無線信道易受各種傳輸障礙的影響,例如路徑損耗、干擾和阻塞。這些因素制約著無線傳輸的範圍、數據速率和可靠性。
Types of Paths
這些因素影響傳輸的程度取決於環境條件和發射機和接收機的移動性。信號到達接收器所遵循的路徑有兩種,例如−
Direct-path
當發送的信號直接到達接收器時,可以稱爲a直接路徑,並且信號中呈現的分量稱爲直接路徑分量。
Multi-path
當發送信號到達接收機時,通過不同的方向經歷不同的現象,這樣的路徑被稱爲多路徑,發送信號的分量被稱爲多路徑分量。
它們被環境反射、衍射和散射,併到達相對於直接路徑分量在振幅、頻率和相位上移位的接收器。
Characteristics of Wireless Channel
無線信道最重要的特性是負的;
- Path loss
- Fading
- Interference
- Doppler shift
在下面的章節中,我們將逐一討論這些信道特性。
Path Loss
路徑損耗可以表示爲在給定路徑上發送信號的功率與接收器接收到的相同信號的功率之比。它是傳播距離的函數。
路徑損耗估計對於無線通信網絡的設計和部署具有重要意義
路徑損耗取決於許多因素,如使用的射頻和地形的性質。
自由空間傳播模型是最簡單的路徑損耗模型,在該模型中,發射機和接收機之間存在直接路徑信號,沒有大氣衰減或多徑分量。
在該模型中,發射功率Pt與接收功率Pr之間的關係由
$$P_{r} = P_{t}G_{t}G_{r}(\frac{\lambda}{4\Pi d})^2$$在哪裡?
Gt是發射機天線增益
Gr是接收器天線增益
d是發射器和接收器之間的距離
λ是信號的波長
雙向模型又稱爲雙路徑模型,是應用廣泛的路徑損耗模型。上述自由空間模型假設從發射機到接收機只有一條路徑。
實際上,信號通過多條路逕到達接收器。雙路徑模型試圖捕捉這種現象。該模型假設信號通過兩條路逕到達接收器,一條是視線,另一條是接收反射波的路徑。
根據雙路徑模型,接收功率由
$$P_{r} = P_{t}G_{t}G_{r}(\frac{h_{t}h_{r}}{d^2})^2$$在哪裡?
pt是傳輸功率
Gt表示發射機的天線增益
Gr表示接收器處的天線增益
d是發射器和接收器之間的距離
ht是發射器的高度
hr是接收器的高度
Fading
衰落是指在接收端接收到的信號強度的波動。衰落可以分爲兩種類型:負衰落;
- Fast fading/small scale fading and
- Slow fading/large scale fading
快速衰落是指由於在稍有不同的時間到達接收機的同一發送信號的多個版本之間的干擾,導致接收信號的幅度、相位或多徑延遲的快速波動。
接收到第一個版本的信號和最後一個回波信號之間的時間稱爲延遲擴展。傳輸信號的多徑傳播是由三種傳播機制引起的,即負傳播機制;
- Reflection
- Diffraction
- Scattering
多個信號路徑有時可以在接收器處構造性地或有時破壞性地相加,從而導致所接收信號的功率電平的變化。所接收的快衰落信號的單包絡線被稱爲遵循a瑞利分布以查看發射機和接收機之間是否沒有視線路徑。
Slow Fading
慢衰落這個名字本身就意味著信號會慢慢消失。慢衰落特性如下。
當部分吸收傳輸的物體位於發射機和接收機之間時,就會出現慢衰落。
之所以稱爲慢衰落,是因爲淡入的持續時間可能會持續幾秒或幾分鐘。
當接收器在建築物內並且無線電波必須穿過建築物的牆壁時,或者當接收器被建築物暫時與發射器屏蔽時,可能會發生慢衰落。障礙物引起接收信號功率的隨機變化。
雖然發射機和接收機之間的距離保持不變,但慢衰落可能導致接收信號功率變化。
慢衰落也稱爲陰影衰落,因爲引起衰落的對象(可能是大型建築物或其他結構)會阻塞從發射機到接收機的直接傳輸路徑。
Interference
無線傳輸必須對抗來自各種來源的干擾。干擾的兩種主要形式是負干擾;
- Adjacent channel interference and
- Co-channel interference.
在相鄰信道干擾情況下,相鄰頻率中的信號具有超出其分配範圍的分量,並且這些分量可能干擾相鄰頻率中的持續傳輸。可以通過在分配的頻率範圍之間小心地引入保護帶來避免。
同頻干擾,有時也稱爲窄帶干擾,是由於使用相同傳輸頻率的其他鄰近系統造成的。
符號間干擾是另一種類型的干擾,其中接收信號中的失真是由信號中單個脈衝的時間擴展和隨後的重疊引起的。
自適應均衡是一種常用的抗符號間干擾技術。它包括將分散的符號能量收集到其原始時間間隔中。均衡過程採用複雜的數字處理算法。