3. Параметры многолучевого канала

Большинство параметров многолучевого канала следуют из уравнений распределения мощности в канале. Распределение мощности в канале (или профиль мощности) в общем случае представляется как зависимость принимаемой приемником мощности от времени задержки.

Экспериментально профиль мощности определяется как среднее из нескольких измерений мгновенного значения мощности в избранных точках исследуемой области пространства вокруг приемника. В зависимости от ширины тестового импульса и типа исследуемого многолучевого канала, радиус области, в которой проводятся мгновенные измерения мощности в диапазоне частот 450 .... 6000 МГц, не превышает 6 м от точки расположения приемника при измерениях в свободном пространстве и не превышает 2 м при измерениях в здании. При таких локальных измерениях исключается влияние крупномасштабных эффектов изменения мощности с расстоянием. Наименьшее расстояние между точками, в которых происходит измерение, как правило, ограничивается четвертью длины волны на центральной рабочей частоте. На рис. 5.5 показано измеренная нормализованная принимаемая мощность на частоте 4 ГГц внутри небольшого магазина.

Р(дБм)

0

-10

-20

0 100 200 300 нсек

Рис.5.5 Профиль мощности внутри небольшого помещения на частоте 4 ГГЦ

Для сравнения различных многолучевых каналов и грубой оценки радиосистем используются интегральные параметры, характеризующие канал в целом.

Среднее время задержки есть первый момент распределения мощности (профиля мощности) и определяется из уравнения:

5.17

Среднеквадратичное время задержки есть второй момент распределения мощности и определяется из уравнения:

5.18

Типичное время среднеквадратичной задержки для уличных радиоканалов порядка нескольких микросекунд и порядка нескольких наносекунд для радиоканалов внутри помещения .

Максимальное время задержки определяется как время, в течении которого энергия многолучевого канала уменьшается на Х дБ ниже максимального значения мощности. Другими словами, максимальная задержка определяется как разность , где есть время прихода первого сигнала, а есть время, в течении которого напряженность сигнала в точке приема находится внутри диапазона в Х дБ относительно максимальной величины сигнала. Так, например, максимальное время задержки для профиля мощности рис. 5.5 по уровню 10 дБ равно, примерно, 180 нсек.

Все времена задержки в уравнениях 5.17, 5.18, как и для времени максимальной задержки измеряются относительно первого детектированного приемником сигнала в момент времени . Величина мощности в этих уравнениях (как и в профиле мощности) также величина относительная.

Важно отметить, что среднее и средне квадратичное время задержки определяются из измеренного в некоторый момент времени профиля мощности, соответствующего одной из многих возможных импульсных характеристик. Значительное количество экспериментальных измерений на большой территории обычно проводится для определения статистически достоверных параметров радиоканала мобильной связи.

Временные параметры также существенно зависят от выбора шумового порога в профиле мощности. При выборе очень низкого порога значительная часть шума будет рассматриваться как задержанные копии сигнала, что исказить реальные характеристики радиоканала.

Когерентная полоса частот В_С определяется как обратная величина к среднеквадратичной времени задержки:

5.19

Физически когерентная полоса частот определяет область частот, в которой канал может рассматриваться как плоский. Другими словами, в когерентной области частот имеет место одинаковая величина коэффициента усиления и линейная фазовая характеристика канала. Все частоты, попадающие в когерентную полосу, оказывают одинаковое влияние на приемник; частота за когерентной полосой существенно различается от когерентных частот по своему воздействию на приемник.

Время задержки в радиоканале и когерентная полоса частот описывают свойства канала в некоторой локальной области пространства. Но эти параметры не отражают временных изменений параметров канала, вызванных движением мобильной станции относительно базовой или движения объектов по трассе распространения радиосигнала.

Доплеровское расширение спектра B_D есть мера расширения спектра в радиоканале, вызванная временными изменениями параметров радиоканала, и определяется как область частот, в которой принимаемый доплеровский спектр существенно ненулевой. Когда передается почти синусоидальный тон на несущей частоте f_C , принимаемый спектр сигнала, называемый доплеровским спектром, будет иметь спектральные компоненты в области , где f_d есть доплеровский сдвиг частоты. Максимально возможная величина доплеровского расширения спектра является функцией относительной скорости мобильного абонента и несущей частоты.

Если полоса частот сигнала в baseband диапазоне значительно больше B_{D ,} доплеровским расширением спектра можно пренебречь. Эта ситуация соответствует каналу с медленным федингом.

Время корреляции T_C определяется как обратная величина к доплеровскому расширению спектра B_D и используется для характеристики канала во временной области. Время корреляции измеряется статистически как время, в течении которого импульсная характеристика канала постоянна или, другими словами, определяет квант времени, в течении которого реакции канала неизменна. В течении этого кванта времени два принимаемых сигнала существенно влияют друг на друга. Если два сигнала приходят в точку приема с разницей времени больше, чем время корреляции, то они существенно различаются каналом.

Если обратная величина от полосы частот сигнала в baseband диапазоне больше, чем время корреляции канала, то параметры канала будут изменяться в течении времени получения сообщения, что приведет к искажения в принимаемом сообщении.

Если время корреляции определить как время, в течении которого корреляционная функция больше 0.5, то с использованием частоты доплеровского сдвига можно записать:

5.20

На практике время корреляции чаще определяется как время корреляции сигнала в релеевском канале, примерно равное:

5.21

4. Типы фединга в многолучевом канале

Многолучевой канал характеризуется двумя основными параметрами: когерентной полосой частот (соответствующий параметр во временной области среднеквадратичное время задержки сигнала в канале ) и доплеровской полосой расширения спектра (соответствующий параметр во временной области когерентное время .

Две эти характеристики различны и достаточно независимы друг от друга. Задержка сигнала в канале характеризует статическое распределение поля в условиях многолучевого распространения. Когерентное время вследствие доплеровского сдвига частот определяет нестационарность многолучевого поля, его изменение со временем вследствие непостоянного распределения препятствий (в том числе и движения абонента среди препятствий).

Соответственно, можно различать четыре типа фединга, различающиеся между собой по соотношению периода сигнала (полосы частот сигнала) к среднеквадратичному времени задержки сигнала в канале ( когерентной полосе частот канала) и к когерентному времени канала (доплеровской полосе частот):

• Flat Fading (плоский фединг). Полоса частот сигнала меньше когерентной полосы канала, период символов сигнала больше времени задержки копий сигнала

• Frequency Selected Fading (частотно селективный фединг). Полоса частот сигнала больше когерентной полосы частот канала, длительность импульса сигнала меньше времени задержки в канале

• Fast fading (быстрый фединг). Когерентное время меньше, чем длительность импульса сигнала, частота изменения параметров канала выше, чем длительность информационного символа

• Slow Fading (медленный фединг). Импульсная характеристика канала изменяется существенно медленнее, чем длительность информационного импульса, полоса частот информационного сигнала шире, чем доплеровское расширение частоты канала.