Потери при распространении
Антенна и распространение волн играют жизненно важную роль в сетях беспроводной связи. Антенна - это электрический проводник или система проводников, которая излучает / собирает (передает или принимает) электромагнитную энергию в / из космоса. Идеализированная изотропная антенна излучает одинаково во всех направлениях.
Механизмы распространения
Беспроводные передачи передаются в трех режимах. Они -
- Распространение земной волны
- Распространение небесных волн
- Распространение в прямой видимости
Ground wave propagation следует контуру земли, а sky wave propagation использует отражение как от Земли, так и от ионосферы.
Line of sight propagationтребует, чтобы передающая и приемная антенны находились в пределах прямой видимости друг друга. В зависимости от частоты основного сигнала отслеживается конкретный режим распространения.
Примеры связи земных и небесных волн: AM radio и international broadcastsнапример BBC. На частотах выше 30 МГц не работают ни земные, ни небесные волны, и связь осуществляется через линию прямой видимости.
Ограничения передачи
В этом разделе мы обсудим различные ограничения, влияющие на передачу электромагнитных волн. Начнем с затухания.
Затухание
Сила сигнала падает с увеличением расстояния до среды передачи. Степень затухания является функцией расстояния, среды передачи, а также частоты базовой передачи.
Искажение
Поскольку сигналы на разных частотах ослабляются в разной степени, сигнал, состоящий из компонентов в диапазоне частот, искажается, то есть форма принимаемого сигнала изменяется.
Стандартный метод решения этой проблемы (и восстановления исходной формы) состоит в усилении более высоких частот и, таким образом, выравнивании затухания по полосе частот.
Дисперсия
Дисперсия - это явление распространения выброса электромагнитной энергии во время распространения. Пакеты данных, отправляемые в быстрой последовательности, имеют тенденцию сливаться из-за разброса.
Шум
Наиболее распространенной формой шума является тепловой шум, который часто моделируется с помощью аддитивной гауссовой модели. Тепловой шум возникает из-за теплового возбуждения электронов и равномерно распределяется по частотному спектру.
Другие формы шума включают:
Inter modulation noise (вызвано сигналами, генерируемыми на частотах, которые являются суммой или разностью несущих частот)
Crosstalk (помеха между двумя сигналами)
Impulse noise (нерегулярные импульсы высокой энергии, вызванные внешними электромагнитными помехами).
Хотя импульсный шум может не оказывать значительного влияния на аналоговые данные, он оказывает заметное влияние на цифровые данные, вызывая burst errors.
На приведенном выше рисунке четко показано, как шумовой сигнал перекрывает исходный сигнал и пытается изменить его характеристики.
Затухание
Замирание относится к изменению силы сигнала в зависимости от времени / расстояния и широко распространено при беспроводной передаче. Наиболее частыми причинами замирания в беспроводной среде являются многолучевое распространение и мобильность (как объектов, так и взаимодействующих устройств).
Многолучевое распространение
В беспроводной среде сигналы распространяются с использованием трех принципов: отражения, рассеяния и дифракции.
Reflection возникает, когда сигнал встречает большую твердую поверхность, размер которой намного больше длины волны сигнала, например, твердую стену.
Diffraction происходит, когда сигнал встречает край или угол, размер которого больше длины волны сигнала, например край стены.
Scattering происходит, когда сигнал встречает небольшие объекты размером меньше длины волны сигнала.
Одним из последствий многолучевого распространения является то, что несколько копий сигнала, распространяющегося по множеству разных путей, прибывают в любую точку в разное время. Таким образом, на сигнал, полученный в точке, влияет не толькоinherent noise, distortion, attenuation, и dispersion в канале, но и interaction of signals распространяется по нескольким путям.
Распространение задержки
Предположим, мы передаем зондирующий импульс из какого-то места и измеряем полученный сигнал в местоположении получателя как функцию времени. Мощность принимаемого сигнала увеличивается во времени из-за многолучевого распространения.
Разброс задержки определяется функцией плотности результирующего разброса задержки во времени. Average delay spread и root mean square delay spread - это два параметра, которые можно вычислить.
Доплеровское распространение
Это мера spectral broadeningвызвано скоростью изменения мобильного радиоканала. Это вызвано либо относительным движением между мобильной станцией и базовой станцией, либо движением объектов в канале.
Когда скорость мобильного телефона высока, доплеровский разброс велик и результирующие изменения канала быстрее, чем у сигнала основной полосы частот, это называется fast fading. Когда изменения канала медленнее, чем изменения сигнала основной полосы частот, результирующее замирание называетсяslow fading.