Распространение антенны и волн играет важную роль в сетях беспроводной связи. Антенна — это электрический проводник или система проводников, которая излучает / собирает (передает или принимает) электромагнитную энергию в / из космоса. Идеализированная изотропная антенна излучает одинаково во всех направлениях.
Механизмы распространения
Беспроводные передачи распространяются в трех режимах. Они —
- Распространение земной волны
- Распространение небесной волны
- Распространение по линии прямой видимости
Распространение земной волны следует контуру земли, в то время как распространение небесной волны использует отражение как от земли, так и от ионосферы.
Распространение в пределах прямой видимости требует, чтобы передающая и приемная антенны находились в пределах прямой видимости друг от друга. В зависимости от частоты базового сигнала следует конкретный способ распространения.
Примерами наземных и небесно-волновых коммуникаций являются радио AM и международные трансляции, такие как BBC. На частотах выше 30 МГц ни наземная волна, ни распространение небесной волны не работают, и связь осуществляется через линию прямой видимости.
Ограничения передачи
В этом разделе мы обсудим различные ограничения, которые влияют на передачу электромагнитных волн. Давайте начнем с ослабления.
ослабление
Сила сигнала падает с расстоянием по среде передачи. Степень затухания является функцией расстояния, среды передачи, а также частоты базовой передачи.
Искажение
Поскольку сигналы на разных частотах ослабляются в разной степени, сигнал, состоящий из компонентов в диапазоне частот, искажается, то есть изменяется форма принимаемого сигнала.
Стандартный метод решения этой проблемы (и восстановления первоначальной формы) заключается в усилении более высоких частот и, таким образом, выравнивании затухания в полосе частот.
рассеивание
Дисперсия — это явление распространения вспышки электромагнитной энергии при распространении. Пакеты данных, отправленных в быстрой последовательности, имеют тенденцию сливаться из-за дисперсии.
Шум
Наиболее распространенной формой шума является тепловой шум, который часто моделируется с использованием аддитивной гауссовой модели. Тепловой шум обусловлен тепловым перемешиванием электронов и равномерно распределен по частотному спектру.
Другие формы шума включают в себя —
-
Интермодуляционный шум (вызванный сигналами, генерируемыми на частотах, которые являются суммами или разностями несущих частот)
-
Перекрестные помехи (помехи между двумя сигналами)
-
Импульсный шум (нерегулярные импульсы высокой энергии, вызванные внешними электромагнитными помехами).
Интермодуляционный шум (вызванный сигналами, генерируемыми на частотах, которые являются суммами или разностями несущих частот)
Перекрестные помехи (помехи между двумя сигналами)
Импульсный шум (нерегулярные импульсы высокой энергии, вызванные внешними электромагнитными помехами).
Хотя импульсный шум может не оказывать существенного влияния на аналоговые данные, он оказывает заметное влияние на цифровые данные, вызывая пакетные ошибки .
Приведенный выше рисунок ясно иллюстрирует, как шумовой сигнал перекрывает исходный сигнал и пытается изменить его характеристики.
замирание
Затухание относится к изменению уровня сигнала относительно времени / расстояния и широко распространено в беспроводных передачах. Наиболее распространенными причинами замирания в беспроводной среде являются многолучевое распространение и мобильность (как объектов, так и устройств связи).
Многолучевое распространение
В беспроводных средах сигналы распространяются с использованием трех принципов: отражения, рассеяния и дифракции.
-
Отражение происходит, когда сигнал сталкивается с большой сплошной поверхностью, размер которой намного больше длины волны сигнала, например сплошной стенкой.
-
Дифракция возникает, когда сигнал сталкивается с краем или углом, размер которого больше длины волны сигнала, например, с краем стены.
-
Рассеяние происходит, когда сигнал сталкивается с небольшими объектами, размер которых меньше длины волны сигнала.
Отражение происходит, когда сигнал сталкивается с большой сплошной поверхностью, размер которой намного больше длины волны сигнала, например сплошной стенкой.
Дифракция возникает, когда сигнал сталкивается с краем или углом, размер которого больше длины волны сигнала, например, с краем стены.
Рассеяние происходит, когда сигнал сталкивается с небольшими объектами, размер которых меньше длины волны сигнала.
Одним из следствий многолучевого распространения является то, что множество копий сигнала, распространяющегося по множеству разных путей, поступают в любую точку в разное время. Таким образом, на сигнал, принимаемый в точке, влияют не только собственный шум, искажения, затухание и дисперсия в канале, но и взаимодействие сигналов, распространяющихся по нескольким путям.
Задержка распространения
Предположим, что мы передаем зондирующий импульс из местоположения и измеряем полученный сигнал в местоположении получателя как функцию времени. Мощность принимаемого сигнала расширяется во времени из-за многолучевого распространения.
Разброс задержки определяется функцией плотности результирующего разброса задержки во времени. Средний разброс задержки и среднеквадратичный разброс задержки — это два параметра, которые можно рассчитать.
Доплеровское распространение
Это мера расширения спектра, вызванного скоростью изменения мобильного радиоканала. Это вызвано либо относительным движением между мобильной станцией и базовой станцией, либо движением объектов в канале.
Когда скорость мобильного устройства высока, доплеровский разброс велик, и результирующие изменения канала происходят быстрее, чем у сигнала основной полосы частот, это называется быстрым замиранием . Когда вариации канала медленнее, чем вариации сигнала основной полосы, то результирующее замирание называется медленным замиранием .