Многолучевое распространение

Завмирання в мобільних середовищах

Преломление

При распространении в атмосфере радиоволны преломляются (или изгибаются). Преломление является результатом изменения скорости волны по мере изменения высоты или же происходит вследствие других изменений состояния атмосферы. При нормальных условиях скорость сигнала увеличивается с высотой, что приводит к его "изгибанию" по направлению к земле. Однако в некоторых случаях погодные условия могут приводить к таким изменениям скорости распространения в зависимости от высоты, которые значительно отличаются от обычных флуктуаций. В итоге только часть волны, передаваемой вдоль лини прямой видимости, достигнет антенны приемника. Возможна также ситуация, при которой сигнал не будет получен вообще.

Пожалуй, наиболее сложной проблемой, с которой может столкнуться инженер-связист, является замирание сигнала в системах мобильной связи. Термином замирание (fading) обозначается изменение мощности полученного сигнала во времени, вызванное изменением тракта связи или среды распространения. Для неподвижных устройств связи замирание является следствием изменений в атмосфере, например наличием или отсутствием дождя. В мобильной связи, где две антенны движутся относительно друг друга, это приводит к тому, что относительное расположение различных препятствий меняется со временем, вызывая сложные эффекты при передаче сигнала.

На рис. 9 изображены три механизма распространения электромагнитных волн, которые оказывают влияние на многолучевое распространение сигнала. Отражение имеет место, когда электромагнитная волна сталкивается с препятствием, размеры которого значительно превышают длину волны. Рассмотрим в качестве примера сигнал, отраженный от земли вблизи мобильного устройства, работающего как приемник. Отражение от поверхности земли приводит к фазовому сдвигу электромагнитной волны на 180°. В результате может наблюдаться взаимная интерференция прямой и отраженной волны, что приводит к значительным потерям мощности полученного сигнала. Кроме того, антенна мобильного устройства меньше большинства искусственных структур в рассматриваемой области, так что происходит многолучевая интерференция, которая может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на принимаемый сигнал.

Дифракция происходит на краю объектов, непроницаемых для электромагнитного излучения, размеры которых значительно больше длины волны. При поступлении на край такого объекта радиоволны начинают распространяться в разные стороны. При этом точку, в которой происходит дифракция, можно рассматривать как источник излучения. В результате сигнал может быть получен приемником, который находится вне линии прямой видимости передатчика.

Если препятствие имеет размеры меньше или порядка длины волны, происходит рассеяние. Исходный сигнал разделяется на несколько более слабых сигналов. Для сверхвысоких частот, которые обычно используются в сотовой связи, рассеяние может вызываться множеством объектов, например фонарными столбами или дорожными знаками. Такие эффекты рассеяния предсказать сложно.

Три указанных эффекта распространения по-разному влияют на производительность системы в зависимости от особенностей местности и перемещения мобильного устройства внутри ячейки. Если мобильное устройство и ретранслятор находятся в пределах прямой видимости, влияние дифракции и рассеяния невелико, хотя влияние отражения может быть значительным. Если же линия прямой видимости отсутствует (например, на улицах города) сигнал принимается в основном благодаря дифракции и рассеянию.