Многолучевое затухание

Многолучевое замирание происходит, когда сигналы достигают приемника по многим путям, и их относительная сила и фаза меняются.

Многолучевое замирание в той или иной форме затрагивает большинство видов линий радиосвязи. Многолучевое замирание может повлиять на сигналы на частотах от низкочастотной части спектра и ниже вплоть до микроволновой части спектра. Многолучевое замирание происходит в любой среде, где есть многолучевое распространение и пути по какой-либо причине изменяются. Это изменит не только их относительную силу, но и их фазы, поскольку изменится длина пути. Многолучевое замирание также может вызвать искажение радиосигнала. Поскольку различные пути, по которым могут пройти сигналы, различаются по длине, сигнал, передаваемый в конкретный момент, будет поступать к приемнику с разбросом времени. Это может вызвать проблемы с фазовыми искажениями и межсимвольными помехами при передаче данных. В результате может возникнуть необходимость включения в систему радиосвязи функций, позволяющих свести к минимуму влияние этих проблем.

Основы многолучевого замирания

Многолучевое замирание — это особенность, которую необходимо учитывать при проектировании или разработке системы радиосвязи. В любой наземной системе радиосвязи сигнал будет достигать приемника не только по прямому пути, но и в результате отражений от таких объектов, как здания, холмы, земля, вода и т. д., примыкающих к основному пути. Общий сигнал на радиоприемнике представляет собой сумму множества принимаемых сигналов. Поскольку все они имеют разную длину пути, сигналы будут складываться и вычитаться из общей суммы в зависимости от их относительных фаз. Время от времени будут изменения относительной длины пути. Это может быть вызвано перемещением радиопередатчика или приемника или перемещением любого из объектов, обеспечивающих отражающую поверхность. Это приведет к изменению фаз сигналов, поступающих на приемник, что, в свою очередь, приведет к изменению уровня сигнала в результате различного способа суммирования сигналов. Именно это вызывает затухание, присутствующее во многих сигналах.

Выборочное и плоское затухание

Многолучевое замирание может влиять на каналы радиосвязи двумя основными способами. Это может быть связано со способом смягчения последствий многолучевого замирания.

• Плоское замирание: эта форма многолучевого замирания влияет на все частоты в данном канале одинаково или почти одинаково. Когда наблюдается плоское многолучевое замирание, сигнал будет просто изменяться по амплитуде, поднимаясь и опускаясь в течение определенного периода времени или при перемещении из одного положения в другое.
• Избирательное замирание: Избирательное замирание происходит, когда многолучевое замирание влияет на разные частоты в канале в разной степени. Это будет означать, что фазы и амплитуды сигнала будут различаться по каналу. Иногда могут возникать относительно глубокие нули, что может привести к некоторым проблемам с приемом. Простое поддержание общей амплитуды принятого сигнала не устраняет эффекты выборочного затухания, и может потребоваться некоторая форма коррекции. Некоторые форматы цифровых сигналов, например OFDM, способны распространять данные по широкому каналу, так что только часть данных теряется из-за любых нулей. Это можно восстановить с помощью методов прямой коррекции ошибок, и таким образом можно смягчить эффекты избирательного замирания из-за многолучевости. Избирательное многолучевое замирание происходит потому, что даже если длина пути изменится на ту же физическую длину (например, на то же количество метров, ярдов, миль и т. д.), это представляет другую пропорцию длины волны. Соответственно фаза будет изменяться в зависимости от используемой полосы пропускания. Избирательное затухание может происходить на многих частотах. Это часто можно заметить, когда вещательные станции средних волн принимаются вечером через наземную и небесную волны. Фазы сигналов, полученных через два средства распространения, изменяются со временем, и это приводит к изменению общего принятого сигнала. Поскольку замирание из-за многолучевости очень зависит от длины пути, было обнаружено, что оно влияет на частоты даже в пределах полосы частот широковещательного сигнала АМ по-разному, что приводит к искажениям. Избирательное многолучевое замирание также наблюдается на более высоких частотах, и, поскольку сигналы с высокой скоростью передачи данных становятся обычным явлением, требуется более широкая полоса пропускания. В результате нули и пики могут возникать в полосе пропускания одного сигнала.

Пропадание сигнала сотового телефона

Связь по мобильному телефону подвержена многолучевому замиранию. Для этого есть множество причин.

• Мобильный пользователь перемещается: Во-первых, мобильная станция или пользователь, вероятно, перемещаются, и в результате длины пути всех принимаемых сигналов изменяются. Во-вторых, многие предметы вокруг также могут двигаться. Автомобили и даже люди будут вызывать отражения, которые существенно повлияют на принимаемый сигнал. Соответственно многолучевое замирание имеет большое значение для сотовой связи.
• Другие движущиеся объекты. Часто многолучевое замирание, влияющее на мобильные телефоны, известно как быстрое замирание, поскольку оно происходит на относительно коротком расстоянии. Медленное затухание происходит, когда сотовый телефон перемещается за препятствием, и сигнал медленно затухает.

Переход от сигнала, находящегося в фазе, к сигналу, находящемуся в противофазе, эквивалентен увеличению длины пути на половину длины волны, или на 0,075 м, или на 7,5 см. В этом примере рассматривается очень упрощенный пример. В действительности ситуация намного сложнее, когда сигналы принимаются по многим путям. Однако он дает представление о расстояниях, необходимых для перехода от синфазной ситуации к противофазной.

Ионосферное затухание

Коротковолновая радиосвязь известна своим затуханием. Сигналы, которые отражаются через ионосферу, значительно различаются по силе сигнала. Эти различия в силе в первую очередь вызваны многолучевым замиранием. Когда сигналы распространяются через ионосферу, энергия может распространяться от передатчика к приемнику по очень многим различным путям. На простых диаграммах показан один луч или путь, по которому проходит сигнал. В действительности профиль электронной плотности ионосферы (именно профиль электронной плотности вызывает преломление сигналов) не является гладким, и в результате любые сигналы, попадающие в ионосферу, будут рассеиваться и проходить по нескольким путям, чтобы достичь определенной точки. получатель. С изменениями в ионосфере, вызывающими изменение длин трасс, это приведет к изменению фаз и общему суммированию на приемнике. Изменения в ионосфере обусловлены рядом факторов. Один из них заключается в том, что уровни ионизации варьируются, хотя эти изменения обычно происходят относительно медленно, но тем не менее имеют эффект. В дополнение к этому в ионосфере существуют ветры или движения воздуха. Поскольку уровни ионизации непостоянны, любое движение воздуха вызовет изменения профиля электронной концентрации в ионосфере. В свою очередь, это повлияет на длину пути. Именно по этой причине сигналы на коротковолновых диапазонах постоянно меняются по силе.

Тропосферное замирание

На многие сигналы, использующие частоты УКВ и выше, влияет тропосфера. Сигнал преломляется в результате происходящих изменений показателя преломления, особенно в пределах первых километров над землей. Это может привести к тому, что сигналы будут выходить за пределы прямой видимости. Фактически для вещательных приложений для радиогоризонта используется цифра 4/3 визуальной прямой видимости. Однако при некоторых обстоятельствах относительно резкие изменения показателя преломления, возникающие в результате погодных условий, могут привести к увеличению расстояний, на которые распространяются сигналы. Затем сигналы могут «проводиться» ионосферой на расстояния до нескольких сотен километров. Когда сигналы направляются таким образом, они будут подвержены замираниям из-за многолучевого распространения. Здесь тепло, поднимающееся с поверхности Земли, гарантирует, что путь всегда меняется, а сигналы будут различаться по силе. Как правило, эти изменения могут быть относительно медленными, когда сигналы падают и нарастают в течение нескольких минут. Многолучевое радиозамирание является фактором, проявляющимся в большей или меньшей степени в большинстве сигналов. Поскольку радиосигналы имеют тенденцию достигать приемника несколькими путями, независимо от того, насколько хорошим кажется путь, всегда есть вероятность отражения от других объектов. Единственным исключением является космическое пространство, где очень мало важных объектов, которые могут вызвать серьезные проблемы. Ввиду того факта, что сигналы проходят по нескольким путям, и всегда существует вероятность того, что какое-то движение приведет к изменению длины пути и уровня сигнала, замирание из-за многолучевости будет проблемой во многих случаях.