Trådlös kanalblekningär variationen i mottagen signalamplitud, fas eller effekt orsakad av förändringar i utbredningsvägen. Det kan minska länkmarginalen, förvränga bredbandssignaler och göra RF-mätningar svåra att reproducera. Att förstå vilken typ av fädning som finns i ett system hjälper ingenjörer att välja lämpliga antenner, testmetoder och begränsningstekniker.
Den här guiden förklarar storskalig och småskalig fädning, platta och frekvensselektiva kanaler, långsam och snabb fädning samt de vanligaste statistiska kanalmodellerna. Den visar också hur antennmönster, polarisering och testgeometri påverkar praktiska fädningsmätningar.
Vad är trådlös kanalblekning?
En radiosignal når sällan en mottagare genom endast en ideal väg. Byggnader, terräng, fordon, utrustning och andra föremål kan blockera, reflektera, diffraktera eller sprida elektromagnetiska vågor. Flera kopior av samma signal kan därför anlända med olika fördröjningar, amplituder, faser och ankomstvinklar. Kombinationen av dessa kan vara konstruktiv på en plats eller frekvens och destruktiv på en annan.
Fädning skiljer sig från deterministisk förlust av fritt utrymmesväg. Vägförlust beskriver den allmänna minskningen av effekt när avstånd och frekvens ökar, medan fädning beskriver ytterligare variation kring det genomsnittet. Ingenjörer klassificerar vanligtvis fädning på två oberoende axlar: rumslig skala och kanalselektivitet.
Figur 1.Långsamma och snabba variationer i mottagen signalnivå illustrerar olika fädningstid eller avståndsskalor.
Hur trådlös fading klassificeras
Storskalig blekningbeskriver gradvisa förändringar över relativt långa avstånd, huvudsakligen från variationer i vägförlust och skuggning.Småskalig blekningbeskriver snabba förändringar över korta avstånd eller korta tidsintervall på grund av flervägsförändringar och rörelse.
Småskalig fädning kan sedan klassificeras genom fördröjningsspridning som platt eller frekvensselektiv, och genom Dopplerspridning som långsam eller snabb. Dessa är separata klassificeringar: en kanal kan vara platt och snabb, platt och långsam, frekvensselektiv och snabb, eller frekvensselektiv och långsam.
Storskalig blekning: Banförlust och skuggning
Trend med förlust av väg
Vägförlust är den genomsnittliga minskningen av mottagen effekt med utbredningsavståndet. I fria utrymmen är förlusten relaterad till våglängd och avstånd. Verkliga miljöer lägger till terräng, skräp, atmosfäriska effekter och beroenden av antennhöjd, så praktiska länkbudgetar använder normalt en utbredningsmodell som är lämplig för utbyggnadsscenariot.
Skuggblekning
Skuggning uppstår när stora föremål delvis eller helt blockerar den direkta utbredningsvägen. Byggnader, kullar, maskiner och fordonskarosser kan producera relativt långsamma förändringar i mottagen nivå när sändaren, mottagaren eller omgivande miljö förändras. Skuggblekning representeras ofta statistiskt kring den lokala genomsnittliga vägförlusten.
Småskalig fading: Flervägs- och rörelseväg
Platt fading kontra frekvensselektiv fading
En kanal är ungefärplatt blekningnär dess koherensbandbredd är bredare än den upptagna signalbandbredden. Kanalen ändrar då signalamplitud och fas utan att kraftigt omforma sitt spektrum.
En kanal blirfrekvensselektivnär signalbandbredden är stor jämfört med koherensbandbredden. Olika spektralkomponenter upplever olika förstärkning och fas. Den bakomliggande orsaken är upplösbar flervägsfördröjningsspridning, vilket kan skapa intersymbolinterferens i digitala länkar.
Långsam blekning kontra snabb blekning
Långsam blekningbetyder att kanalen ändras lite under det relevanta signalintervallet.Snabb blekningbetyder att kanalen förändras avsevärt under det intervallet. Relativ rörelse mellan sändaren, mottagaren och omgivande spridare producerar Doppler-förskjutningar och förkortar kanalens koherenstid.
| Klassificering | Viktig jämförelse | Typisk effekt |
|---|---|---|
| Platt blekning | Signalbandbredd är mindre än koherensbandbredd | Bred amplitud- och fasvariation över hela signalen |
| Frekvensselektiv | Signalbandbredd är större än koherensbandbredd | Spektral distorsion och möjlig intersymbolinterferens |
| Långsam blekning | Koherenstiden är lång i förhållande till signalintervallet | Gradvis variation på länknivå |
| Snabb blekning | Koherenstiden är kort i förhållande till signalintervallet | Snabb variation och Doppler-relaterad funktionsnedsättning |
Vanliga statistiska fadingmodeller
- Rayleigh-blekning:vanligtvis används när ingen enskild dominerande siktlinjekomponent finns närvarande och den mottagna signalen bildas av många spridda komponenter.
- Ricansk blekning:inkluderar en dominant komponent tillsammans med spridda flervägskomponenter. Den Ricanska K-faktorn uttrycker effektförhållandet mellan de dominanta och diffusa komponenterna.
- Nakagami-blekning:en flexibel empirisk fördelning som kan representera ett intervall av fading-svårighetsgrader genom sin formparameter.
- Weibull-blekning:en annan anpassningsbar statistisk fördelning som används för utvalda uppmätta utbredningsmiljöer.
Modellval måste baseras på den faktiska miljön, frekvens, mobilitet, antennkonfiguration och mätdata. Moderna MATLAB-arbetsflöden använder objekt somcomm.RayleighChannelochcomm.RicianChannelsnarare än de föråldrade funktioner som refereras till i den tidigare versionen av den här artikeln.
Figur 3.Statistiska enveloppfördelningar ger kompakta modeller för uppmätt fädningsbeteende.
Hur fading påverkar RF-systemets prestanda
Fädning kan minska mottagen effekt, sänka signal-brusförhållandet, öka felfrekvensen och avbryta en radiolänk. Frekvensselektiv fädning kan också förvränga bredbandiga vågformer, medan snabb Doppler-variation kan göra kanaluppskattning svårare.
Vanliga begränsningsmetoder inkluderar:
- tillräcklig länkmarginal och automatisk förstärkningskontroll;
- tids-, frekvens-, rumslig eller polarisationsdiversitet;
- utjämning och design av flerbärvågformer;
- kanalkodning, sammanflätning och adaptiv modulering;
- MIMO-bearbetning och strålstyrning;
- noggrann antennplacering, mönsterval och polarisationskontroll.
Ingen enskild teknik eliminerar alla fädningsmekanismer. Rätt tillvägagångssätt beror på kanalstatistik, upptagen bandbredd, mobilitet, täckningskrav och acceptabel avbrottssannolikhet.
Figur 4.Mätdata bör avgöra om en statistisk fördelning är lämplig för en specifik kanal.
Antennval för kanalljudning och fadingtester
En antenn skapar inte utbredningskanalen i sig själv, men den påverkar starkt vilka vägar och polarisationer som sänds eller tas emot. Förstärkning, strålbredd, strålningsmönster, polarisationsrenhet, fasstabilitet och monteringsgeometri kan alla påverka den uppmätta kanalens beteende.
För repeterbara kanal- eller fadingmätningar, dokumentera:
- det kompletta frekvensområdet och den momentana mätbandbredden;
- antennförstärkning och strålbredd över frekvens;
- krav på linjär, dubbellinjär eller cirkulär polarisation;
- antennens höjd, orientering, avstånd och omgivande strukturer;
- RF-kontakt, kabelförlust och kalibreringsreferensplan;
- sändar-, mottagare- och spridningsrörelse;
- fördröjningsspridning, Dopplerspridning och erforderligt dynamiskt omfång.
RF MISO-antennalternativ
RF MISO designar och levererar RF- och mikrovågsantenner för laboratorie-, fält- och systemintegrationsarbete. Beroende på önskad täckning och mätgeometri kan ingenjörer övervägabredbandshornantennerför riktade bredbandsmätningar,logperiodiska antennerför bred frekvenstäckning, ellerrundstrålande antennerför utvalda täcknings- och spridningsstudier.
Granska det aktuella modellens datablad för frekvensområde, förstärkning, polarisering, VSWR, kontakt och mekaniska dimensioner. För applikationsspecifikt val, dela testband, bandbredd, önskat mönster, polarisering, monteringsbegränsningar och mätmiljö med RF MISO-teamet.
Diskutera dina RF-mätningsbehov
RF MISO kan hjälpa till att identifiera antennalternativ för kanalmätning, utbredningsstudier, utvärdering av trådlösa system och relaterade RF-mätningar.
Referenser och vidare läsning
Publiceringstid: 14 augusti 2023
