Kanaleigenschaften

Der Funkkanal ist anfällig für eine Vielzahl von Übertragungshindernissen wie z path loss, interference und blockage. Diese Faktoren schränken die Reichweite, Datenrate und Zuverlässigkeit der drahtlosen Übertragung ein.

Arten von Pfaden

Inwieweit diese Faktoren die Übertragung beeinflussen, hängt von den Umgebungsbedingungen und der Mobilität von Sender und Empfänger ab. Es gibt zwei Arten von Pfaden, denen die Signale folgen, um zum Empfänger zu gelangen, z.

Direkter Weg

Das gesendete Signal kann, wenn es den Empfänger direkt erreicht, als a bezeichnet werden directpath und die im Signal vorhandenen Komponenten werden als bezeichnet directpath components.

Mehrweg

Das gesendete Signal, wenn es den Empfänger erreicht, durch verschiedene Richtungen, die einem unterschiedlichen Phänomen unterliegen, wird ein solcher Weg als bezeichnet multi-path und die Komponenten des übertragenen Signals werden als bezeichnet multi-path components.

Sie werden von der Umgebung reflektiert, gebeugt und gestreut und erreichen den Empfänger in Amplitude, Frequenz und Phase in Bezug auf die direkte Pfadkomponente verschoben.

Eigenschaften des drahtlosen Kanals

Die wichtigsten Merkmale des Funkkanals sind -

• Pfadverlust
• Fading
• Interference
• Doppler-Verschiebung

In den folgenden Abschnitten werden diese Kanaleigenschaften nacheinander erläutert.

Pfadverlust

Der Pfadverlust kann als das Verhältnis der Leistung des gesendeten Signals zur Leistung desselben vom Empfänger empfangenen Signals auf einem bestimmten Pfad ausgedrückt werden. Es ist eine Funktion der Ausbreitungsentfernung.

• Die Schätzung des Pfadverlusts ist sehr wichtig für das Entwerfen und Bereitstellen von drahtlosen Kommunikationsnetzwerken

• Der Pfadverlust hängt von einer Reihe von Faktoren ab, wie z. B. der verwendeten Funkfrequenz und der Art des Geländes.

• Das Freiraum-Ausbreitungsmodell ist das einfachste Pfadverlustmodell, bei dem zwischen dem Sender und dem Empfänger ein Direktpfadsignal ohne Atmosphärendämpfung oder Mehrwegekomponenten liegt.

In diesem Modell ist die Beziehung zwischen der übertragenen Leistung P_t und die empfangene Kraft P_r ist gegeben durch

$$ P_ {r} = P_ {t} G_ {t} G_ {r} (\ frac {\ lambda} {4 \ Pi d}) ^ 2 $$

Wo

• G_t ist der Senderantennengewinn

• G_r ist der Empfangsantennengewinn

• d ist der Abstand zwischen Sender und Empfänger

• λ ist die Wellenlänge des Signals

Das Zweiwege-Modell, auch als Zwei-Pfad-Modell bezeichnet, ist ein weit verbreitetes Pfadverlustmodell. Das oben beschriebene Freiraummodell geht davon aus, dass es nur einen einzigen Pfad vom Sender zum Empfänger gibt.

In der Realität erreicht das Signal den Empfänger über mehrere Pfade. Das Zwei-Wege-Modell versucht, dieses Phänomen zu erfassen. Das Modell geht davon aus, dass das Signal den Empfänger über zwei Pfade erreicht, einen über eine Sichtlinie und einen über den Pfad, über den die reflektierte Welle empfangen wird.

Nach dem Zweiwegemodell ist die Empfangsleistung gegeben durch

$$ P_ {r} = P_ {t} G_ {t} G_ {r} (\ frac {h_ {t} h_ {r}} {d ^ 2}) ^ 2 $$

Wo

• p_t ist die übertragene Leistung

• G_t stellen den Antennengewinn am Sender dar

• G_r stellen den Antennengewinn am Empfänger dar

• d ist der Abstand zwischen Sender und Empfänger

• h_t ist die Höhe des Senders

• h_r sind die Höhe des Empfängers

Fading

Fading bezieht sich auf die Schwankungen der Signalstärke beim Empfang am Empfänger. Das Ausbleichen kann in zwei Typen eingeteilt werden -

• Schnelles Fading / Small Fading und
• Langsames Fading / Fading in großem Maßstab

Schnelles Fading bezieht sich auf die schnellen Schwankungen der Amplituden-, Phasen- oder Mehrwegverzögerungen des empfangenen Signals aufgrund der Interferenz zwischen mehreren Versionen desselben gesendeten Signals, die zu leicht unterschiedlichen Zeiten am Empfänger ankommen.

Die Zeit zwischen dem Empfang der ersten Version des Signals und dem zuletzt wiedergegebenen Signal wird aufgerufen delay spread. Die Mehrwegeausbreitung des übertragenen Signals, die ein schnelles Fading verursacht, ist auf die drei Ausbreitungsmechanismen zurückzuführen, nämlich -

• Reflection
• Diffraction
• Scattering

Die mehreren Signalpfade können sich manchmal konstruktiv oder manchmal destruktiv am Empfänger addieren, was eine Variation des Leistungspegels des empfangenen Signals verursacht. Die empfangene einzelne Hüllkurve eines schnell verblassenden Signals soll a folgenRayleigh distribution um zu sehen, ob zwischen Sender und Empfänger kein Sichtlinienpfad besteht.

Langsames Verblassen

Der Name Slow Fading selbst impliziert, dass das Signal langsam verschwindet. Die Merkmale des langsamen Verblassens sind wie folgt.

• Langsames Fading tritt auf, wenn Objekte, die die Übertragung teilweise absorbieren, zwischen Sender und Empfänger liegen.

• Langsames Fading wird so genannt, weil die Dauer des Fades mehrere Sekunden oder Minuten dauern kann.

• Langsames Ausbleichen kann auftreten, wenn sich der Empfänger in einem Gebäude befindet und die Funkwelle die Wände eines Gebäudes durchdringen muss oder wenn der Empfänger durch ein Gebäude vorübergehend vom Sender abgeschirmt ist. Die blockierenden Objekte verursachen eine zufällige Änderung der empfangenen Signalleistung.

• Langsames Fading kann dazu führen, dass die empfangene Signalleistung variiert, obwohl der Abstand zwischen Sender und Empfänger gleich bleibt.

• Langsames Ausbleichen wird auch als bezeichnet shadow fading da die Objekte, die das Ausbleichen verursachen, große Gebäude oder andere Strukturen sein können, den direkten Übertragungsweg vom Sender zum Empfänger blockieren.

Interferenz

Drahtlose Übertragungen müssen Störungen aus einer Vielzahl von Quellen entgegenwirken. Zwei Hauptstörungsformen sind -

• Nachbarkanalstörungen und
• Gleichkanalstörung.

Im Fall benachbarter Kanalstörungen weisen Signale in nahegelegenen Frequenzen Komponenten außerhalb ihrer zugewiesenen Bereiche auf, und diese Komponenten können die laufende Übertragung in den benachbarten Frequenzen stören. Dies kann vermieden werden, indem Schutzbänder zwischen den zugewiesenen Frequenzbereichen sorgfältig eingeführt werden.

Co-channel interference, manchmal auch als bezeichnet narrow band interferenceist auf andere nahe gelegene Systeme zurückzuführen, die dieselbe Übertragungsfrequenz verwenden.

Inter-symbol interference ist eine andere Art von Interferenz, bei der eine Verzerrung des empfangenen Signals durch die zeitliche Ausbreitung und die daraus resultierende Überlappung einzelner Impulse im Signal verursacht wird.

Adaptive equalizationist eine häufig verwendete Technik zur Bekämpfung von Inter-Symbol-Interferenzen. Dabei wird die Energie des verteilten Symbols in seinem ursprünglichen Zeitintervall gesammelt. Im Entzerrungsprozess werden komplexe digitale Verarbeitungsalgorithmen verwendet.