Многолучевое распространение - Multipath propagation - Wikipedia

Эта статья о явлении распространения электромагнитного излучения. Для использования в вычислениях см. Многолучевость (значения).

В радиосвязь, многолучевость это распространение явление, которое приводит к радио сигналы достигая получения антенна двумя и более путями. Причины многолучевого распространения включают атмосферный воздуховод, ионосферное отражение и преломление, и отражение от водоемов и земных объектов, таких как горы и здания.

Многолучевое распространение вызывает многолучевые помехи, в том числе конструктивные и деструктивные. вмешательство, и фазовый сдвиг сигнала; причины деструктивного вмешательства угасание. Это может привести к тому, что радиосигнал станет слишком слабым в определенных областях для его адекватного приема, поэтому многолучевое распространение может быть вредным для систем радиосвязи. Если амплитуды сигналов, поступающих разными путями, имеют распределение, известное как Распределение Рэлея, это известно как Замирание Рэлея. Когда один компонент (часто, но не обязательно, Поле зрения компонент) доминирует, a Райское распределение предоставляет более точную модель, известную как Rician увядание. Если доминируют два компонента, поведение лучше всего моделируется с помощью двухволновой с диффузной мощностью (TWDP) распределение.

Вмешательство

Основная статья: Волновая интерференция

Когерентные волны, которые распространяются двумя разными путями, прибудут с сдвиг фазы, следовательно, мешают друг другу.

Многолучевые помехи - это явление в физике волны посредством чего волна от источника проходит к детектору по двум или более путям, и два (или более) компонента волны конструктивно или деструктивно интерферируют. Многолучевые помехи являются частой причиной "привидение "в аналоговых телевизионных передачах и угасание из радиоволны.

Схема идеальной ситуации для телевизионных сигналов, движущихся в пространстве: сигнал покидает передатчик (TX) и проходит по одному пути к приемнику (телевизору, обозначенному как RX)

На этом рисунке объект (в данном случае самолет) загрязняет систему, добавляя второй путь. Сигнал поступает на приемник (приемник) по двум разным путям, имеющим разную длину. Основной путь - это прямой путь, а второй обусловлен отражением от плоскости.

Необходимое условие - чтобы компоненты волны оставались последовательный на всем протяжении их путешествия.

Интерференция будет возникать из-за того, что две (или более) компоненты волны, как правило, прошли разную длину (измеренную с помощью длина оптического пути - геометрическая длина и преломление (с разной оптической скоростью)), и, таким образом, достигая детектора вне фаза друг с другом.

Сигнал из непрямых путей мешает требуемому сигналу как по амплитуде, так и по фазе, что называется замиранием из-за многолучевого распространения.

Примеры

В факсимиле и (аналог) телевидение коробка передач, причины многолучевости дрожь и привидение, выглядит как блеклый дубликат справа от основного изображения. Призраки возникают, когда передачи отражаются от горы или другого крупного объекта, а также достигают антенны по более короткому и прямому маршруту, когда приемник принимает два сигнала, разделенных задержкой.

Многолучевые эхо-сигналы радара от реальной цели вызывают появление призраков.

В радар обработки, многолучевость вызывает появление призрачных целей, обманывая радар приемник. Эти призраки особенно беспокоят, поскольку они движутся и ведут себя как обычные цели (которые они отражают), и поэтому приемник испытывает трудности с выделением правильного эхо-сигнала от цели. Эти проблемы можно свести к минимуму, добавив карту местности вокруг радара и исключив все эхо-сигналы, которые, по-видимому, возникают ниже уровня земли или выше определенной высоты (высоты).

В цифровой радиосвязи (например, GSM ) многолучевость может вызывать ошибки и влиять на качество связи. Ошибки связаны с межсимвольная интерференция (ISI). Эквалайзеры часто используются для исправления ISI. В качестве альтернативы такие методы, как модуляция с ортогональным частотным разделением и приемники граблей может быть использовано.

Ошибка GPS из-за многолучевого распространения

В Приемник глобальной системы позиционирования Эффект многолучевого распространения может привести к тому, что выходной сигнал стационарного приемника будет указывать на то, как будто он беспорядочно прыгает или крадется. Когда объект движется, прыжки или ползание могут быть скрыты, но это по-прежнему ухудшает отображаемую точность местоположения и скорости.

В проводных СМИ

Многолучевое распространение аналогично связь по линии электропередач и по телефону местные петли. В любом случае, Несоответствие импеданса причины отражение сигнала.

В высокоскоростных системах связи по линиям электропередач обычно используется модуляция с несколькими несущими (например, OFDM или же Вейвлет OFDM), чтобы избежать межсимвольная интерференция это вызовет многолучевое распространение. В ITU-T G.hn стандарт обеспечивает возможность создания высокоскоростного (до 1 Гигабит / с) локальная сеть с использованием существующей домашней электропроводки (линии электропередач, телефонные линии и коаксиальные кабели ). G.hn использует OFDM с циклический префикс чтобы избежать ISI. Поскольку многолучевое распространение ведет себя по-разному в каждом типе провода, G.hn использует разные параметры OFDM (длительность символа OFDM, продолжительность защитного интервала) для каждой среды.

DSL модемы также используйте Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов общаться со своими DSLAM несмотря на многолучевость. В этом случае отражения могут быть вызваны смешанными калибры проводов, но те из мостовые краны обычно бывают более интенсивными и сложными. Если обучение OFDM неудовлетворительно, разветвители моста могут быть удалены.

Математическое моделирование

Математическая модель многолучевой импульсной характеристики.

Математическая модель многолучевого распространения может быть представлена ​​методом импульсивный ответ используется для обучения линейные системы.

Предположим, вы хотите передать сигнал, идеально Импульс Дирака из электромагнитный мощность в момент времени 0, т.е.

${\displaystyle x(t)=\delta (t)}$

В приемнике из-за наличия нескольких электромагнитных путей будет получено более одного импульса, и каждый из них будет приходить в разное время. Фактически, поскольку электромагнитные сигналы проходят через скорость света, и так как каждый путь имеет геометрическую длину, возможно, отличную от других, существуют разные времена полета (учтите, что в свободное место свету требуется 3 мкс, чтобы преодолеть расстояние в 1 км). Таким образом, полученный сигнал будет выражен как

${\displaystyle y(t)=h(t)=\sum _{n=0}^{N-1}{\rho _{n}e^{j\phi _{n}}\delta (t-\tau _{n})}}$

куда ${\displaystyle N}$ это количество полученных импульсов (эквивалентно количеству электромагнитных путей и, возможно, очень большое), ${\displaystyle \tau _{n}}$ это время задержки общего ${\displaystyle n^{th}}$ импульс, и ${\displaystyle \rho _{n}e^{j\phi _{n}}}$ представляют комплексная амплитуда (т. е. амплитуда и фаза) общего принятого импульса. Как следствие, ${\displaystyle y(t)}$ также представляет собой функцию импульсной характеристики ${\displaystyle h(t)}$ эквивалентной модели многолучевого распространения.

В общем, при наличии изменения во времени геометрических условий отражения этот импульсный отклик изменяется во времени, и поэтому мы имеем

${\displaystyle \tau _{n}=\tau _{n}(t)}$

${\displaystyle \rho _{n}=\rho _{n}(t)}$

${\displaystyle \phi _{n}=\phi _{n}(t)}$

Очень часто для обозначения серьезности условий многолучевости используется всего один параметр: он называется время многолучевого распространения, ${\displaystyle T_{M}}$, и определяется как временная задержка, существующая между первым и последним принятыми импульсами.

${\displaystyle T_{M}=\tau _{N-1}-\tau _{0}}$

Математическая модель передаточной функции многолучевого канала.

В практических условиях и при измерениях время многолучевого распространения вычисляется путем рассмотрения в качестве последнего импульса первого импульса, который позволяет получить определенную величину полной передаваемой мощности (масштабированной на атмосферные потери и потери распространения), например 99%.

Сохраняя нашу цель в линейных, не зависящих от времени системах, мы также можем охарактеризовать явление многолучевого распространения с помощью функции передачи канала ${\displaystyle H(f)}$, который определяется как непрерывное время преобразование Фурье импульсного отклика ${\displaystyle h(t)}$

${\displaystyle H(f)={\mathfrak {F}}(h(t))=\int _{-\infty }^{+\infty }{h(t)e^{-j2\pi ft}dt}=\sum _{n=0}^{N-1}{\rho _{n}e^{j\phi _{n}}e^{-j2\pi f\tau _{n}}}}$

где последний правый член предыдущего уравнения легко получить, вспомнив, что преобразование Фурье импульса Дирака является комплексной экспоненциальной функцией, собственная функция любой линейной системы.

Полученная характеристика передачи канала имеет типичный вид последовательности пиков и впадин (также называемых выемки); можно показать, что в среднем расстояние (в Гц) между двумя последовательными впадинами (или двумя последовательными пиками) примерно обратно пропорционально времени многолучевого распространения. Так называемой ширина полосы когерентности таким образом определяется как

${\displaystyle B_{C}\approx {\frac {1}{T_{M}}}}$

Например, при времени многолучевого распространения 3 мкс (что соответствует 1 км добавленного полета по воздуху для последнего принятого импульса) ширина полосы когерентности составляет около 330 кГц.

Смотрите также

• Кольцевая дроссельная антенна, конструкция, которая может отклонять посторонние сигналы отражения
• Схемы разнообразия
• Затухание
• Оливия МФСК
• Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов
• Поток сигнала
• Сверхширокополосный
• Доплеровское распространение
• Зеркало Ллойда
• Rician увядание
• Двухлучевая модель отражения от земли

Рекомендации

• MIL-STD-188
• Федеральный стандарт 1037C

Эта статья включаетматериалы общественного достояния от Администрация общих служб документ: «Федеральный стандарт 1037С».