Многолучевое распространение

Эта статья о явлении электромагнитного распространения. Для использования в вычислениях см. Multyath (устранение неоднозначности) .

В радиосвязи , многолучевое - это явление распространения , которое приводит к тому, что радиосигналы достигают приемной антенны по двум или более путям. Причины многолучевого, включают в себя атмосферный воздуховоды , ионосферное отражение и преломление , а также отражение от водоемов и наземных объектов, таких как горы и здания. Когда один и тот же сигнал получен по более чем одному пути, он может создать интерференцию и изменение фазы сигнала. Разрушительное вмешательство вызывает исчезновение ; Это может привести к тому, что радиосигнал станет слишком слабым в определенных областях, чтобы быть достаточным. По этой причине этот эффект также известен как многолучевые интерференции или многолучевое искажение .

В тех случаях, когда величины сигналов, поступающих по различным путям, имеют распределение, известное как распределение Рэлея , это известно как исчезает Рэлея . В тех случаях, когда доминирует один компонент (часто, но не обязательно, доминирует линейка зрения ), распределение RICAIT обеспечивает более точную модель, и это известно как Rician Fading . Там, где доминируют два компонента, поведение лучше всего смоделируется с двухволновым распределением диффузной мощности (TWDP) . Все эти описания обычно используются и принимаются и приводят к результатам. Тем не менее, они являются общими и абстрактными/скрыты/приближаются к основной физике.

Вмешательство

Основная статья: вмешательство волны

Когерентные волны, которые движутся по двум разным путям, будут поступать с фазовым сдвигом , следовательно, вмешиваясь друг на друга.

Вмешательство многолучевоготра является явлением в физике волн , в которой волна из источника перемещается в детектор по двум или более путям и двум (или более) компонентам волны конструктивно или деструктивно. Вмешательство многолучевоготра является распространенной причиной « призрака » в аналоговых телевизионных трансляциях и увядании радиоволн .

Диаграмма идеальной ситуации для телевизионных сигналов, перемещающихся через пространство: сигнал оставляет передатчик (TX) и проходит через один путь к приемнику (набор телевизора, который помечен RX)

На этой иллюстрации объект (в данном случае самолет) загрязняет систему, добавив второй путь. Сигнал прибывает в приемник (RX) с помощью двух разных путей, которые имеют разные длины. Основным путем является прямой путь, а второй из -за отражения от плоскости.

Необходимое условие состоит в том, что компоненты волны остаются последовательными на протяжении всей степени их путешествий.

Интерференция возникнет из -за двух (или более) компонентов волны, имеющей, как правило, проходила различная длина (как измеряется по оптической длине пути - геометрическая длина и рефракция (различная оптическая скорость) и, таким образом, достигая детектора вне фазы друг с другом.

Сигнал из -за косвенных путей мешает необходимому сигналу в амплитуде, а также фазе, которая называется многолучевым исчезающим.

Примеры

В аналоговой факсимильной и телевизионной передаче , многолучевое, вызывает джиттер и призраки, рассматриваемые как выцветшее дубликатное изображение справа от основного изображения. Призраки встречаются, когда передачи отскакивают от горы или другого большого большого объекта, а также прибывают к антенне более коротким, прямым маршрутом, причем приемник поднимает два сигнала, разделенные задержкой.

Радар многолучебный эхо от реальной цели приводит к появлению призраков.

При радарной обработке многолучевое, что приводит к появлению целей призраков, обманывая радиолокационный приемник . Эти призраки особенно заинтересованы, поскольку они движутся и ведут себя как обычные цели (которые они эхо), и поэтому приемник испытывает трудности в изоляции правильного целевого эха. Эти проблемы могут быть сведены к минимуму путем включения наземной карты окружающей среды радара и устранения всех эхо, которые, по -видимому, происходят ниже земли или выше определенной высоты (высота).

В цифровой радиосвязи (например, GSM ) многолучасот может вызвать ошибки и повлиять на качество связи. Ошибки связаны с интерференцией межсимбола (ISI). Экдоры часто используются для исправления ISI. такие методы, как модуляция ортогонального частотного деления и грабли В качестве альтернативы могут использоваться .

Ошибка GPS из -за многолучевого

В приемнике системы глобальной системы позиционирования многолучевые эффекты могут привести к тому, что вывод стационарного приемника указывают, как если бы он случайным образом прыгал или ползти. Когда блок перемещается, прыжки или ползучий могут быть скрыты, но он все еще ухудшает отображаемую точность местоположения и скорости.

В проводных СМИ

Многочисленное распространение аналогично в связи с линией электропередачи и в телефонных местных петлях . В любом случае несоответствие импеданса вызывает отражение сигнала .

Системы связи высокоскоростной линии электропередачи обычно используют модуляции с несколькими карьерами (такие как OFDM или вейвлет OFDM), чтобы избежать межсимболавных помех , которое может вызвать многочисленное распространение. Стандарт ITU-T G.HN предоставляет способ создать высокоскоростную (до 1 гигабит в секунду) локальную сеть с использованием существующей домашней проводки ( линии электропередач , телефонные линии и коаксиальные кабели ). G.HN использует OFDM с циклическим префиксом, чтобы избежать ISI. Поскольку распространение многолучевоготра ведет себя по -разному в каждом виде провода, G.HN использует разные параметры OFDM (продолжительность символа OFDM, продолжительность интервала защиты) для каждой среды.

DSL-модемы также используют мультиплексирование ортогональных частот для общения с их DSLAM, несмотря на многолучех. В этом случае отражения могут быть вызваны датчиками из смешанных проводов , но от мостовых кранов обычно более интенсивны и сложны. Где обучение OFDM является неудовлетворительным, мостовые краны могут быть удалены.

Математическое моделирование

Математическая модель многолучевого импульсного ответа.

Математическая модель многолучевого, может быть представлена ​​с использованием метода импульсного отклика, используемого для изучения линейных систем .

Предположим, вы хотите передавать один идеальный Dirac мощности импульс электромагнитной в момент времени 0, т.е.

$x(t)=\delta (t)$

На приемнике, из -за присутствия множественных электромагнитных путей, будет получено более одного импульса, и каждый из них будет прибывать в разное время. Фактически, поскольку электромагнитные сигналы движутся со скоростью света , и, поскольку каждый путь имеет геометрическую длину, возможно, отличающуюся от других, существует различное время перемещения воздуха (учитывайте, что в свободном пространстве свет требует 3 мкс. Чтобы пересечь 1 км). Таким образом, полученный сигнал будет выражать

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

где $N$ является количество полученных импульсов (эквивалентно количеству электромагнитных путей и, возможно, очень большим), $\tau _{n}$ это задержка во времени общего $n^{th}$ импульс, и $\rho _{n}e^{j\phi _{n}}$ Представляют сложную амплитуду (т.е. величина и фаза) общего полученного импульса. Как следствие,, $y(t)$ также представляет функцию импульсного отклика $h(t)$ эквивалентной модели многолучевоготра.

В целом, в присутствии временного изменения условий геометрического отражения этот импульсный ответ изменяется, и как таковые у нас есть

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

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

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

Очень часто только один параметр используется для обозначения серьезности многолучевых условий: он называется многолучевым временем , $T_{M}$, и это определяется как задержка, существующая между первым и последним полученным импульсами

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

Математическая модель трансферной функции канала Multipath.

В практических условиях и измерениях многолучевое время рассчитывается путем рассмотрения в качестве последнего импульса первого, которое позволяет получать определенное количество общей передаваемой мощности (масштабируемой по атмосферным и распространению потерь), например, 99%.

Поддерживая нашу цель в линейных, инвариантных системах времени, мы также можем охарактеризовать феномен многолучевого раствора с помощью трансферной функции канала $H(f)$, который определяется как непрерывное время преобразования Фурье импульсного отклика $h(t)$

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

Если последний правый член предыдущего уравнения легко получается, помня, что преобразование Фурье импульса Dirac является сложной экспоненциальной функцией, собственной функцией каждой линейной системы.

Полученная характеристика переноса канала имеет типичный вид последовательности пиков и долин (также называемых выемки ); Можно показать, что в среднем расстояние (в Гц) между двумя последовательными долинами (или двумя последовательными пиками) примерно обратно пропорционально многолучевому времени. Так называемая полоса пропускания когерентности определяется как

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

Например, с многолучевым временем 3 мкс (соответствующим 1 км добавленного в эфирное путешествие для последнего полученного импульса), существует когерентная полоса пропускания около 330 кГц.

Смотрите также

• Антенна с удушьем кольца , конструкция, которая может отвергнуть сигналы постороннего отражения
• Схемы разнообразия
• Допплеровский распространяется
• Исчезающий
• Зеркало Ллойда
• Оливия Мфск
• Ортогональное частотное мультиплексирование
• Рициан исчезает
• Поток сигнала
• Модель двухлушки заземления
• Ультра широкий диапазон
• Рейбл приемник

Ссылки

• MIL-STD-188
• Федеральный стандарт 1037c

Эта статья включает в себя материал общественного достояния из Федеральный стандарт 1037c . Администрация общих услуг . Архивировано из оригинала 2022-01-22.