Langattoman kanavan häipyminenon vastaanotetun signaalin amplitudin, vaiheen tai tehon vaihtelu, joka johtuu etenemisreitin muutoksista. Se voi pienentää linkkimarginaalia, vääristää laajakaistasignaaleja ja vaikeuttaa RF-mittausten toistamista. Järjestelmässä esiintyvän häipymisen tyypin ymmärtäminen auttaa insinöörejä valitsemaan sopivat antennit, testausmenetelmät ja lieventämistekniikat.
Tämä opas selittää laaja-alaisen ja pienimuotoisen häipymisen, tasaiset ja taajuusselektiiviset kanavat, hitaan ja nopean häipymisen sekä yleisimmät tilastolliset kanavamallit. Se osoittaa myös, miten antennin kuvio, polarisaatio ja testigeometria vaikuttavat käytännön häipymismittauksiin.
Mitä on langattoman kanavan häipyminen?
Radiosignaali saavuttaa vastaanottimen harvoin vain yhtä ihanteellista reittiä pitkin. Rakennukset, maasto, ajoneuvot, laitteet ja muut esineet voivat estää, heijastaa, taittaa tai sirottaa sähkömagneettisia aaltoja. Useita kopioita samasta signaalista voi siksi saapua eri viiveillä, amplitudeilla, vaiheilla ja saapumiskulmilla. Niiden yhdistelmä voi olla rakentava yhdessä paikassa tai taajuudella ja tuhoisa toisessa.
Häipyminen eroaa deterministisestä vapaan tilan polkuhäviöstä. Polkuhäviö kuvaa yleistä tehon laskua etäisyyden ja taajuuden kasvaessa, kun taas häipyminen kuvaa lisävaihtelua kyseisen keskiarvon ympärillä. Insinöörit luokittelevat häipymisen yleensä kahdella toisistaan riippumattomalla akselilla: spatiaalisella skaalalla ja kanavan selektiivisyydellä.
Kuva 1.Vastaanotetun signaalin tason hitaat ja nopeat vaihtelut havainnollistavat erilaisia häipymisaika- tai etäisyysasteikkoja.
Miten langaton häipyminen luokitellaan
Laajamittainen häipyminenkuvaa asteittaisia muutoksia suhteellisen pitkillä etäisyyksillä, pääasiassa polun häviämisen vaihtelusta ja varjostuksesta johtuen.Pienimuotoinen haalistuminenkuvaa nopeita muutoksia lyhyillä etäisyyksillä tai lyhyillä aikaväleillä monireitin ja liikkeen vuoksi.
Pienimuotoista häipymistä voidaan sitten luokitella viivehajonnan perusteella tasaiseksi tai taajuusselektiiviseksi ja Doppler-hajonnan perusteella hitaaksi tai nopeaksi. Nämä ovat erillisiä luokituksia: kanava voi olla tasainen ja nopea, tasainen ja hidas, taajuusselektiivinen ja nopea tai taajuusselektiivinen ja hidas.
Laajamittainen häipyminen: Polun menetys ja varjostuminen
Polun menetystrendi
Polkuhäviö on vastaanotetun tehon keskimääräinen pieneneminen etenemismatkan funktiona. Esteettömässä vapaassa tilassa häviö liittyy aallonpituuteen ja etäisyyteen. Todellisissa ympäristöissä maasto, häiriöt, ilmakehän vaikutukset ja antennin korkeusriippuvuudet lisääntyvät, joten käytännön linkkibudjeteissa käytetään yleensä käyttöönottoskenaarioon sopivaa etenemismallia.
Varjojen häipyminen
Varjostumista tapahtuu, kun suuret esineet estävät osittain tai kokonaan suoran etenemisreitin. Rakennukset, mäet, koneet ja ajoneuvojen korit voivat aiheuttaa suhteellisen hitaita muutoksia vastaanotetussa äänenvoimakkuudessa lähettimen, vastaanottimen tai ympäröivän ympäristön muuttuessa. Varjojen häipymistä kuvataan usein tilastollisesti paikallisen keskimääräisen reittihäviön lähellä.
Pienimuotoinen häipyminen: monitie ja liike
Tasainen häipyminen vs. taajuusselektiivinen häipyminen
Kanava on nointasainen häipyminenkun sen koherenssikaistanleveys on leveämpi kuin käytössä oleva signaalin kaistanleveys. Kanava muuttaa tällöin signaalin amplitudia ja vaihetta muokkaamatta voimakkaasti spektriään.
Kanavasta tuleetaajuusselektiivinenkun signaalin kaistanleveys on suuri verrattuna koherenssikaistanleveyteen. Eri spektrikomponenteilla on erilainen vahvistus ja vaihe. Taustalla oleva syy on erotettavissa oleva monitieviiveen leviäminen, joka voi aiheuttaa symbolien välistä interferenssiä digitaalisissa linkeissä.
Hidas häipyminen vs. nopea häipyminen
Hidas häipyminentarkoittaa, että kanava muuttuu vain vähän kyseisen signalointivälin aikana.Nopea haalistuminentarkoittaa, että kanava muuttuu merkittävästi kyseisen aikavälin aikana. Lähettimen, vastaanottimen ja ympäröivien sirottavien lähteiden välinen suhteellinen liike aiheuttaa Doppler-siirtymiä ja lyhentää kanavan koherenssiaikaa.
| Luokitus | Keskeinen vertailu | Tyypillinen vaikutus |
|---|---|---|
| Tasainen häipyminen | Signaalin kaistanleveys on pienempi kuin koherenssikaistanleveys | Laaja amplitudin ja vaiheen vaihtelu koko signaalissa |
| Taajuusselektiivinen | Signaalin kaistanleveys on suurempi kuin koherenssikaistanleveys | Spektraalinen vääristymä ja mahdollinen symbolien välinen interferenssi |
| Hidas häipyminen | Koherenssiaika on pitkä suhteessa signalointiväliin | Asteittainen linkkitason vaihtelu |
| Nopea haalistuminen | Koherenssiaika on lyhyt suhteessa signalointiväliin | Nopea vaihtelu ja Doppler-ilmiöön liittyvä häiriö |
Yleiset tilastolliset häipymismallit
- Rayleigh-häipyminen:käytetään yleisesti, kun ei ole yhtä hallitsevaa näkölinjan komponenttia ja vastaanotettu signaali muodostuu monista sironneista komponenteista.
- Ricianin häipyminen:sisältää dominantin komponentin sekä sironneita monitiekomponentteja. Rician K-kerroin ilmaisee dominantin ja diffuusin komponentin välisen tehosuhteen.
- Nakagami-häipyminen:joustava empiirinen jakauma, joka voi edustaa erilaisia häipymisvoimakkuuksia muotoparametrinsa kautta.
- Weibullin häipyminen:toinen mukautettava tilastollinen jakauma, jota käytetään valituissa mitatuissa etenemisympäristöissä.
Mallin valinnan on perustuttava todelliseen ympäristöön, taajuuteen, liikkuvuuteen, antennin kokoonpanoon ja mittaustietoihin. Nykyaikaiset MATLAB-työnkulut käyttävät objekteja, kutenviestintä.Rayleigh-kanavajaviestintäRician-kanavatämän artikkelin aiemmassa versiossa mainittujen vanhentuneiden funktioiden sijaan.
Kuva 3.Tilastolliset verhokäyräjakaumat tarjoavat kompakteja malleja mitatulle häipymiskäyttäytymiselle.
Miten häipyminen vaikuttaa RF-järjestelmän suorituskykyyn
Häipyminen voi vähentää vastaanotettua tehoa, alentaa signaali-kohinasuhdetta, lisätä virheprosenttia ja keskeyttää radiolinkin. Taajuusselektiivinen häipyminen voi myös vääristää laajakaistaisia aaltomuotoja, kun taas nopea Doppler-vaihtelu voi vaikeuttaa kanavan estimointia.
Yleisiä lieventämismenetelmiä ovat:
- riittävä linkkimarginaali ja automaattinen vahvistuksen säätö;
- aika-, taajuus-, spatiaalinen tai polarisaatiodiversiteetti;
- ekvalisointi ja monikantoaaltomuodon suunnittelu;
- kanavakoodaus, lomitus ja adaptiivinen modulointi;
- MIMO-prosessointi ja säteen ohjaus;
- antennin huolellinen sijoittelu, kuvion valinta ja polarisaation hallinta.
Mikään yksittäinen tekniikka ei poista kaikkia häipymismekanismeja. Oikea lähestymistapa riippuu kanavan tilastotiedoista, käytössä olevasta kaistanleveydestä, liikkuvuudesta, peittovaatimuksista ja hyväksyttävästä katkostodennäköisyydestä.
Kuva 4.Mitattujen tietojen tulisi määrittää, onko tilastollinen jakauma sopiva tietylle kanavalle.
Antennin valinta kanavaluotaus- ja häipymistesteissä
Antenni ei itsessään luo etenemiskanavaa, mutta se vaikuttaa merkittävästi lähetettyihin ja vastaanotettuihin reitteihin ja polarisaatioihin. Vahvistus, keilanleveys, säteilykuvio, polarisaation puhtaus, vaihestabiilius ja kiinnitysgeometria voivat kaikki vaikuttaa mitatun kanavan käyttäytymiseen.
Toistettavien kanava- tai häipymismittausten osalta dokumentoi:
- koko taajuusalue ja hetkellinen mittauskaistanleveys;
- antennin vahvistus ja keilanleveys taajuuden suhteen;
- lineaarisen, kaksoislineaarisen tai pyöreän polarisaation vaatimukset;
- antennin korkeus, suuntaus, välit ja ympäröivät rakenteet;
- RF-liitin, kaapelihäviö ja kalibroinnin referenssitaso;
- lähettimen, vastaanottimen ja sirottajan liike;
- viivehajonta, Doppler-hajonta ja vaadittu dynaaminen alue.
RF MISO -antennivaihtoehdot
RF MISO suunnittelee ja toimittaa RF- ja mikroaaltoantenneja laboratorio-, kenttä- ja järjestelmäintegraatiotyöhön. Vaaditusta peittoalueesta ja mittausgeometriasta riippuen insinöörit voivat harkitalaajakaistaiset torviantennitsuuntaavia laajakaistamittauksia varten,log-jaksolliset antennitlaajan taajuusalueen kattavuuden vuoksi taimonisuuntaiset antennitvalituille peitto- ja leviämistutkimuksille.
Tarkista nykyisen mallin datalehdestä taajuusalue, vahvistus, polarisaatio, VSWR, liitin ja mekaaniset mitat. Sovelluskohtaista valintaa varten jaa testikaista, kaistanleveys, vaadittu kuvio, polarisaatio, asennusrajoitukset ja mittausympäristö RF MISO -tiimin kanssa.
Keskustele RF-mittaustarpeistasi
RF MISO voi auttaa tunnistamaan antennivaihtoehtoja kanavaluotaukseen, etenemistutkimuksiin, langattoman järjestelmän arviointiin ja niihin liittyviin RF-mittauksiin.
Tutustu antennin testausmahdollisuuksiin|Ota yhteyttä RF MISOon
Viitteet ja lisälukemista
Julkaisun aika: 14. elokuuta 2023
