Многолучевое распространение радиоволн влияет практически на все беспроводные сигналы: оно может вызывать помехи или может использоваться для повышения производительности с помощью таких методов, как MIMO.
Многолучевое распространение является фактом жизни в любом наземном сценарии радиосвязи. В то время как прямой путь или путь прямой видимости часто является основным полезным сигналом, радиоприемник будет принимать разные версии одного и того же сигнала, которые прошли от передатчика по многим различным путям.
Основы многолучевого распространения
Огромное количество различных путей прохождения сигнала возникает из-за того, что сигналы являются отражениями от зданий, гор или других отражающих поверхностей, включая воду и т. д., которые могут находиться рядом с основным путем. Кроме того, другие эффекты, такие как ионосферные отражения, вызывают многолучевое распространение, как и тропосферные волноводы. Антенны, используемые для передачи и приема, влияют на количество путей, которые может пройти сигнал. Ненаправленные антенны будут излучать сигнал во всех направлениях, тогда как направленные антенны будут фокусировать мощность в одном направлении, уменьшая силу отраженных сигналов вдали от основного луча. Многолучевое распространение, возникающее из-за различных путей прохождения сигнала, которые могут существовать между передатчиком и приемником, может вызывать различные помехи, включая искажение сигнала, потерю данных и многолучевое замирание. В других случаях можно с пользой использовать разнообразие путей прохождения сигнала, обусловленное многолучевым распространением. Такие схемы, как MIMO, используют многолучевое распространение для увеличения пропускной способности используемых каналов или стремятся улучшить отношение сигнал/шум.
Многолучевое замирание
Сигналы принимаются в наземной среде, т. е. там, где присутствуют отражения, и сигналы поступают к приемнику от передатчика по различным путям. Общий принятый сигнал представляет собой сумму всех сигналов, поступающих на антенну. Иногда они будут в фазе с основным сигналом и будут дополнять его, увеличивая его силу. В другое время они будут мешать друг другу. Это приведет к снижению общей мощности сигнала.
- Многолучевое замирание: многолучевое замирание может быть обнаружено для многих сигналов в частотном спектре от ВЧ-диапазона до микроволнового и других диапазонов. Это может привести к увеличению и уменьшению силы сигналов.
- Рэлеевское замирание: Рэлеевское замирание — это название, данное форме замирания, которая часто наблюдается в среде, где присутствует большое количество отражений.
Помехи, вызванные многолучевым распространением
Многолучевое распространение может привести к помехам, которые могут снизить отношение сигнал/шум и уменьшить частоту ошибок по битам для цифровых сигналов. Одной из причин ухудшения качества сигнала является уже описанное многолучевое замирание. Однако существуют и другие способы, которыми многолучевое распространение может ухудшить качество сигнала и повлиять на его целостность. Один из способов, который особенно очевиден при вождении автомобиля и прослушивании FM-радио. В определенные моменты сигнал искажается и кажется, что он прерывается. Это происходит из-за того, что сигнал модулируется по частоте, и в любой момент времени частота принятого сигнала обеспечивает мгновенное напряжение для аудиовыхода. Если имеет место многолучевое распространение, то в приемнике появятся два или более сигналов. Один представляет собой прямой сигнал или сигнал прямой видимости, а другой — отраженный сигнал. Поскольку они прибудут в разное время из-за разной длины пути, они будут иметь разные частоты, вызванные тем фактом, что два сигнала были переданы передатчиком в несколько разное время. Соответственно, когда два сигнала принимаются вместе. Другая форма помех многолучевого распространения, которая возникает при использовании цифровых передач, известна как межсимвольная интерференция, ISI. Это возникает при задержке, вызванной увеличенной длиной пути отраженного сигнала. Если задержка составляет значительную часть символа, то приемник может принимать прямой сигнал, указывающий на одну часть символа или одно состояние, и другой сигнал, указывающий на другое логическое состояние. Если это произойдет, то данные могут быть повреждены. Одним из способов преодоления этого является передача данных со скоростью дискретизации сигнала, только когда все отражения достигнуты и данные стабильны. Это, естественно, ограничивает скорость передачи данных, но гарантирует, что данные не будут повреждены, а количество битовых ошибок сведено к минимуму. Чтобы вычислить это, время задержки необходимо рассчитать, используя оценки максимальных задержек, которые могут возникнуть из-за отражений. Используя новейшие методы обработки сигналов, можно использовать различные методы для преодоления проблем, связанных с многолучевым распространением и возможными помехами.