МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (СПЕКТРАЛЬНАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ, КАНАЛ)
Эффект замираний при многолучевом распространении сигнала
Что такое замирания сигнала?
В радиочастотных диапазонах используемых в сотовой связи существуют проблемы связанные с распространением радиоволн. Из-за ситуаций связанных с многократным отражением и поглощением волн различными препятствиями (городская застройка, рельеф местности, растительностью, расположением препятствий для распространения сигнала) существенно меняются условия функционирования систем.
Изменения застройки существенно влияет на качественные показатели сотовой системы связи.
При передаче радиосигнала по радиоканалу появляются замирания сигнала из-за эффекта тени и многолучевости.
Эффект тени связан с препятствиями , возникающими на пути прямого распространения сигнала между мобильной станцией и базовой.
МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (СПЕКТРАЛЬНАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ, КАНАЛ)
Замирания из-за многолучевости связаны с появлением сигналов, отраженных от объектов на пути распространения сигнала.
В результате многолучевости появляется один или несколько сигналов , сдвинутых по фазе ( в условиях города это приводит к появлению нескольких сигналов, пришедших на мобильную станцию по различным путям . Интерференция этих сигналов вызывает явление которое называется замиранием.
МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (СПЕКТРАЛЬНАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ, КАНАЛ)
Замирания бывают медленные и быстрые
Причина медленных замираний – затенение первой зоны Френеля радиосигнала на трассе за счет особенностей рельефа
игородской застройки
Причина быстрых замираний – многолучевая структура сигнала
иинтерференция лучей
МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (СПЕКТРАЛЬНАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ, КАНАЛ)
Характеристики многолучевого канала
Типичное условие работы радиосистем передачи информации это отсутствие прямой видимости между приемником и передатчиков.
Большая часть энергии принимаемого суммарного электромагнитного поля обусловлена эффектом дифракции - рассеянием распространяющейся радиоволны на различных препятствиях.
Sпр(t) – сигнал на входе приемника, созданный n – радиоволнами, каждая из которых прошла свой путь распространения длинной r. ант. приемника.(размещены в фокусах элипса)
h() – импульсной характеристикой канала (если принять, что канал линейное устройство.
k – коэффициент учитывающий изменение мощности при распространении радиоволны
Формирование одного луча в многолучевом канале
Для случая на картинке
МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (СПЕКТРАЛЬНАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ, КАНАЛ)
Так как речь идет о радиосигналах, то мы будем рассматривать их комплексное представление, а именно их комплексные огибающие. Это позволит рассматривать более реальные условия распространения радиоволн с учетом дифракции, отражений с комплексным коэффициентом отражений, проникновения через различные препятствия.
При любом способе модуляции радиосигнал в вещественном виде записывается как функция:
– комплексная огибающая вещественного сигнала s(t)
Запишем выражение нашего сигнала на вх. приемника: , -комплексная огибающая радиосигнала на выходе канала, а - комплексный коэффициент передачи канала = )
Можно определить комплексную огибающую сигнала на выходе канала если известен коэффициент передачи канала!
МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (СПЕКТРАЛЬНАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ, КАНАЛ)
Очевидно, что происходит изменение не только уровня сигнала, но и его фазы. Форма сигнала остается неизменной, все изменения на разных путях распространения различны.
Это комплексная огибающая на выходе канала передачи которое представляет собой сумму двух лучей с относительной задержкой между ними
Комплексная огибающая в общем виде
Относительная задержка между лучами
МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (СПЕКТРАЛЬНАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ, КАНАЛ)
На рисунке изображена зависимость модуля импульсной характеристики канала, где по оси ординат откладываются значения мощности лучей, по оси абсцисс время распространения радиоволны от передатчика до приемника.
Это представление импульсной характеристики иллюстрирует рассеяние мощности принимаемого сигнала по времени в многолучевом канале.!!!
МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (СПЕКТРАЛЬНАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ, КАНАЛ)
Этот график ИХ присущ. для плотно городской застройке.
ИХ можно рассматривать как случайны процесс т.к. местоположение пр. и перед. могут изменяться случайным образом
МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА (СПЕКТРАЛЬНАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ, КАНАЛ)
Основные методы борьбы с замираниями:
Увеличение мощности передатчиков с учетом возможного замирания
Пространственное разнесение приемных антенн
Разнос по частоте
Оптимальный выбор частот в конкретных условиях так как величина замираний зависит от частоты сигнала
Адаптивные методы приема и обработки входных сигналов в зависимости от конкретных условий распространения и скорости движения мобильной станции.