Așa cum sa arătat, pentru deplasarea unității mobile (ME) a observat fluctuații rapide ale parametrilor de semnal datorită dispersiei timp-frecvență a funcției de transfer de canal de transmisie cauzate de multipath sale [5].
Fluctuațiile în faza inițială a semnalului la punctul de recepție sunt determinate de o schimbare a locației sale, iar atunci când obiectul se deplasează, este o funcție a timpului. În plus, atunci când obiectul se deplasează datorită efectului Doppler, se observă o modulare aleatorie a frecvenței, ale cărei caracteristici ale spectrului depind de viteza obiectului, precum și de alți factori. Astfel, canalul de transmisie este selectiv pe frecvență. În plus, întârzierile aleatoare ale copiilor de intrare ale semnalului conduc la apariția unei selectivități temporare a canalului de transmisie și la fluctuațiile netede ale amplitudinii semnalului total cauzat de acesta la punctul de recepție.
Există mai multe funcții de distribuție a probabilităților care sunt utilizate pentru a modela caracteristicile statistice ale canalelor de decolorare. Dacă mediul de propagare a semnalului este prezenta o multitudine de lentile, fiecare dintre acestea contribuie la mărimea semnalului primit (ca și în cazul înmulțirii ionosferic sau troposferă), apoi aplicarea rezultatelor centrale teorema limitei într-un model Gaussian răspunsului la impuls al canalului. Dacă procesul are media zero, plicul răspunsului la impuls al canalului de radio, în orice moment dat are distribuție Rayleigh, iar faza a răspunsului la impuls are o distribuție uniformă în intervalul [0, 2]. Pentru a evalua parametrii statistici ai canalelor radio și multipath fading, împreună cu distribuția Rayleigh și Rice, se folosește distribuția Nakagami [40].
Semnalele de încetinire a semnalului sunt cauzate de efectul de umbră care provoacă obstacole și apare atunci când se deplasează abonații mobili peste distanțe semnificative (> 10.) [24]. În timpul acestor mișcări, calea de propagare a semnalelor între BS și MS are timp să se schimbe în mod semnificativ: pe calea undelor radio apar noi obstacole, raza principală ajungând la SM de-a lungul altor căi. În consecință, valorile instantanee ale nivelului de semnal la intrarea receptorului MC sunt, de asemenea, schimbate.
Blocarea lentă depinde de macrostructura canalului de comunicare, parametrii lor fiind în mare măsură determinați de tipul de dezvoltare, relieful de teren, tipul de vegetație, viteza abonatului mobil și așa mai departe. Blocarea lentă este adesea modelată logaritmic prin legea normală de distribuție a valorilor instantanee ale plicului semnalului recepționat [5, 61:
unde x este valoarea plicului semnalului; și u sunt parametrii de distribuție. În mod obișnuit, în orașe mari, intensitatea încetului scăzut este de ordinul a 10 dB, în suburbii - 6 dB, iar periodicitatea decolorării corespunde mersului MS cu zeci de metri. De fapt, decolorarea lentă este o schimbare a nivelului mediu al semnalului, care este supus unei atenuări rapide din cauza propagării multipath.
În condiții urbane, la adâncimi de decolorare de până la 20 dB, se observă experimental o bună înțelegere a statisticilor fluctuațiilor cu legea distribuției Rayleigh. Deversarea mai accentuată corespunde legii lui Rais, care indică prezența unei componente slabe în semnal. Rezultatele numeroaselor experimente [5] indică faptul că modelul convențional al fluctuațiilor amplitudinii semnalului conform legii Rayleigh este inadecvat pentru multe cazuri. Acest lucru se datorează următorilor factori:
- distribuția unghiulară neuniformă de-a lungul azimutului direcțiilor de sosire a semnalului;
- prezența în unghiul planului a spectrului nonzero al unghiurilor de sosire a semnalului;
- o răspândire semnificativă în momentele de sosire a semnalelor reflectate;
- o diferență semnificativă în valorile puterii semnalelor reflectate.
amplitudine profundă decolorare provoacă salturi de fază a semnalului și corespunzător, similar cu o funcție de delta, salve de frecvențe este derivat dintr-o fază aleatoare. Astfel, pentru o singură frecvență Rezultate semnal semnal multipath în fluctuațiile de fază ale semnalului recepționat, fading asociat acestuia profundă a amplitudinii semnalului și modulație de frecvență aleatorie, cauza o eroare fatală atunci când se utilizează tehnici de modulație unghiulară.
Rata de decolorare este numărul de intersecții ale plicului la un anumit nivel (de exemplu, 3 dB) pe unitate de timp. Durata medie a decolorării este durata medie a intervalului de timp în care plicul semnalului este sub un anumit nivel. Distribuția valorilor instantanee ale plicurilor unui semnal rapid de decolorare este deseori descrisă de legea Rayleigh-Rice [70].
Dacă MS este în afara zonei de vizibilitate radio directă a BS, nu există nici un fascicul direct și nu există nicio componentă nedetectabilă în semnalul recepționat. Distribuția Rayleigh-Rice în acest caz se reduce la o distribuție pur Rayleigh.
Atunci când apare o rază directă și distribuția Rayleigh-Rice crește cu o creștere a energiei componentei non-radiative, ea se transformă într-o distribuție Gaussiană. În limita, atunci când raportul dintre semnalul de energie care sosesc pe grinda direct (fără fading) la semnalele totale de disipare a energiei tinde la infinit, distribuția Rayleigh-Rice degenerează în funcția de: W (x) = (x - e), în cazul în care s - valoarea plic semnal, venind într-o rază directă (determinismul complet).
Intervalul mediu de fading rapid în timpul mișcării MC este aproximativ egal cu jumătate din lungimea de undă. Atenuarea semnalului de-a lungul căii de propagare, precum și efectele decolorării lente și rapide, determină împreună relațiile de energie în canalul de comunicare [6] (a se vedea figura 7.3).
transmitator BS generează un semnal de IDG de putere, care printr-un combinator de alimentare și trimis la directionality antena BS GWW. In canalul de comunicare semnal dezintegreaza capacitate la valoarea LPL dB și testarea lent (LSL) si rapid (Lf) fading vine la o antenă MS direcționalitate G și apoi alimentat la o intrare de cale receptor liniar (LTP) MS egal cu sensibilitate P .
Fig. 7.3. Relațiile de energie în canalul de comunicare
Pentru a vă asigura că probabilitatea de eroare la primirea unui simbol de mesaj este în limitele specificate
(1,2%), marja de putere a transmițătorului BS este aplicată la încetinirea rapidă a decolării. În Fig. 7.3 probabilitatea de eroare 1. 2% este egal numeric cu zonele umbrite sub curbele distribuției de probabilitate a plicurilor.
În cazul extrem în care componentele lente și rapide fading funcționează în fază și plicul semnalului recepționat devine mai mică decât nivelul admis, semnalul util este aproape complet „scufundarea“ în zgomot și probabilitatea de eroare atunci când recepția simbol este aproape de 0,5. Marja de putere a emițătorului BS pentru decolorare (Lsl + Lp) este aleasă astfel încât probabilitatea de eroare pe bit la ieșirea căii de recepție a SM să nu depășească # 9632; (de obicei 10.10), ținând seama de capacitatea corectivă a codurilor. Ca rezultat, puterea transmițătorului BS este:
P = Lp + Lsl + Lfs + Lc / f- GBS-GMS + Ppm.sp [dB], Pnpp> Po,
unde Lc / f este pierderea de putere în combinator și alimentatorul BS, iar Pmp.sp este puterea medie de semnal necesară la intrarea căii liniare a receptorului MS.
Valoarea pierderii medii de traiectorie și parametrii de fading lentă și rapidă nu a dat o descriere exhaustivă a legăturii. Este cunoscut [6] că schimbările timp-frecvență în semnale de canal de comunicații provoca selectivă fading în timp și frecvență, ceea ce complică în mod semnificativ funcționarea sistemelor moderne de comunicații mobile digitale cu transmisie de date de mare viteză.
Multiplicarea propagării semnalului, în care fiecare fascicul vine cu schimbarea de timp, duce la întinderea simbolurilor recepționate în timp și la scăderea selectivă a frecvenței. Întinderea în timp se manifestă prin faptul că durata simbolurilor recepționate este mai mare decât durata simbolurilor transmise. În acest caz, simbolurile mesajelor vecine se pot suprapune reciproc.
Frecvența de selecție a semnalului selectiv este echivalentă cu filtrarea semnalului, în care diferite componente ale spectrului de semnal primesc o atenuare diferită. Componentele spectrale, într-un interval mic de frecvențe, vor avea aproximativ aceeași atenuare (decolorare netedă), dar cu o diversitate crescătoare de frecvență, natura decolorării va deveni semnificativ diferită. Evident, cu cât este mai mare lărgimea de bandă a semnalului, cu atât mai mult va fi supusă unei atenuări selective a frecvenței.
Se consideră [21] că lățimea de bandă minimă la care receptorul poate detecta o extensie temporară a simbolurilor este Fmin = 1/4. unde este diferența în schimbările de timp ale semnalelor în prima și ultima rază de sosire.
Cu o lățime de bandă suficient de mare, receptorul poate distinge grinzile cu întârzieri diferite. Aceasta se întâmplă atunci când rezoluția receptorului în timp devine mai mică decât schimbarea temporală reciprocă a semnalelor în i și raze j: <( – ).
Pentru simplitate, putem presupune că rezoluția receptorului este egală cu durata simbolului elementar și invers proporțională cu lărgimea benzii de semnal: = = 1 / F.
Când deplasarea maximă în timp a semnalelor în diferite fascicule depășește durata simbolului
(max | - |>), simbolurile adiacente ale semnalului recepționat se suprapun (se maschează) reciproc. În acest caz, ei vorbesc despre fenomenul interferenței intersymbol (ISI).
Frecvența selectivă a atenuării duce la distorsiuni în forma spectrului de semnal și, ca o consecință, la distorsiuni sub forma simbolurilor transmise. Aceste distorsiuni încep să apară atunci când lărgimea de bandă a semnalului transmis depășește lărgimea de bandă a coerenței canalului de comunicație. Banda de coerență Bc (t) se numește un astfel de interval de frecvență, decolorarea componentelor spectrale la limitele cărora se caracterizează printr-o anumită valoare a coeficientului de corelație (f, t).
Deformările admisibile, în care sistemul asigură o anumită calitate a comunicației, corespund diferitelor valori ale coeficientului de corelație și depind de metodele de procesare a semnalelor din codec și modem. Sistemele individuale pot prezenta perturbații atunci când lărgimea de bandă a semnalului este de așa natură încât (f, t) = 0,9, în timp ce utilizarea tehnicilor complexe de procesare adaptivă permite obținerea caracteristicilor necesare la
De asemenea, arată că, în anumite ipoteze statistice,
unde este variația semnalului multi-cale care se întinde în canalul de comunicație.
Dacă acceptăm valoarea prag a coeficientului de corelație egal cu 0,5, banda de coerență a canalului de comunicare va fi:
Astfel, cu o deviație tipică pentru un oraș de o extindere multipath de 2 μs, lățimea de bandă de coerență a canalului de comunicație este de 80 kHz. Semnalele cu o lărgime de bandă mai mare vor fi supuse unei atenuări selective a frecvenței și unei interferențe intersymbol.
Atunci când caracteristicile canalului de comunicare se schimbă în timp, ele vorbește despre o decolorare temporară selectivă. Selecția timpului selectiv determină distorsiuni sub forma transmisiilor mesajelor transmise, deoarece caracteristicile canalului de comunicație se modifică semnificativ în timpul trecerii semnalului pe calea BS-MS. Motivul pentru schimbarea factorului de transmisie al unui canal de comunicație mobilă poate fi schimbările de frecvență Doppler: ele conduc la o întindere a spectrului de frecvență al semnalului și la o decolorare temporară selectivă.
Anexa 2 prezintă principalele modele de estimare a pierderilor pe calea de propagare a semnalului pentru calculul zonelor de acoperire radio pentru rețelele mobile.