Vineri, 30 ianuarie 2015.

Propagarea undelor radio în spațiul mobil. Atenuarea semnalului prelungită. Pierderi de distribuție. Pierderi de umbrire. Atenuare pe termen scurt. Parametrii de dispersie a timpului și variabilitatea. Descrierea anvelopei semnalului

Propagarea undelor radio în spațiul mobil.

undelor

Caracteristicile de bază ale undelor radio

În sistemele de telefonie mobilă, spre deosebire de cele fixe, undele electromagnetice (radio) sunt utilizate în locul cablurilor de comunicații pentru a transmite informații și semnale de serviciu. Undele radio se caracterizează prin amplitudine, fază, frecvență și lungime de undă, viteză și direcție de propagare etc.

Frecvență - Frecvența unei unde radio este determinată de numărul de oscilații pe unitate de timp (1 secundă - s) și se măsoară în hertz (Hz), unde 1 Hz indică o oscilație pe secundă. Notat cu f. În practică, undele radio sunt adesea descrise, în loc de frecvență, cu lungimea de undă.

Lungime de undă - Lungimea de undă este cea mai mică distanță dintre două stări de fază identice ale unei unde. Notat cu l și măsurat în metri (m).

Relația dintre frecvența f și lungimea de undă l în aer este dată de viteza luminii în vid (c = 3,108 m/s) de următoarea dependență:

l = c/f

De exemplu pentru GSM 900, lungimea de undă l este: l = 3 x 108/900 MHz = 0,33 m (sau 33 cm)

Separarea între frecvențele purtătoare și lățimea canalului - pe lângă offsetul duplex, fiecare sistem mobil include separarea între frecvențele purtătoare. Aceasta este distanța din banda de frecvență dintre canalele utilizate pentru transmisie în aceeași direcție. Este necesar să se evite suprapunerea informațiilor transmise pe două canale adiacente. Gama de frecvențe în care energia electromagnetică este distribuită la transmiterea informațiilor pe un canal se numește lățimea canalului. Figura 3.4 arată relația dintre lățimea canalului în GSM și separarea corespunzătoare a purtătorului de 200 kHz.

Probleme de bază în transmiterea în sistemele celulare - Problemele care pot apărea cu propagarea undelor radio sunt de obicei: pierderi de propagare în timpul propagării a undelor radio, care este atenuarea naturală cu creșterea distanței față de antena de transmisie; decolorare (umbrire) sau fading Rayleigh (numit și fading multi-way), care este atenuarea semnalului radio datorită prezenței barierelor între receptor și emițător; dispersie (compensare) în timp care rezultă din propagarea multiplă și cauzează interferențe intersimbolice (numai în sistemele digitale); întârziere în momentul primirii informațiilor (numai în sistemele digitale).

Atenuarea semnalului prelungită. Pierderi de distribuție.

Datorită împrăștierii energiei undelor radio, atenuarea semnalelor transmise în spațiul liber este teoretic invers proporțională cu pătratul distanței de la antena de transmisie. Pentru sistemele mobile, această atenuare este invers proporțională cu distanța gradului al patrulea (Fig. 3.8).

Problema pierderilor de putere a semnalului de-a lungul căii radio trebuie luată în considerare la proiectarea rețelei și la determinarea numărului de stații de bază din zonă și a puterii radiate necesare în celule.

Pierderi de umbrire - Telefoanele mobile utilizate în rețelele mobile celulare se deplasează de obicei prin zone de obstacole de diferite dimensiuni, cum ar fi munții, clădirile și tunelurile. Uneori, aceste obstacole ascund sau întrerup complet semnalul radio. Deși consecințele unor astfel de efecte de umbrire depind de mărimea obstacolului și de distanța față de acesta, puterea semnalului primit variază inevitabil. Acest tip de decolorare se numește decolorare de la umbrire (fig.3.9).

Pentru a minimiza efectul decolorării la umbrire, stațiile de bază sunt plasate cât mai sus sau aproape unele de altele, astfel încât telefoanele mobile să poată comunica în jurul obstacolelor majore prin schimbarea stației de bază.

Atenuare pe termen scurt - se numește decolorarea Rayleigh sau decolorarea pe mai multe căi are loc datorită recepției mai multor semnale în receptor - reflectate de obiecte din apropiere. Aceste semnale, provenind din direcții diferite, diferă în fază atunci când ajung la antena de recepție, deoarece au parcurs distanțe diferite. Pe măsură ce emițătorul sau receptorul se mișcă, diferența de fază se schimbă și uneori determină amplificarea semnalului și uneori atenuarea. Acest lucru duce la decolorare, care, în multe cazuri, determină o atenuare puternică a semnalului (decolorări).

Pentru a minimiza efectul negativ al decolorării Rayleigh, stațiile de bază au adesea două antene de recepție montate la o anumită distanță una de cealaltă pentru a reduce impactul interferențelor care decurg din decolorarea Rayleigh. Această organizație se numește recepție spațiată (Fig.3.12)

Ca alternativă sau complement la recepția spațială spațială, care poate fi utilizată în sistemele digitale, este introducerea saltului purtător (recepție spațiată în frecvență). Deoarece distanța dintre scufundări în nivelul semnalului depinde de frecvența utilizată, scufundările vor apărea la distanțe diferite pentru frecvențe diferite. Probabilitatea de a primi un semnal bun crește dacă se aplică o metodă de schimbare a canalelor de frecvență la intervale scurte. Fig.3.13 ilustrează saltul purtătorului în GSM. În timpul unui ciclu de număr TDMA N se utilizează frecvența f1, și în timpul unui ciclu de număr TDMA N + 1 se utilizează o altă frecvență f2. Apelul utilizează același interval de timp, dar schimbă frecvența în funcție de un model predefinit.

Parametrii de dispersie a timpului și variabilitatea - o altă problemă cauzată de reflectarea semnalelor radio este schimbarea (dispersia) în timp. Fig. 3.14 ilustrează transmisia și recepția unei secvențe de biți (în acest caz o unitate urmată de zerouri). Telefonul mobil primește două semnale: unul dintre ele este reflectat de un obiect la o distanță de câțiva kilometri de acesta. Dacă diferența de distanță parcursă de cele două semnale este aproape de 2 kilometri, telefonul mobil va primi 0 din semnalul direct (al treilea bit) și unul din semnalul reflectat (primul bit). Acest fenomen se numește interferență intersimbolică. Dacă semnalul reflectat are o putere suficientă, o astfel de interferență va determina dificultăți în determinarea a ceea ce este primit: 1 sau 0.