Verzwakking van draadloze communicatieFading is de variatie in de amplitude, fase of het vermogen van het ontvangen signaal, veroorzaakt door veranderingen in het propagatiepad. Het kan de verbindingsmarge verkleinen, breedbandsignalen vervormen en RF-metingen moeilijk reproduceerbaar maken. Inzicht in het type fading dat in een systeem aanwezig is, helpt ingenieurs bij het kiezen van geschikte antennes, testmethoden en mitigatietechnieken.
Deze handleiding beschrijft grootschalige en kleinschalige fading, vlakke en frequentieselectieve kanalen, langzame en snelle fading, en de meest voorkomende statistische kanaalmodellen. Ook wordt uitgelegd hoe antennepatroon, polarisatie en testgeometrie praktische fadingmetingen beïnvloeden.
Wat is draadloze kanaalvervaging?
Een radiosignaal bereikt een ontvanger zelden via slechts één ideaal pad. Gebouwen, terrein, voertuigen, apparatuur en andere objecten kunnen elektromagnetische golven blokkeren, reflecteren, diffracteren of verstrooien. Meerdere kopieën van hetzelfde signaal kunnen daarom aankomen met verschillende vertragingen, amplitudes, fasen en aankomsthoeken. De combinatie hiervan kan op de ene locatie of frequentie constructief zijn en op een andere destructief.
Fading is iets anders dan deterministisch padverlies in vrije ruimte. Padverlies beschrijft de algemene afname van het vermogen naarmate de afstand en frequentie toenemen, terwijl fading de extra variatie rond dat gemiddelde beschrijft. Ingenieurs classificeren fading meestal op twee onafhankelijke assen: ruimtelijke schaal en kanaalselectiviteit.
Figuur 1.Langzame en snelle variaties in het ontvangen signaalniveau illustreren verschillende fading-tijd- of afstandsschalen.
Hoe wordt draadloze fading geclassificeerd?
Grootschalige vervagingDit beschrijft geleidelijke veranderingen over relatief lange afstanden, voornamelijk als gevolg van variaties in padverlies en schaduwvorming.Kleinschalige vervagingDit beschrijft snelle veranderingen over korte afstanden of korte tijdsintervallen als gevolg van meerpadvoortplanting en beweging.
Kleinschalige fading kan vervolgens worden geclassificeerd op basis van de vertragingsspreiding als vlak of frequentieselectief, en op basis van de Doppler-spreiding als langzaam of snel. Dit zijn afzonderlijke classificaties: een kanaal kan vlak en snel zijn, vlak en langzaam, frequentieselectief en snel, of frequentieselectief en langzaam.
Grootschalige fading: padverlies en schaduwvorming
Trend van padverlies
Padverlies is de gemiddelde afname van het ontvangen vermogen met de voortplantingsafstand. In een onbelemmerde vrije ruimte is het verlies gerelateerd aan de golflengte en de afstand. In de praktijk spelen terrein, ruis, atmosferische effecten en de afhankelijkheid van de antennehoogte een rol. Daarom wordt bij praktische linkbudgetten doorgaans een voortplantingsmodel gebruikt dat geschikt is voor het implementatiescenario.
Schaduw vervagen
Schaduwverzwakking treedt op wanneer grote objecten het directe voortplantingspad gedeeltelijk of volledig blokkeren. Gebouwen, heuvels, machines en voertuigcarrosserieën kunnen relatief langzame veranderingen in het ontvangen signaalniveau veroorzaken naarmate de zender, ontvanger of de omgeving verandert. Schaduwverzwakking wordt vaak statistisch weergegeven rond het lokale gemiddelde padverlies.
Kleinschalige fading: meervoudige paden en beweging
Vlakke fading versus frequentie-selectieve fading
Een kanaal is ongeveervlakke vervagingwanneer de coherentiebandbreedte groter is dan de bandbreedte van het bezette signaal. Het kanaal verandert dan de amplitude en fase van het signaal zonder het spectrum sterk te vervormen.
Een kanaal wordtfrequentieselectiefWanneer de signaalbandbreedte groot is in vergelijking met de coherentiebandbreedte, ondervinden verschillende spectrale componenten verschillende versterking en fase. De onderliggende oorzaak is een waarneembare meerpadvertraging, die intersymboolinterferentie in digitale verbindingen kan veroorzaken.
Langzaam vervagen versus snel vervagen
Langzame vervagingDit betekent dat het kanaal gedurende het betreffende signaalinterval weinig verandert.Snel vervagenDit betekent dat het kanaal gedurende dat interval aanzienlijk verandert. Relatieve beweging tussen de zender, ontvanger en omringende verstrooiers veroorzaakt Dopplerverschuivingen en verkort de coherentietijd van het kanaal.
| Classificatie | Sleutelvergelijking | Typisch effect |
|---|---|---|
| Vlakke vervaging | De signaalbandbreedte is kleiner dan de coherentiebandbreedte. | Grote variatie in amplitude en fase over het hele signaal. |
| Frequentie-selectief | De signaalbandbreedte is groter dan de coherentiebandbreedte. | Spectrale vervorming en mogelijke intersymboolinterferentie |
| Langzame vervaging | De coherentietijd is lang in verhouding tot het signaalinterval. | Geleidelijke variatie op linkniveau |
| Snel vervagen | De coherentietijd is kort in verhouding tot het signaalinterval. | Snelle variatie en Doppler-gerelateerde verstoring |
Veelgebruikte statistische fadingmodellen
- Rayleigh-vervaging:Wordt vaak gebruikt wanneer er geen enkele dominante component in de zichtlijn aanwezig is en het ontvangen signaal is opgebouwd uit vele verstrooide componenten.
- Rician verdwijnt:Dit omvat een dominante component samen met verstrooide meerpadcomponenten. De Rician K-factor drukt de vermogensverhouding uit tussen de dominante en diffuse componenten.
- Nakagami verdwijnt:een flexibele empirische verdeling die, via de vormparameter, een reeks gradaties van vervaging kan weergeven.
- Weibull-trend vervaagt:een andere aanpasbare statistische verdeling die wordt gebruikt voor geselecteerde gemeten voortplantingsomgevingen.
De modelselectie moet gebaseerd zijn op de feitelijke omgeving, frequentie, mobiliteit, antenneconfiguratie en meetgegevens. Moderne MATLAB-workflows maken gebruik van objecten zoalscomm.RayleighChannelEncomm.RicianChannelin plaats van de verouderde functies waarnaar in de vorige versie van dit artikel werd verwezen.
Figuur 3.Statistische envelopverdelingen bieden compacte modellen voor gemeten fadinggedrag.
Hoe fading de prestaties van een RF-systeem beïnvloedt
Verzwakking kan het ontvangen vermogen verminderen, de signaal-ruisverhouding verlagen, de foutenmarge verhogen en een radioverbinding verstoren. Frequentieselectieve verzwakking kan ook breedbandgolfvormen vervormen, terwijl snelle Doppler-variaties de kanaalschatting kunnen bemoeilijken.
Veelgebruikte methoden om de gevolgen te beperken zijn onder meer:
- voldoende verbindingsmarge en automatische versterkingsregeling;
- tijd, frequentie, ruimtelijk ofpolarisatie diversiteit;
- egalisatie en ontwerp van multicarrier-golfvormen;
- kanaalcodering, interleaving en adaptieve modulatie;
- MIMO-verwerking en bundelsturing;
- Zorgvuldige plaatsing van de antenne, selectie van het stralingspatroon en polarisatiecontrole.
Geen enkele techniek elimineert alle fadingmechanismen. De juiste aanpak hangt af van kanaalstatistieken, de bezette bandbreedte, mobiliteit, dekkingsvereisten en een acceptabele uitvalkans.
Figuur 4.Aan de hand van meetgegevens moet worden bepaald of een statistische verdeling geschikt is voor een specifiek kanaal.
Antennekeuze voor kanaalmetingen en fadingtests
Een antenne creëert niet zelf het propagatiekanaal, maar beïnvloedt wel sterk welke paden en polarisaties worden verzonden of ontvangen. Versterking, bundelbreedte, stralingspatroon, polarisatiezuiverheid, fasestabiliteit en montagegeometrie kunnen allemaal van invloed zijn op het gemeten kanaalgedrag.
Voor herhaalbare kanaal- of fadingmetingen, documenteer:
- het volledige frequentiebereik en de momentane meetbandbreedte;
- antenneversterking en bundelbreedte over frequentie;
- lineaire, dubbel-lineaire of circulaire polarisatievereisten;
- antennehoogte, oriëntatie, onderlinge afstand en omliggende structuren;
- RF-connector, kabelverlies en kalibratiereferentievlak;
- beweging van zender, ontvanger en strooier;
- Vertragingsspreiding, Doppler-spreiding en vereist dynamisch bereik.
RF MISO-antenneopties
RF MISO ontwerpt en levert RF- en microgolfantennes voor laboratorium-, veld- en systeemintegratietoepassingen. Afhankelijk van de vereiste dekking en meetgeometrie kunnen ingenieurs rekening houden met verschillende mogelijkheden.breedbandhoornantennesvoor directionele breedbandmetingen,log-periodieke antennesvoor een breed frequentiebereik, ofomnidirectionele antennesvoor geselecteerde dekkings- en voortplantingsstudies.
Raadpleeg het specificatieblad van het huidige model voor informatie over frequentiebereik, versterking, polarisatie, VSWR, connector en mechanische afmetingen. Voor een toepassingsspecifieke selectie dient u de testband, bandbreedte, gewenste stralingspatroon, polarisatie, montagebeperkingen en meetomgeving te delen met het RF MISO-team.
Veelgestelde vragen over draadloze signaalverzwakking
Wat is fading in draadloze communicatie?
Vervaging in draadloze communicatie is de variatie in de amplitude, fase of het vermogen van het ontvangen signaal, veroorzaakt door meervoudige signaalpaden, schaduwwerking, beweging of veranderingen in de radio-omgeving.
Wat zijn de belangrijkste soorten vervaging?
Fading wordt doorgaans onderverdeeld in grootschalige en kleinschalige fading. Kleinschalige fading kan vlak of frequentieselectief zijn, en langzaam of snel, afhankelijk van de vertragingsspreiding en de Doppler-spreiding.
Wat veroorzaakt signaalverzwakking in draadloze kanalen?
Veelvoorkomende oorzaken zijn obstructie, reflectie, diffractie, verstrooiing, meerpadvertraging en Dopplerverschuivingen veroorzaakt door beweging van de zender, ontvanger of omringende objecten.
Welke invloed heeft de antennekeuze op fadingmetingen?
Antenneversterking, bundelbreedte, polarisatie, montage en testopstelling beïnvloeden welke propagatiepaden worden gebruikt voor verzending of ontvangst. Daarom moeten deze factoren worden gecontroleerd en gedocumenteerd.
Bespreek uw RF-meetvereisten.
RF MISO kan helpen bij het identificeren van antenne-opties voor kanaalmetingen, propagatiestudies, evaluatie van draadloze systemen en aanverwante RF-metingen.
Onderzoek de mogelijkheden voor antennetesten.|Neem contact op met RF MISO
Referenties en verder lezen
Geplaatst op: 14 augustus 2023
