Desvanecimento do canal sem fioO desvanecimento é a variação na amplitude, fase ou potência do sinal recebido, causada por mudanças no caminho de propagação. Ele pode reduzir a margem de enlace, distorcer sinais de banda larga e dificultar a reprodução de medições de radiofrequência. Compreender o tipo de desvanecimento presente em um sistema ajuda os engenheiros a escolher antenas, métodos de teste e técnicas de mitigação adequados.
Este guia explica o desvanecimento em grande e pequena escala, canais planos e seletivos em frequência, desvanecimento lento e rápido e os modelos estatísticos de canal mais comuns. Também mostra como o padrão de antena, a polarização e a geometria de teste influenciam as medições práticas de desvanecimento.
O que é o desvanecimento de canal sem fio?
Um sinal de rádio raramente chega a um receptor por meio de um único caminho ideal. Edifícios, terreno, veículos, equipamentos e outros objetos podem bloquear, refletir, difratar ou dispersar ondas eletromagnéticas. Múltiplas cópias do mesmo sinal podem, portanto, chegar com diferentes atrasos, amplitudes, fases e ângulos de chegada. Sua combinação pode ser construtiva em um local ou frequência e destrutiva em outro.
O desvanecimento difere da perda de percurso determinística no espaço livre. A perda de percurso descreve a redução geral da potência com o aumento da distância e da frequência, enquanto o desvanecimento descreve a variação adicional em torno dessa média. Os engenheiros geralmente classificam o desvanecimento em dois eixos independentes: escala espacial e seletividade de canal.
Figura 1.Variações lentas e rápidas no nível do sinal recebido ilustram diferentes escalas de tempo ou distância de desvanecimento.
Como o desvanecimento sem fio é classificado
Desvanecimento em grande escalaDescreve mudanças graduais ao longo de distâncias relativamente longas, principalmente devido à variação da perda de percurso e ao sombreamento.Desvanecimento em pequena escalaDescreve mudanças rápidas em curtas distâncias ou intervalos de tempo curtos devido a múltiplos caminhos e movimento.
O desvanecimento em pequena escala pode então ser classificado pela dispersão de atraso como plano ou seletivo em frequência, e pela dispersão Doppler como lento ou rápido. Essas são classificações separadas: um canal pode ser plano e rápido, plano e lento, seletivo em frequência e rápido, ou seletivo em frequência e lento.
Desvanecimento em grande escala: perda de percurso e sombreamento
tendência de perda de percurso
A perda de percurso é a redução média na potência recebida com a distância de propagação. Em espaço livre sem obstruções, a perda está relacionada ao comprimento de onda e à distância. Ambientes reais incluem terreno, interferências, efeitos atmosféricos e dependências da altura da antena, portanto, os orçamentos de enlace práticos normalmente utilizam um modelo de propagação apropriado ao cenário de implantação.
Desvanecimento da sombra
O sombreamento ocorre quando objetos grandes obstruem parcial ou totalmente o caminho de propagação direta. Edifícios, colinas, máquinas e carrocerias de veículos podem produzir mudanças relativamente lentas no nível de recepção à medida que o transmissor, o receptor ou o ambiente circundante se alteram. O desvanecimento por sombreamento é frequentemente representado estatisticamente em torno da perda média de percurso local.
Desvanecimento em pequena escala: multicaminho e movimento
Desvanecimento plano versus desvanecimento seletivo de frequência
Um canal tem aproximadamentedesbotamento planoquando sua largura de banda de coerência é maior que a largura de banda do sinal ocupado. O canal então altera a amplitude e a fase do sinal sem remodelar significativamente seu espectro.
Um canal se transformaSeletividade de frequênciaQuando a largura de banda do sinal é grande em comparação com a largura de banda de coerência, diferentes componentes espectrais experimentam ganhos e fases diferentes. A causa subjacente é a dispersão de atraso multicaminho resolúvel, que pode criar interferência intersimbólica em enlaces digitais.
Desvanecimento lento vs. desvanecimento rápido
Desvanecimento lentoSignifica que o canal sofre poucas alterações durante o intervalo de sinalização relevante.Desvanecimento rápidoSignifica que o canal muda significativamente durante esse intervalo. O movimento relativo entre o transmissor, o receptor e os dispersores circundantes produz deslocamentos Doppler e reduz o tempo de coerência do canal.
| Classificação | Comparação chave | Efeito típico |
|---|---|---|
| desbotamento plano | A largura de banda do sinal é menor que a largura de banda de coerência. | Ampla variação de amplitude e fase em todo o sinal |
| Seletividade de frequência | A largura de banda do sinal é maior que a largura de banda de coerência. | Distorção espectral e possível interferência intersimbólica |
| Desvanecimento lento | O tempo de coerência é longo em relação ao intervalo de sinalização. | Variação gradual no nível do enlace |
| Desvanecimento rápido | O tempo de coerência é curto em relação ao intervalo de sinalização. | Variação rápida e comprometimento relacionado ao Doppler |
Modelos estatísticos comuns de desvanecimento
- Desvanecimento de Rayleigh:Geralmente utilizado quando não há um único componente dominante na linha de visada e o sinal recebido é formado por muitos componentes dispersos.
- Desvanecimento riciano:Inclui um componente dominante juntamente com componentes de múltiplos caminhos dispersos. O fator K de Rice expressa a razão de potência entre os componentes dominante e difuso.
- Desvanecimento de Nakagami:Uma distribuição empírica flexível que pode representar uma gama de níveis de atenuação através de seu parâmetro de forma.
- Desvanecimento de Weibull:Outra distribuição estatística adaptável usada para ambientes de propagação medidos selecionados.
A seleção do modelo deve ser baseada no ambiente real, frequência, mobilidade, configuração da antena e dados de medição. Os fluxos de trabalho modernos do MATLAB utilizam objetos comocomm.CanalRayleighecomm.RicianChannelem vez das funções obsoletas mencionadas na versão anterior deste artigo.
Figura 3.As distribuições de envelope estatístico fornecem modelos compactos para o comportamento de desvanecimento medido.
Como o desvanecimento afeta o desempenho do sistema de radiofrequência
O desvanecimento pode reduzir a potência recebida, diminuir a relação sinal-ruído, aumentar a taxa de erros e interromper um enlace de rádio. O desvanecimento seletivo em frequência também pode distorcer formas de onda de banda larga, enquanto a rápida variação Doppler pode dificultar a estimativa do canal.
Os métodos comuns de mitigação incluem:
- margem de enlace adequada e controle automático de ganho;
- diversidade temporal, de frequência, espacial ou de polarização;
- equalização e projeto de forma de onda multicarrier;
- Codificação de canal, intercalação e modulação adaptativa;
- Processamento MIMO e direcionamento de feixe;
- Posicionamento cuidadoso da antena, seleção do padrão de radiação e controle da polarização.
Nenhuma técnica isolada elimina todos os mecanismos de desvanecimento. A abordagem correta depende das estatísticas do canal, da largura de banda ocupada, da mobilidade, dos requisitos de cobertura e da probabilidade aceitável de interrupção.
Figura 4.Os dados medidos devem determinar se uma distribuição estatística é apropriada para um canal específico.
Seleção de antenas para testes de sondagem de canais e de desvanecimento.
Uma antena não cria o canal de propagação por si só, mas afeta fortemente os caminhos e polarizações transmitidos ou recebidos. Ganho, largura do feixe, padrão de radiação, pureza da polarização, estabilidade de fase e geometria de montagem podem influenciar o comportamento do canal medido.
Para medições repetíveis de canal ou de desvanecimento, documente:
- a gama de frequência completa e a largura de banda de medição instantânea;
- Ganho da antena e largura do feixe em função da frequência;
- Requisitos de polarização linear, dupla-linear ou circular;
- Altura, orientação, espaçamento e estruturas circundantes da antena;
- Conector RF, perda de cabo e plano de referência de calibração;
- movimento do transmissor, receptor e dispersor;
- Dispersão de atraso, dispersão Doppler e faixa dinâmica necessária.
opções de antena RF MISO
A RF MISO projeta e fornece antenas de RF e micro-ondas para trabalhos em laboratório, campo e integração de sistemas. Dependendo da cobertura e da geometria de medição necessárias, os engenheiros podem considerarantenas de corneta de banda largapara medições direcionais de banda larga,antenas log-periódicaspara ampla cobertura de frequência, ouantenas omnidirecionaispara estudos selecionados de cobertura e propagação.
Consulte a folha de dados do modelo atual para obter informações sobre faixa de frequência, ganho, polarização, VSWR, conector e dimensões mecânicas. Para seleção específica da aplicação, compartilhe a banda de teste, a largura de banda, o padrão necessário, a polarização, as restrições de montagem e o ambiente de medição com a equipe de RF MISO.
Discuta sua necessidade de medição de RF
O RF MISO pode ajudar a identificar opções de antenas para sondagem de canal, estudos de propagação, avaliação de sistemas sem fio e medições de RF relacionadas.
Referências e Leitura Complementar
Data da publicação: 14 de agosto de 2023
