2015-04-30
1479
Наиболее уязвимым сигнал является на участке распространения между передатчиком и приемником (абонент-база и база - абонент). Сигнал распространяется в приземной атмосфере - среде общего пользования - и, соответственно, подвержен искажениям:
влиянию других сигналов от удаленных источников,
помех, создаваемых электрооборудованием и атмосферой,
ослаблению мощности сигнала пропорционально квадрату расстояния,
затуханию вследствие поглощения энергии сигнала в атмосфере.
Эти факторы распространяются на все типы радиосигналов (точнее – радиоволн как таковых).
Вторым фактором, приводящим к искажению принимаемого сигнала, является многолучевая интерференция. Интенсивность сигналов, прошедших в точку приема после многократных отражений, достаточно высока – каждое отражение снижает мощность сигнала на 10-12 дБ, а, следовательно, радиосигнал после трех отражений вполне можно считать рабочим.
Многолучевая интерференция присуща любому типу сигналов, но особенно негативно она сказывается на широкополосных сигналах. Дело в том, что при использовании широкополосного сигнала в результате интерференции определенные частоты складываются синфазно, что приводит к увеличению сигнала, а некоторые, наоборот, противофазно, вызывая ослабление сигнала на данной частоте.
|
|
|
Говоря о многолучевой интерференции, возникающей при передаче сигналов, различают два крайних случая. В первом их них максимальная задержка между различными сигналами не превышает времени длительности одного символа и интерференция возникает в пределах одного передаваемого символа. Во втором случае максимальная задержка между различными сигналами больше длительности одного символа, а в результате интерференции складываются сигналы, представляющие разные символы, и возникает так называемая межсимвольная интерференция (ISI, intersymbol interference). Наиболее отрицательно на искажение сигнала влияет межсимвольная интерференция. Поскольку символ - это дискретное состояние сигнала, характеризующееся значениями частоты несущей, амплитуды и фазы, то для различных символов меняются амплитуда и фаза сигнала, а значит, восстановить исходный сигнал крайне сложно.
Рассмотрим самый критичный случай - это одиночная единица после серии нулей или одиночный ноль после единиц (рис. 2).
|
Рисунок 2 - Искажение сигнала под влиянием межсимвольной интерференции
Суть многолучевого распространения в следующем: сигнал от передатчика к приемнику поступает по нескольким различным маршрутам - вследствие отражения от различных объектов на пути распространения, рефракции (преломление при прохождении через кроны деревьев) и фазовых эффектов в атмосфере. Так как все пути разной длинны (а некоторые из описанных выше эффектов приводят еще и к задержке сигнала), в результате разные версии сигнала придут к приемнику в разное время. Из-за взаимного наложения всех этих сигналов результирующий сигнал будет искажен.
|
|
|
Наиболее распространенными способами борьбы с межсимвольным взаимодействием являются адаптивная компенсация или коррекция (Adaptive Equalization) искажений и использование кодов коррекции ошибки (Error Correcting Codes).
Третий фактор. При распространении широкополосного сигнала, а современные системы беспроводной связи (впрочем, как и кабельные) для достижения высоких скоростей оперируют именно таковыми, возникает еще один тип искажения - частотно-зависимое затухание. Эффект его заключается том, что вследствие отражений от препятствий, имеющих частотно-зависимые поглощающие свойства, а так же резонансных свойств газов, наполняющих атмосферу, пр., отдельные частоты передаваемого широкополосного сигнала затухают существенным образом, не позволяя распознать передаваемую ими информацию (рис. 3). Способность поверхности препятствия отражать или поглощать электромагнитное излучение зависит от природы поверхности и частоты излучения. Поскольку маршрут вследствие многократных отражений сигнала не предсказуемы (как, впрочем, и состав, плотность газов, запыленность, влажность атмосферы на маршруте распространения), то и искажения сигнала не стабильны.
Рисунок 3 – Искажение сигнала при отражении от препятствий
Доплеровский эффект. Эффект Доплера проявляется для мобильного приемника в том, что частота принимаемых колебаний будет увеличиваться, если приемник движется в сторону передатчика, и уменьшается, если приемник удаляется. Величина сдвига частоты ± Fд принимаемого сигнала зависит от скорости движения v, частоты сигнала Fо и угла α направления на передатчик:
Fд = v · Fо · cos α (1)
Эффект изменения частоты приводит к паразитной девиации частоты, называемой доплеровским рассеянием. Из-за доплеровского рассеяния в точке приема спектр несущей частоты окажется "размазанным" в полосе ΔF= Fо ± Fд и значение несущей частоты станет нестабильным во времени. В случае использования когерентных методов приема появляются частотные искажения. Учитывая неравномерность движения и неровный характер местности, происходит дополнительное изменение амплитуды и фазы принимаемого сигнала по случайному закону. В итоге в точке приема происходят селективные замирания. Вводят еще параметр время когерентности Сд = 1/Fд, которое определяется как интервал времени, в пределах которого величина коэффициента корреляции значений огибающей не менее 0,9.
Таким образом, на искажение широкополосного радио сигнала при его распространении в атмосфере оказывают влияние следующие основные факторы:
влияние помех;
ослабление при увеличении расстояния и затухание в атмосфере;
межсимвольная интерференция;
частотно-зависимое затухание;
Доплеровский эффект.
