frequenza e lento.
Dissolvenza su larga scala: perdita di percorso e ombreggiatura
andamento della perdita di percorso
L'attenuazione del percorso è la riduzione media della potenza ricevuta in funzione della distanza di propagazione. Nello spazio libero e senza ostacoli, l'attenuazione è correlata alla lunghezza d'onda e alla distanza. Gli ambienti reali includono terreno, disordine, effetti atmosferici e dipendenze dall'altezza dell'antenna, pertanto i bilanci di collegamento pratici utilizzano normalmente un modello di propagazione appropriato allo scenario di implementazione.
Ombra che svanisce
L'attenuazione per ombreggiamento si verifica quando oggetti di grandi dimensioni ostruiscono parzialmente o completamente il percorso di propagazione diretto. Edifici, colline, macchinari e carrozzerie di veicoli possono produrre variazioni relativamente lente nel livello di ricezione al variare del trasmettitore, del ricevitore o dell'ambiente circostante. L'attenuazione per ombreggiamento viene spesso rappresentata statisticamente attorno alla perdita di percorso media locale.
Attenuazione su piccola scala: multipercorso e movimento
Dissolvenza piatta vs. dissolvenza selettiva in frequenza
Un canale è approssimativamentesfumatura piattaquando la sua larghezza di banda di coerenza è maggiore della larghezza di banda del segnale occupato. Il canale modifica quindi l'ampiezza e la fase del segnale senza rimodellare in modo significativo il suo spettro.
Un canale diventafrequenza otticaquando la larghezza di banda del segnale è grande rispetto alla larghezza di banda di coerenza. Le diverse componenti spettrali presentano guadagno e fase differenti. La causa sottostante è la dispersione del ritardo multipath risolvibile, che può creare interferenza intersimbolica nei collegamenti digitali.
Dissolvenza lenta vs. dissolvenza rapida
Sbiadimento lentosignifica che il canale cambia poco durante l'intervallo di segnalazione rilevante.Sbiadimento rapidoCiò significa che il canale cambia significativamente in quell'intervallo. Il movimento relativo tra trasmettitore, ricevitore e diffusori circostanti produce spostamenti Doppler e riduce il tempo di coerenza del canale.
| Classificazione | Significato chiave | effetto tipico |
|---|---|---|
| dissolvenza piatta | La larghezza di banda del segnale è inferiore alla larghezza di banda di coerenza. | Ampia variazione di ampiezza e fase lungo l'intero segnale. |
| Frequenza selettiva | La larghezza di banda del segnale è maggiore della larghezza di banda di coerenza. | Distorsione spettrale e possibile interferenza intersimbolica |
| Sbiadimento lento | Il tempo di coerenza è lungo rispetto all'intervallo di segnalazione. | Variazione graduale a livello di collegamento |
| Sbiadimento rapido | Il tempo di coerenza è breve rispetto all'intervallo di segnalazione. | Variazioni rapide e disturbi correlati all'effetto Doppler |
Modelli comuni di attenuazione statistica
- Dissolvenza di Rayleigh:Comunemente utilizzato quando non è presente un singolo componente dominante in linea di vista e il segnale ricevuto è formato da molti componenti dispersi.
- Scomparsa ricanica:Include una componente dominante insieme a componenti multipath diffuse. Il fattore K di Rician esprime il rapporto di potenza tra la componente dominante e quella diffusa.
- Nakagami svanisce:una distribuzione empirica flessibile in grado di rappresentare una gamma di intensità di attenuazione attraverso il suo parametro di forma.
- Fading di Weibull:un'altra distribuzione statistica adattabile utilizzata per specifici ambienti di propagazione misurati.
La selezione del modello deve essere basata sull'ambiente reale, sulla frequenza, sulla mobilità, sulla configurazione dell'antenna e sui dati di misurazione. I moderni flussi di lavoro MATLAB utilizzano oggetti comecomm.RayleighChannelEcomm.RicianChannelpiuttosto che le funzioni obsolete a cui si faceva riferimento nella versione precedente di questo articolo.
Figura 3.Le distribuzioni statistiche dell'inviluppo forniscono modelli compatti per il comportamento di attenuazione misurato.
Come l'attenuazione influisce sulle prestazioni dei sistemi RF
L'attenuazione del segnale può ridurre la potenza ricevuta, diminuire il rapporto segnale/rumore, aumentare il tasso di errore e interrompere un collegamento radio. L'attenuazione selettiva in frequenza può anche distorcere le forme d'onda a banda larga, mentre le rapide variazioni Doppler possono rendere più difficile la stima del canale.
I metodi di mitigazione più comuni includono:
- margine di collegamento adeguato e controllo automatico del guadagno;
- tempo, frequenza, spaziale odiversità di polarizzazione;
- equalizzazione e progettazione di forme d'onda multicarrier;
- Codifica di canale, interleaving e modulazione adattiva;
- Elaborazione MIMO e orientamento del fascio;
- Posizionamento accurato dell'antenna, selezione del diagramma di radiazione e controllo della polarizzazione.
Nessuna singola tecnica elimina tutti i meccanismi di fading. L'approccio corretto dipende dalle statistiche del canale, dalla larghezza di banda occupata, dalla mobilità, dai requisiti di copertura e dalla probabilità di interruzione accettabile.
Figura 4.I dati misurati dovrebbero determinare se una distribuzione statistica è appropriata per un canale specifico.
Selezione dell'antenna per i test di attenuazione e di sondaggio del canale.
Un'antenna non crea da sola il canale di propagazione, ma influenza fortemente i percorsi e le polarizzazioni trasmessi o ricevuti. Guadagno, ampiezza del fascio, diagramma di radiazione, purezza della polarizzazione, stabilità di fase e geometria di montaggio possono tutti influenzare il comportamento del canale misurato.
Per misurazioni ripetibili del canale o dell'attenuazione, documentare:
- l'intera gamma di frequenza e la larghezza di banda di misura istantanea;
- Guadagno dell'antenna e ampiezza del fascio in funzione della frequenza;
- Requisiti di polarizzazione lineare, duale lineare o circolare;
- altezza dell'antenna, orientamento, spaziatura e strutture circostanti;
- Connettore RF, perdita del cavo e piano di riferimento per la calibrazione;
- Movimento del trasmettitore, del ricevitore e del diffusore;
- Diffusione del ritardo, diffusione Doppler e gamma dinamica richiesta.
Opzioni di antenna RF MISO
RF MISO progetta e fornisce antenne RF e a microonde per lavori di laboratorio, sul campo e di integrazione di sistema. A seconda della copertura richiesta e della geometria di misurazione, gli ingegneri possono considerareantenne a tromba a banda largaper misurazioni direzionali a banda larga,antenne log-periodicheper un'ampia copertura di frequenza, oantenne omnidirezionaliper studi selezionati sulla copertura e la propagazione.
Consultare la scheda tecnica del modello corrente per verificare la gamma di frequenza, il guadagno, la polarizzazione, il VSWR, il connettore e le dimensioni meccaniche. Per una selezione specifica per l'applicazione, condividere con il team RF MISO la banda di test, la larghezza di banda, il diagramma di radiazione richiesto, la polarizzazione, i vincoli di montaggio e l'ambiente di misurazione.
Domande frequenti sulla dissolvenza del segnale wireless
Cos'è il fading nelle comunicazioni wireless?
Il fading nelle comunicazioni wireless è la variazione di ampiezza, fase o potenza del segnale ricevuto causata da propagazione multipath, ombreggiamento, movimento o cambiamenti nell'ambiente radio.
Quali sono i principali tipi di sbiadimento?
L'attenuazione viene comunemente classificata come su larga scala o su piccola scala. L'attenuazione su piccola scala può anche essere piatta o selettiva in frequenza, e lenta o veloce, a seconda della dispersione del ritardo e della dispersione Doppler.
Quali sono le cause dell'attenuazione dei canali wireless?
Tra le cause più comuni si annoverano ostruzioni, riflessioni, diffrazione, diffusione, ritardi dovuti a percorsi multipli e spostamenti Doppler creati dal movimento del trasmettitore, del ricevitore o degli oggetti circostanti.
In che modo la scelta dell'antenna influisce sulle misurazioni dell'attenuazione?
Il guadagno dell'antenna, l'ampiezza del fascio, la polarizzazione, il montaggio e la geometria di prova influenzano i percorsi di propagazione trasmessi o ricevuti, pertanto questi fattori devono essere controllati e documentati.
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RF MISO può essere utile per identificare le opzioni di antenna per la caratterizzazione dei canali, gli studi di propagazione, la valutazione dei sistemi wireless e le relative misurazioni RF.
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Riferimenti e ulteriori letture
Data di pubblicazione: 14 agosto 2023
