Ausbreitungsverluste

Die Ausbreitung von Antennen und Wellen spielt in drahtlosen Kommunikationsnetzen eine wichtige Rolle. Eine Antenne ist ein elektrischer Leiter oder ein Leitersystem, das elektromagnetische Energie in den / aus dem Weltraum ausstrahlt / sammelt (sendet oder empfängt). Eine idealisierte isotrope Antenne strahlt gleichmäßig in alle Richtungen.

Ausbreitungsmechanismen

Drahtlose Übertragungen breiten sich in drei Modi aus. Sie sind -

• Grundwellenausbreitung
• Ausbreitung von Himmelswellen
• Ausbreitung der Sichtlinie

Ground wave propagation folgt der Kontur der Erde, während sky wave propagation nutzt die Reflexion sowohl auf der Erde als auch in der Ionosphäre.

Line of sight propagationerfordert, dass sich die Sende- und Empfangsantennen innerhalb der Sichtlinie voneinander befinden. Abhängig von der Frequenz des zugrunde liegenden Signals wird der bestimmte Ausbreitungsmodus befolgt.

Beispiele für Bodenwellen- und Himmelswellenkommunikation sind AM radio und international broadcastswie BBC. Oberhalb von 30 MHz arbeitet weder die Ausbreitung von Bodenwellen noch von Himmelswellen, und die Kommunikation erfolgt über die Sichtlinie.

Übertragungsbeschränkungen

In diesem Abschnitt werden die verschiedenen Einschränkungen erläutert, die sich auf die Übertragung elektromagnetischer Wellen auswirken. Beginnen wir mit der Dämpfung.

Dämpfung

Die Signalstärke nimmt mit der Entfernung über das Übertragungsmedium ab. Das Ausmaß der Dämpfung ist eine Funktion der Entfernung, des Übertragungsmediums sowie der Frequenz der zugrunde liegenden Übertragung.

Verzerrung

Da Signale mit unterschiedlichen Frequenzen unterschiedlich stark gedämpft werden, wird ein Signal, das Komponenten über einen Frequenzbereich umfasst, verzerrt, dh die Form des empfangenen Signals ändert sich.

Eine Standardmethode zur Lösung dieses Problems (und zur Wiederherstellung der ursprünglichen Form) besteht darin, höhere Frequenzen zu verstärken und somit die Dämpfung über ein Frequenzband auszugleichen.

Dispersion

Dispersion ist das Phänomen der Ausbreitung eines elektromagnetischen Energiestoßes während der Ausbreitung. Datenfolgen, die schnell hintereinander gesendet werden, verschmelzen aufgrund von Streuung.

Lärm

Die am weitesten verbreitete Form von Rauschen ist thermisches Rauschen, das häufig mit einem additiven Gaußschen Modell modelliert wird. Thermisches Rauschen beruht auf thermischer Bewegung von Elektronen und ist gleichmäßig über das Frequenzspektrum verteilt.

Andere Formen von Lärm sind -

• Inter modulation noise (verursacht durch Signale, die bei Frequenzen erzeugt werden, die Summen oder Unterschiede der Trägerfrequenzen sind)

• Crosstalk (Interferenz zwischen zwei Signalen)

• Impulse noise (unregelmäßige energiereiche Impulse durch äußere elektromagnetische Störungen).

Während ein Impulsrauschen möglicherweise keinen signifikanten Einfluss auf analoge Daten hat, wirkt es sich spürbar auf digitale Daten aus und verursacht dies burst errors.

Die obige Abbildung zeigt deutlich, wie das Rauschsignal das ursprüngliche Signal überlappt und versucht, seine Eigenschaften zu ändern.

Fading

Fading bezieht sich auf die Variation der Signalstärke in Bezug auf Zeit / Entfernung und ist bei drahtlosen Übertragungen weit verbreitet. Die häufigsten Ursachen für das Ausbleichen in der drahtlosen Umgebung sind Mehrwegeausbreitung und Mobilität (von Objekten sowie von Kommunikationsgeräten).

Mehrwegeausbreitung

In drahtlosen Medien breiten sich Signale nach drei Prinzipien aus: Reflexion, Streuung und Beugung.

• Reflection tritt auf, wenn das Signal auf eine große feste Oberfläche trifft, deren Größe viel größer als die Wellenlänge des Signals ist, z. B. eine feste Wand.

• Diffraction tritt auf, wenn das Signal auf eine Kante oder eine Ecke trifft, deren Größe größer als die Wellenlänge des Signals ist, z. B. eine Kante einer Wand.

• Scattering tritt auf, wenn das Signal auf kleine Objekte trifft, deren Größe kleiner als die Wellenlänge des Signals ist.

Eine Folge der Mehrwegeausbreitung ist, dass mehrere Kopien einer Signalausbreitung entlang mehrerer verschiedener Pfade zu unterschiedlichen Zeiten an einem beliebigen Punkt ankommen. Das an einem Punkt empfangene Signal wird also nicht nur von derinherent noise, distortion, attenuation, und dispersion im Kanal aber auch die interaction of signals entlang mehrerer Pfade verbreitet.

Verzögerung verbreiten

Angenommen, wir senden einen Abtastimpuls von einem Ort und messen das empfangene Signal am Empfängerort als Funktion der Zeit. Die Signalleistung des empfangenen Signals breitet sich aufgrund der Mehrwegeausbreitung über die Zeit aus.

Die Verzögerungsstreuung wird durch die Dichtefunktion der resultierenden zeitlichen Streuung der Verzögerung bestimmt. Average delay spread und root mean square delay spread sind die beiden Parameter, die berechnet werden können.

Doppler-Ausbreitung

Dies ist ein Maß für spectral broadeningverursacht durch die Änderungsrate des Mobilfunkkanals. Es wird entweder durch Relativbewegung zwischen dem Mobiltelefon und der Basisstation oder durch die Bewegung von Objekten im Kanal verursacht.

Wenn die Geschwindigkeit des Mobiltelefons hoch ist, die Doppler-Streuung hoch ist und die resultierenden Kanalvariationen schneller sind als die des Basisbandsignals, wird dies als bezeichnet fast fading. Wenn Kanalvariationen langsamer sind als die Basisbandsignalvariationen, wird das resultierende Fading als bezeichnetslow fading.