Ασύρματη εξασθένηση καναλιώνείναι η μεταβολή του πλάτους, της φάσης ή της ισχύος του λαμβανόμενου σήματος που προκαλείται από αλλαγές στη διαδρομή διάδοσης. Μπορεί να μειώσει το περιθώριο σύνδεσης, να παραμορφώσει τα σήματα ευρείας ζώνης και να δυσχεράνει την αναπαραγωγή των μετρήσεων RF. Η κατανόηση του τύπου της εξασθένισης που υπάρχει σε ένα σύστημα βοηθά τους μηχανικούς να επιλέξουν κατάλληλες κεραίες, μεθόδους δοκιμών και τεχνικές μετριασμού.
Αυτός ο οδηγός εξηγεί τις διαλείψεις μεγάλης και μικρής κλίμακας, τα επίπεδα και τα κανάλια επιλεκτικής συχνότητας, την αργή και γρήγορη διαλείψεις, καθώς και τα πιο συνηθισμένα στατιστικά μοντέλα καναλιών. Δείχνει επίσης πώς το διάγραμμα κεραίας, η πόλωση και η γεωμετρία δοκιμών επηρεάζουν τις πρακτικές μετρήσεις διαλείψεων.
Τι είναι η εξασθένηση ασύρματων καναλιών;
Ένα ραδιοσήμα σπάνια φτάνει σε έναν δέκτη μέσω μόνο μίας ιδανικής διαδρομής. Κτίρια, έδαφος, οχήματα, εξοπλισμός και άλλα αντικείμενα μπορούν να μπλοκάρουν, να ανακλούν, να διαθλούν ή να σκεδάζουν ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Πολλαπλά αντίγραφα του ίδιου σήματος μπορούν επομένως να φτάσουν με διαφορετικές καθυστερήσεις, πλάτη, φάσεις και γωνίες άφιξης. Ο συνδυασμός τους μπορεί να είναι εποικοδομητικός σε μια θέση ή συχνότητα και καταστροφικός σε μια άλλη.
Η εξασθένηση (fading) διαφέρει από την ντετερμινιστική απώλεια διαδρομής σε ελεύθερο χώρο. Η απώλεια διαδρομής περιγράφει τη γενική μείωση της ισχύος καθώς η απόσταση και η συχνότητα αυξάνονται, ενώ η εξασθένηση περιγράφει την πρόσθετη διακύμανση γύρω από αυτόν τον μέσο όρο. Οι μηχανικοί συνήθως ταξινομούν την εξασθένηση σε δύο ανεξάρτητους άξονες: χωρική κλίμακα και επιλεκτικότητα καναλιού.
Σχήμα 1.Οι αργές και οι γρήγορες διακυμάνσεις στο επίπεδο του λαμβανόμενου σήματος υποδεικνύουν διαφορετικές κλίμακες χρόνου ή απόστασης εξασθένισης.
Πώς ταξινομείται η ασύρματη εξασθένηση
Μεγάλης κλίμακας εξασθένισηΠεριγράφει βαθμιαίες αλλαγές σε σχετικά μεγάλες αποστάσεις, κυρίως από την διακύμανση απώλειας διαδρομής και τη σκίαση.Μικρής κλίμακας εξασθένισηΠεριγράφει γρήγορες αλλαγές σε μικρές αποστάσεις ή σύντομα χρονικά διαστήματα λόγω πολλαπλών διαδρομών και κίνησης.
Οι μικρές διαλείψεις μπορούν στη συνέχεια να ταξινομηθούν με βάση την εξάπλωση καθυστέρησης ως επίπεδες ή επιλεκτικές ως προς τη συχνότητα, και με βάση την εξάπλωση Doppler ως αργές ή γρήγορες. Αυτές είναι ξεχωριστές ταξινομήσεις: ένα κανάλι μπορεί να είναι επίπεδο και γρήγορο, επίπεδο και αργό, επιλεκτικό ως προς τη συχνότητα και γρήγορο ή επιλεκτικό ως προς τη συχνότητα και αργό.
Μεγάλης Κλίμακας Ξεθώριασμα: Απώλεια Διαδρομής και Σκίαση
Τάση απώλειας διαδρομής
Η απώλεια διαδρομής είναι η μέση μείωση της λαμβανόμενης ισχύος με την απόσταση διάδοσης. Σε ελεύθερο χώρο χωρίς εμπόδια, η απώλεια σχετίζεται με το μήκος κύματος και την απόσταση. Τα πραγματικά περιβάλλοντα προσθέτουν εδαφική αναπαράσταση, ακαταστασία, ατμοσφαιρικές επιδράσεις και εξαρτήσεις από το ύψος της κεραίας, επομένως οι πρακτικοί προϋπολογισμοί συνδέσεων χρησιμοποιούν συνήθως ένα μοντέλο διάδοσης κατάλληλο για το σενάριο ανάπτυξης.
Ξεθώριασμα σκιάς
Η σκίαση εμφανίζεται όταν μεγάλα αντικείμενα εμποδίζουν εν μέρει ή πλήρως την άμεση διαδρομή διάδοσης. Κτίρια, λόφοι, μηχανήματα και αμαξώματα οχημάτων μπορούν να προκαλέσουν σχετικά αργές αλλαγές στο επίπεδο λήψης καθώς αλλάζει ο πομπός, ο δέκτης ή το περιβάλλον. Η εξασθένηση της σκιάς συχνά αναπαρίσταται στατιστικά γύρω από την τοπική μέση απώλεια διαδρομής.
Μικρής Κλίμακας Ξεθώριασμα: Πολλαπλή Διαδρομή και Κίνηση
Επίπεδη εξασθένηση έναντι εξασθένισης επιλεκτικής συχνότητας
Ένα κανάλι είναι περίπουεπίπεδο ξεθώριασμαόταν το εύρος ζώνης συνοχής του είναι μεγαλύτερο από το εύρος ζώνης του κατειλημμένου σήματος. Το κανάλι στη συνέχεια αλλάζει το πλάτος και τη φάση του σήματος χωρίς να αναδιαμορφώνει έντονα το φάσμα του.
Ένα κανάλι γίνεταιεπιλεκτική συχνότηταόταν το εύρος ζώνης σήματος είναι μεγάλο σε σύγκριση με το εύρος ζώνης συνοχής. Διαφορετικές φασματικές συνιστώσες παρουσιάζουν διαφορετικό κέρδος και φάση. Η υποκείμενη αιτία είναι η επιλύσιμη εξάπλωση καθυστέρησης πολλαπλών διαδρομών, η οποία μπορεί να δημιουργήσει διασυμβολικές παρεμβολές σε ψηφιακές συνδέσεις.
Αργή εξασθένηση έναντι γρήγορης εξασθένισης
Αργή εξασθένησησημαίνει ότι το κανάλι αλλάζει ελάχιστα κατά τη διάρκεια του σχετικού διαστήματος σηματοδότησης.Γρήγορο ξεθώριασμασημαίνει ότι το κανάλι αλλάζει σημαντικά σε αυτό το διάστημα. Η σχετική κίνηση μεταξύ του πομπού, του δέκτη και των περιβαλλόντων σκεδαστών παράγει μετατοπίσεις Doppler και μειώνει τον χρόνο συνοχής του καναλιού.
| Ταξινόμηση | Βασική σύγκριση | Τυπικό αποτέλεσμα |
|---|---|---|
| Επίπεδη εξασθένιση | Το εύρος ζώνης σήματος είναι μικρότερο από το εύρος ζώνης συνοχής | Ευρεία διακύμανση πλάτους και φάσης σε ολόκληρο το σήμα |
| Επιλεκτική συχνότητα | Το εύρος ζώνης σήματος είναι μεγαλύτερο από το εύρος ζώνης συνοχής | Φασματική παραμόρφωση και πιθανή διασυμβολική παρεμβολή |
| Αργή εξασθένηση | Ο χρόνος συνοχής είναι μεγάλος σε σχέση με το διάστημα σηματοδότησης | Σταδιακή μεταβολή σε επίπεδο συνδέσμου |
| Γρήγορο ξεθώριασμα | Ο χρόνος συνοχής είναι μικρός σε σχέση με το διάστημα σηματοδότησης | Ταχεία μεταβολή και βλάβη που σχετίζεται με το Doppler |
Κοινά Στατιστικά Μοντέλα Εξασθένισης
- Εξασθένιση Rayleigh:Χρησιμοποιείται συνήθως όταν δεν υπάρχει καμία κυρίαρχη συνιστώσα στην οπτική επαφή και το λαμβανόμενο σήμα σχηματίζεται από πολλές σκεδασμένες συνιστώσες.
- Ρικιανή εξασθένηση:περιλαμβάνει μια κυρίαρχη συνιστώσα μαζί με διάσπαρτες συνιστώσες πολλαπλών διαδρομών. Ο παράγοντας Κ της Ρικίας εκφράζει την αναλογία ισχύος μεταξύ της κυρίαρχης και της διάχυτης συνιστώσας.
- Ξεθώριασμα του Νακαγκάμι:μια ευέλικτη εμπειρική κατανομή που μπορεί να αναπαραστήσει ένα εύρος σοβαροτήτων εξασθένισης μέσω της παραμέτρου σχήματός της.
- Εξασθένηση του Weibull:μια άλλη προσαρμόσιμη στατιστική κατανομή που χρησιμοποιείται για επιλεγμένα περιβάλλοντα μετρούμενης διάδοσης.
Η επιλογή μοντέλου πρέπει να βασίζεται στο πραγματικό περιβάλλον, τη συχνότητα, την κινητικότητα, τη διαμόρφωση της κεραίας και τα δεδομένα μέτρησης. Οι σύγχρονες ροές εργασίας MATLAB χρησιμοποιούν αντικείμενα όπωςcomm.RayleighChannelκαιcomm.RicianChannelαντί για τις παρωχημένες συναρτήσεις που αναφέρονται στην προηγούμενη έκδοση αυτού του άρθρου.
Σχήμα 3.Οι στατιστικές κατανομές περιβλήματος παρέχουν συμπαγή μοντέλα για τη μετρούμενη συμπεριφορά εξασθένισης.
Πώς επηρεάζει η εξασθένηση την απόδοση του συστήματος RF
Η εξασθένηση μπορεί να μειώσει την λαμβανόμενη ισχύ, να μειώσει τον λόγο σήματος προς θόρυβο, να αυξήσει το ποσοστό σφάλματος και να διακόψει μια ραδιοζεύξη. Η εξασθένηση επιλεκτικής συχνότητας μπορεί επίσης να παραμορφώσει τις ευρυζωνικές κυματομορφές, ενώ η ταχεία μεταβολή Doppler μπορεί να δυσχεράνει την εκτίμηση του καναλιού.
Οι συνήθεις μέθοδοι μετριασμού περιλαμβάνουν:
- επαρκές περιθώριο σύνδεσης και αυτόματο έλεγχο κέρδους·
- χρονική, συχνότητα, χωρική ή πολωτική ποικιλομορφία·
- εξίσωση και σχεδιασμός κυματομορφής πολλαπλών φορέων.
- κωδικοποίηση καναλιών, διασύνδεση και προσαρμοστική διαμόρφωση·
- Επεξεργασία MIMO και διεύθυνση δέσμης.
- προσεκτική τοποθέτηση κεραίας, επιλογή μοτίβου και έλεγχος πόλωσης.
Καμία μεμονωμένη τεχνική δεν εξαλείφει κάθε μηχανισμό εξασθένισης. Η σωστή προσέγγιση εξαρτάται από τα στατιστικά στοιχεία του καναλιού, το κατειλημμένο εύρος ζώνης, την κινητικότητα, τις απαιτήσεις κάλυψης και την αποδεκτή πιθανότητα διακοπής λειτουργίας.
Σχήμα 4.Τα μετρούμενα δεδομένα θα πρέπει να καθορίζουν εάν μια στατιστική κατανομή είναι κατάλληλη για ένα συγκεκριμένο κανάλι.
Επιλογή κεραίας για δοκιμές ήχου και εξασθένισης καναλιού
Μια κεραία δεν δημιουργεί από μόνη της το κανάλι διάδοσης, αλλά επηρεάζει σημαντικά ποιες διαδρομές και πολώσεις μεταδίδονται ή λαμβάνονται. Το κέρδος, το πλάτος δέσμης, το μοτίβο ακτινοβολίας, η καθαρότητα πόλωσης, η σταθερότητα φάσης και η γεωμετρία τοποθέτησης μπορούν όλα να επηρεάσουν τη συμπεριφορά του μετρούμενου καναλιού.
Για επαναλήψιμες μετρήσεις καναλιού ή εξασθένισης, καταγράψτε:
- το πλήρες εύρος συχνοτήτων και το στιγμιαίο εύρος ζώνης μέτρησης·
- κέρδος κεραίας και εύρος δέσμης έναντι συχνότητας.
- απαιτήσεις γραμμικής, διπλής γραμμικής ή κυκλικής πόλωσης·
- ύψος, προσανατολισμός, απόσταση και περιβάλλουσες δομές κεραίας·
- Υποδοχή RF, απώλεια καλωδίου και επίπεδο αναφοράς βαθμονόμησης.
- κίνηση πομπού, δέκτη και σκεδαστή·
- διάδοση καθυστέρησης, διάδοση Doppler και απαιτούμενο δυναμικό εύρος.
Επιλογές κεραίας RF MISO
Η RF MISO σχεδιάζει και προμηθεύει κεραίες RF και μικροκυμάτων για εργαστηριακές, επιτόπιες και συστημικές εργασίες. Ανάλογα με την απαιτούμενη κάλυψη και τη γεωμετρία μέτρησης, οι μηχανικοί μπορούν να εξετάσουν το ενδεχόμενοκεραίες ευρυζωνικής κόρναςγια κατευθυντικές ευρυζωνικές μετρήσεις,λογαριθμικά περιοδικές κεραίεςγια ευρεία κάλυψη συχνοτήτων, ήπανκατευθυντικές κεραίεςγια επιλεγμένες μελέτες κάλυψης και διάδοσης.
Ελέγξτε το τρέχον φύλλο δεδομένων μοντέλου για το εύρος συχνοτήτων, το κέρδος, την πόλωση, το VSWR, τον σύνδεσμο και τις μηχανικές διαστάσεις. Για επιλογή συγκεκριμένης εφαρμογής, κοινοποιήστε τη ζώνη δοκιμής, το εύρος ζώνης, το απαιτούμενο μοτίβο, την πόλωση, τους περιορισμούς τοποθέτησης και το περιβάλλον μέτρησης στην ομάδα RF MISO.
Συζητήστε τις απαιτήσεις σας για μετρήσεις RF
Το RF MISO μπορεί να βοηθήσει στον εντοπισμό επιλογών κεραίας για βυθομέτρηση καναλιών, μελέτες διάδοσης, αξιολόγηση ασύρματων συστημάτων και σχετικές μετρήσεις RF.
Εξερευνήστε τις δυνατότητες δοκιμών κεραίας|Επικοινωνήστε με την RF MISO
Αναφορές και περαιτέρω ανάγνωση
Ώρα δημοσίευσης: 14 Αυγούστου 2023
