Évanouissement du canal sans filL'affaiblissement est la variation d'amplitude, de phase ou de puissance du signal reçu due à des modifications du trajet de propagation. Il peut réduire la marge de liaison, déformer les signaux à large bande et rendre les mesures RF difficiles à reproduire. Comprendre le type d'affaiblissement présent dans un système aide les ingénieurs à choisir les antennes, les méthodes de test et les techniques d'atténuation appropriées.
Ce guide explique les phénomènes d'évanouissement à grande et petite échelle, les canaux plats et sélectifs en fréquence, l'évanouissement lent et rapide, ainsi que les modèles statistiques de canal les plus courants. Il montre également comment le diagramme d'antenne, la polarisation et la géométrie de test influencent les mesures pratiques d'évanouissement.
Qu'est-ce que l'affaiblissement du canal sans fil ?
Un signal radio atteint rarement un récepteur par un seul trajet idéal. Les bâtiments, le relief, les véhicules, les équipements et autres objets peuvent bloquer, réfléchir, diffracter ou diffuser les ondes électromagnétiques. Plusieurs copies d'un même signal peuvent donc arriver avec des retards, des amplitudes, des phases et des angles d'arrivée différents. Leur combinaison peut être constructive à un endroit ou une fréquence donnée et destructive à un autre.
L'évanouissement est différent de l'affaiblissement de propagation déterministe en espace libre. L'affaiblissement de propagation décrit la réduction générale de la puissance lorsque la distance et la fréquence augmentent, tandis que l'évanouissement décrit les variations supplémentaires autour de cette moyenne. Les ingénieurs classent généralement l'évanouissement selon deux axes indépendants : l'échelle spatiale et la sélectivité du canal.
Figure 1.Les variations lentes et rapides du niveau du signal reçu illustrent différentes échelles de temps ou de distance d'affaiblissement.
Classification des évanouissements sans fil
Décoloration à grande échelledécrit des changements progressifs sur des distances relativement longues, principalement dus à la variation de l'affaiblissement du signal et à l'ombrage.Décoloration à petite échelledécrit des changements rapides sur de courtes distances ou de courts intervalles de temps dus à la propagation de trajets multiples et au mouvement.
Les évanouissements à petite échelle peuvent alors être classés selon leur étalement temporel (plat ou sélectif en fréquence) et selon leur étalement Doppler (lent ou rapide). Il s'agit de classifications distinctes : un canal peut être plat et rapide, plat et lent, sélectif en fréquence et rapide, ou sélectif en fréquence et lent.
Affaiblissement à grande échelle : perte de propagation et ombrage
Tendance de perte de propagation
L'affaiblissement de propagation correspond à la réduction moyenne de la puissance reçue en fonction de la distance. En espace libre et sans obstacle, cet affaiblissement est lié à la longueur d'onde et à la distance. En réalité, les environnements ajoutent des facteurs tels que le relief, les obstacles, les effets atmosphériques et la hauteur de l'antenne ; c'est pourquoi les bilans de liaison pratiques utilisent généralement un modèle de propagation adapté au contexte de déploiement.
Ombre s'estompant
L'effet d'ombrage se produit lorsque de gros objets obstruent partiellement ou totalement le trajet de propagation direct. Les bâtiments, les collines, les machines et les carrosseries de véhicules peuvent engendrer des variations relativement lentes du niveau reçu, en fonction des modifications de l'émetteur, du récepteur ou de l'environnement. L'affaiblissement dû à l'ombrage est souvent représenté statistiquement autour de l'affaiblissement moyen local du trajet.
Atténuation à petite échelle : trajets multiples et mouvement
Fondu à plat vs. fondu sélectif en fréquence
Un canal mesure environfondu platlorsque sa bande passante de cohérence est plus large que la bande passante du signal occupé. Le canal modifie alors l'amplitude et la phase du signal sans remodeler fortement son spectre.
Un canal devientsélectif en fréquenceLorsque la bande passante du signal est importante par rapport à la bande passante de cohérence, les différentes composantes spectrales subissent des gains et des phases différents. La cause sous-jacente est l'étalement du délai dû aux trajets multiples, qui peut engendrer des interférences intersymboles dans les liaisons numériques.
Fondu lent vs. fondu rapide
lent déclincela signifie que le canal change peu pendant l'intervalle de signalisation concerné.Déclin rapideCela signifie que le canal change considérablement au cours de cet intervalle. Le mouvement relatif entre l'émetteur, le récepteur et les diffuseurs environnants produit des décalages Doppler et raccourcit le temps de cohérence du canal.
| Classification | Comparaison clé | Effet typique |
|---|---|---|
| Décoloration plate | La bande passante du signal est inférieure à la bande passante de cohérence. | Grande variation d'amplitude et de phase sur l'ensemble du signal |
| Sélection de fréquence | La bande passante du signal est supérieure à la bande passante de cohérence. | Distorsion spectrale et interférences intersymboles possibles |
| lent déclin | Le temps de cohérence est long par rapport à l'intervalle de signalisation | Variation progressive au niveau des liens |
| Déclin rapide | Le temps de cohérence est court par rapport à l'intervalle de signalisation | Déficit lié à la variation rapide et à l'effet Doppler |
Modèles statistiques courants de déclin
- Rayleigh s'estompe :couramment utilisé lorsqu'aucune composante dominante en visée directe n'est présente et que le signal reçu est formé de nombreuses composantes dispersées.
- Déclin ricien :Elle comprend une composante dominante ainsi que des composantes diffuses dues aux trajets multiples. Le facteur K de Rice exprime le rapport de puissance entre les composantes dominante et diffuse.
- Nakagami s'estompe :une distribution empirique flexible qui peut représenter une gamme de degrés de gravité de l'atténuation grâce à son paramètre de forme.
- Évanouissement de Weibull :une autre distribution statistique adaptable utilisée pour certains environnements de propagation mesurés.
Le choix du modèle doit se fonder sur l'environnement réel, la fréquence, la mobilité, la configuration de l'antenne et les données de mesure. Les flux de travail MATLAB modernes utilisent des objets tels que :comm.RayleighChanneletcomm.RicianChannelplutôt que les fonctions obsolètes mentionnées dans la version précédente de cet article.
Figure 3.Les distributions d'enveloppe statistique fournissent des modèles compacts pour le comportement d'affaiblissement mesuré.
Comment l'affaiblissement du signal affecte les performances des systèmes RF
L'évanouissement du signal peut réduire la puissance reçue, diminuer le rapport signal/bruit, augmenter le taux d'erreur et interrompre une liaison radio. L'évanouissement sélectif en fréquence peut également déformer les signaux à large bande, tandis que la variation rapide de l'effet Doppler peut compliquer l'estimation du canal.
Les méthodes d'atténuation courantes comprennent :
- marge de liaison adéquate et contrôle automatique du gain ;
- diversité temporelle, fréquentielle, spatiale ou de polarisation ;
- égalisation et conception de formes d'onde multiporteuses ;
- codage de canal, entrelacement et modulation adaptative ;
- Traitement MIMO et orientation du faisceau ;
- Un placement précis de l'antenne, une sélection rigoureuse du diagramme de rayonnement et un contrôle précis de la polarisation.
Aucune technique ne permet d'éliminer à elle seule tous les mécanismes d'évanouissement. L'approche appropriée dépend des statistiques du canal, de la bande passante occupée, de la mobilité, des exigences de couverture et de la probabilité de coupure acceptable.
Figure 4.Les données mesurées devraient permettre de déterminer si une distribution statistique est appropriée pour un canal spécifique.
Sélection d'antennes pour les tests de sondage de canal et d'évanouissement
Une antenne ne crée pas le canal de propagation à elle seule, mais elle influence fortement les trajets et les polarisations transmises ou reçues. Le gain, la largeur de faisceau, le diagramme de rayonnement, la pureté de polarisation, la stabilité de phase et la géométrie de montage peuvent tous avoir une incidence sur le comportement du canal mesuré.
Pour des mesures répétables de canal ou d'affaiblissement, documentez :
- la gamme de fréquences complète et la bande passante de mesure instantanée ;
- gain d'antenne et largeur de faisceau en fonction de la fréquence ;
- exigences de polarisation linéaire, double linéaire ou circulaire ;
- hauteur, orientation, espacement et structures environnantes de l'antenne ;
- Connecteur RF, perte de câble et plan de référence d'étalonnage ;
- mouvement de l'émetteur, du récepteur et du diffuseur ;
- Étendue du délai, étendue Doppler et plage dynamique requise.
options d'antenne RF MISO
RF MISO conçoit et fournit des antennes RF et micro-ondes pour les applications en laboratoire, sur le terrain et pour l'intégration de systèmes. Selon la couverture requise et la géométrie de mesure, les ingénieurs peuvent envisager différentes solutions.antennes cornet à large bandepour les mesures directionnelles à large bande,antennes log-périodiquespour une large couverture de fréquence, ouantennes omnidirectionnellespour certaines études de couverture et de propagation.
Consultez la fiche technique du modèle actuel pour connaître la plage de fréquences, le gain, la polarisation, le ROS, le connecteur et les dimensions mécaniques. Pour une sélection adaptée à votre application, veuillez communiquer à l'équipe RF MISO la bande de test, la largeur de bande, le diagramme de rayonnement requis, la polarisation, les contraintes de montage et l'environnement de mesure.
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Références et lectures complémentaires
Date de publication : 14 août 2023
