Desvanecimiento en la comunicación inalámbricaEl desvanecimiento es la variación de la amplitud, fase o potencia de la señal recibida causada por cambios en la trayectoria de propagación. Puede reducir el margen de enlace, distorsionar las señales de banda ancha y dificultar la reproducción de las mediciones de radiofrecuencia. Comprender el tipo de desvanecimiento presente en un sistema ayuda a los ingenieros a elegir las antenas, los métodos de prueba y las técnicas de mitigación adecuadas.
Esta guía explica el desvanecimiento a gran y pequeña escala, los canales planos y selectivos en frecuencia, el desvanecimiento lento y rápido, y los modelos estadísticos de canal más comunes. También muestra cómo el patrón de radiación de la antena, la polarización y la geometría de la prueba influyen en las mediciones prácticas de desvanecimiento.
¿Qué es el desvanecimiento del canal inalámbrico?
Una señal de radio rara vez llega a un receptor por una única trayectoria ideal. Edificios, terrenos, vehículos, equipos y otros objetos pueden bloquear, reflejar, difractar o dispersar las ondas electromagnéticas. Por lo tanto, pueden llegar múltiples copias de la misma señal con diferentes retardos, amplitudes, fases y ángulos de llegada. Su combinación puede ser constructiva en una ubicación o frecuencia y destructiva en otra.
El desvanecimiento es diferente de la pérdida de trayectoria determinista en el espacio libre. La pérdida de trayectoria describe la reducción general de potencia a medida que aumentan la distancia y la frecuencia, mientras que el desvanecimiento describe una variación adicional alrededor de ese promedio. Los ingenieros suelen clasificar el desvanecimiento en dos ejes independientes: escala espacial y selectividad de canal.
Figura 1.Las variaciones lentas y rápidas en el nivel de la señal recibida ilustran diferentes escalas de tiempo o distancia de desvanecimiento.
Cómo se clasifica el desvanecimiento inalámbrico
Desvanecimiento a gran escalaDescribe cambios graduales a lo largo de distancias relativamente largas, principalmente debido a la variación de la pérdida de trayectoria y al efecto de sombra.Desvanecimiento a pequeña escalaDescribe cambios rápidos en distancias cortas o intervalos de tiempo cortos debido a la multitrayectoria y al movimiento.
El desvanecimiento a pequeña escala se puede clasificar según su dispersión de retardo como plano o selectivo en frecuencia, y según su dispersión Doppler como lento o rápido. Estas son clasificaciones distintas: un canal puede ser plano y rápido, plano y lento, selectivo en frecuencia y rápido, o selectivo en frecuencia y lento.
Desvanecimiento a gran escala: pérdida de trayectoria y sombreado
Tendencia de pérdida de trayectoria
La pérdida de trayectoria es la reducción promedio de la potencia recibida en función de la distancia de propagación. En el espacio libre sin obstáculos, la pérdida está relacionada con la longitud de onda y la distancia. En entornos reales, se añaden el terreno, el ruido, los efectos atmosféricos y la dependencia de la altura de la antena, por lo que los presupuestos de enlace prácticos suelen utilizar un modelo de propagación adecuado al escenario de despliegue.
Sombra desvaneciéndose
El efecto de sombra se produce cuando objetos de gran tamaño obstruyen parcial o totalmente la trayectoria de propagación directa. Edificios, colinas, maquinaria y carrocerías de vehículos pueden generar cambios relativamente lentos en el nivel de recepción a medida que cambian el transmisor, el receptor o el entorno circundante. El desvanecimiento por sombra suele representarse estadísticamente en torno a la pérdida de trayectoria media local.
Desvanecimiento a pequeña escala: multitrayectoria y movimiento
Desvanecimiento plano frente a desvanecimiento selectivo en frecuencia
Un canal es aproximadamentedesvanecimiento planoCuando su ancho de banda de coherencia es mayor que el ancho de banda de la señal ocupada, el canal modifica la amplitud y la fase de la señal sin alterar significativamente su espectro.
Un canal se convierteSelectividad de frecuenciaCuando el ancho de banda de la señal es grande en comparación con el ancho de banda de coherencia, los distintos componentes espectrales experimentan diferentes ganancias y fases. La causa subyacente es la dispersión de retardo por trayectos múltiples resoluble, que puede generar interferencia entre símbolos en los enlaces digitales.
Desvanecimiento lento vs. desvanecimiento rápido
Desvanecimiento lentosignifica que el canal cambia poco durante el intervalo de señalización correspondiente.Desvanecimiento rápidoEsto significa que el canal cambia significativamente durante ese intervalo. El movimiento relativo entre el transmisor, el receptor y los dispersores circundantes produce desplazamientos Doppler y acorta el tiempo de coherencia del canal.
| Clasificación | Comparación clave | Efecto típico |
|---|---|---|
| Desvanecimiento plano | El ancho de banda de la señal es menor que el ancho de banda de coherencia. | Amplia variación de amplitud y fase en toda la señal. |
| Selectividad de frecuencia | El ancho de banda de la señal es mayor que el ancho de banda de coherencia. | Distorsión espectral y posible interferencia entre símbolos |
| Desvanecimiento lento | El tiempo de coherencia es largo en relación con el intervalo de señalización. | Variación gradual a nivel de enlace |
| Desvanecimiento rápido | El tiempo de coherencia es corto en relación con el intervalo de señalización. | Variación rápida y deterioro relacionado con el Doppler |
Modelos estadísticos comunes de desvanecimiento
- Rayleigh desvaneciéndose:Se utiliza comúnmente cuando no hay ningún componente dominante en la línea de visión y la señal recibida está formada por muchos componentes dispersos.
- El desvanecimiento de Rice:Incluye un componente dominante junto con componentes multitrayecto dispersos. El factor K de Rice expresa la relación de potencia entre los componentes dominante y difuso.
- Desvanecimiento de Nakagami:una distribución empírica flexible que puede representar un rango de severidades de desvanecimiento a través de su parámetro de forma.
- La campaña de Weibull se desvanece:Otra distribución estadística adaptable utilizada para entornos de propagación medidos específicos.
La selección del modelo debe basarse en el entorno real, la frecuencia, la movilidad, la configuración de la antena y los datos de medición. Los flujos de trabajo modernos de MATLAB utilizan objetos comoCanal Rayleighycanal de comunicación de Ricianen lugar de las funciones obsoletas a las que se hace referencia en la versión anterior de este artículo.
Figura 3.Las distribuciones estadísticas de envolvente proporcionan modelos compactos para el comportamiento de desvanecimiento medido.
Cómo afecta el desvanecimiento al rendimiento de los sistemas de radiofrecuencia
El desvanecimiento puede reducir la potencia recibida, disminuir la relación señal-ruido, aumentar la tasa de errores e interrumpir un enlace de radio. El desvanecimiento selectivo en frecuencia también puede distorsionar las formas de onda de banda ancha, mientras que la rápida variación Doppler puede dificultar la estimación del canal.
Los métodos de mitigación comunes incluyen:
- margen de enlace adecuado y control automático de ganancia;
- tiempo, frecuencia, espacial odiversidad de polarización;
- ecualización y diseño de formas de onda multicarrier;
- codificación de canales, entrelazado y modulación adaptativa;
- Procesamiento MIMO y direccionamiento de haces;
- Colocación cuidadosa de la antena, selección del patrón de radiación y control de la polarización.
Ninguna técnica elimina por completo todos los mecanismos de desvanecimiento. El enfoque correcto depende de las estadísticas del canal, el ancho de banda ocupado, la movilidad, los requisitos de cobertura y la probabilidad de interrupción aceptable.
Figura 4.Los datos medidos deberían determinar si una distribución estadística es apropiada para un canal específico.
Selección de antenas para pruebas de sondeo y atenuación de canales.
Una antena no crea el canal de propagación por sí sola, pero influye notablemente en las trayectorias y polarizaciones que se transmiten o reciben. La ganancia, el ancho del haz, el patrón de radiación, la pureza de la polarización, la estabilidad de fase y la geometría de montaje pueden influir en el comportamiento del canal medido.
Para mediciones repetibles de canales o desvanecimiento, documente lo siguiente:
- el rango de frecuencia completo y el ancho de banda de medición instantáneo;
- Ganancia de la antena y ancho del haz en función de la frecuencia;
- Requisitos de polarización lineal, bilineal o circular;
- Altura, orientación y separación de la antena, así como estructuras circundantes;
- Conector de RF, pérdida de cable y plano de referencia de calibración;
- movimiento del transmisor, del receptor y del dispersor;
- Dispersión de retardo, dispersión Doppler y rango dinámico requerido.
Opciones de antena RF MISO
RF MISO diseña y suministra antenas de RF y microondas para trabajos de laboratorio, campo e integración de sistemas. Dependiendo de la cobertura requerida y la geometría de medición, los ingenieros pueden considerarantenas de bocina de banda anchapara mediciones de banda ancha direccionales,antenas logarítmicas periódicaspara una amplia cobertura de frecuencia, oantenas omnidireccionalespara estudios seleccionados de cobertura y propagación.
Consulte la hoja de datos del modelo actual para conocer el rango de frecuencia, la ganancia, la polarización, la ROE, el conector y las dimensiones mecánicas. Para la selección específica de la aplicación, comparta con el equipo de RF MISO la banda de prueba, el ancho de banda, el patrón requerido, la polarización, las limitaciones de montaje y el entorno de medición.
Preguntas frecuentes sobre el desvanecimiento de la señal inalámbrica
¿Qué es lo que está provocando la atenuación en las comunicaciones inalámbricas?
El desvanecimiento en las comunicaciones inalámbricas es la variación de la amplitud, la fase o la potencia de la señal recibida causada por la propagación multitrayecto, el sombreado, el movimiento o los cambios en el entorno radioeléctrico.
¿Cuáles son los principales tipos de decoloración?
El desvanecimiento se clasifica comúnmente como a gran escala o a pequeña escala. El desvanecimiento a pequeña escala puede ser plano o selectivo en frecuencia, y lento o rápido, dependiendo de la dispersión de retardo y la dispersión Doppler.
¿Qué causa la atenuación de los canales inalámbricos?
Entre las causas comunes se incluyen la obstrucción, la reflexión, la difracción, la dispersión, el retardo por trayectos múltiples y los desplazamientos Doppler creados por el movimiento del transmisor, el receptor o los objetos circundantes.
¿Cómo afecta la selección de antenas a las mediciones de desvanecimiento?
La ganancia de la antena, el ancho del haz, la polarización, el montaje y la geometría de prueba influyen en qué trayectorias de propagación se transmiten o se reciben, por lo que estos factores deben controlarse y documentarse.
Analice sus requisitos de medición de RF.
RF MISO puede ayudar a identificar opciones de antenas para el sondeo de canales, estudios de propagación, evaluación de sistemas inalámbricos y mediciones de RF relacionadas.
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Referencias y lecturas adicionales
Fecha de publicación: 14 de agosto de 2023
