Багатопроменеве поширення сигналу (multipath)

Багатопроменеве поширення сигналу (Multipath)

Багатопроменеве поширення це феномен поширення сигналу, в результаті якого з'являються два або більше шляхів прибуття сигналу на антену приймача в один і той же час або з мінімальним відмінністю за часом (наносекунди різниці). При звичайному поширенні хвиль в звичних кожному середовищах при поширенні виникають такі ефекти як:
- відображення,
- відображення з розбивкою на безліч малих хвиль,
- проходження хвиль через перешкоди зі зміною характеристик,
- огибание хвилями перешкод і зміна напрямку хвилі при досягненні великого перешкоди.
І все це щоразу виявляється по різному. Також важливо розуміти, що в певних умовах окремі ефекти проявляються значно сильніше, наприклад істотне відображення виникне коли в кімнаті є великі металеві шафи або антена знаходиться поруч з шахтою і дверима ліфта і, найімовірніше, в такому випадку цей ефект буде переважати. У будь-якому випадку дані ефекти будуть створювати умови виникнення множинних копій і множинних шляхів одного вихідного сигналу.

Усередині приміщень відбиті сигнали і їх луна-сигнали можуть викликатися такими умовами як довгі коридори, стіни, столи, підлогу, шафи, а також великою кількістю інших перешкод. Такі внутрішні зони з великою кількістю металу, як ангари аеропортів, складські ангари, цехи заводів і фабрик спочатку є об'єктами з високим рівнем багатопроменевого поширення через велику кількість поверхонь, що відбивають. Зазвичай саме відображення є основною причиною багатопроменевого поширення сигналу.

На вулиці (поза приміщеннями) багатопроменеве поширення може викликатися відображенням від дороги, від великого дзеркала води (озеро, річка і т.п.), від будівель або від атмосфери при виникненні специфічних умов.

Таким чином ми будемо мати сигнали, які змінюють напрямок (вигинаються з наближенням або видаленням) у багатьох різних напрямах. Базовий / вихідний сигнал буде доходити до прийомної антени, але множинні копії сигналів з змінив напрям і після багатьох перевідбиттів можуть також дістатися до прийомної антени маючи абсолютно непередбачувані характеристики (фазу, аплітуди і т.п.). Зазвичай для відображених сигналів потрібно трохи більше часу, щоб дістатися до прийомної антени через необхідність пройти більший шлях, ніж базовий сигнал. Різниця в часі може вимірюватися в наносекундах. Ця тимчасова різниця називається затримкою розповсюдження сигналу (delay spread). При цьому одні технології більш схильні до такого роду затримки, інші менш.

Для радіосигналів ефект багатопроменевого поширення може ставати позитивним або негативним (іноді кажуть: конструктивним або деструктивним). Значно частіше результат є негативним. Через різницю в фазах безлічі шляхів копій сигналів комбінований сигнал на приймачі частіше буде затухати або буде пошкоджуватися.

Давайте розглянемо наступні чотири результату виникнення многолучевого на розповсюдження сигналу:

Приріст (Upfade)
Це збільшення сили сигналу (збільшення амплітуди). Коли множинні радіосигнали прибувають на приймач в один і той же час і знаходяться в фазі або з невеликим расфазірованіем по відношенню до базового сигналу, то результатом буде збільшення сили сигналу (збільшення амплітуди). Невелика різниця в фазах в межах від 0гр до 120гр викликатиме приріст рівня сигналу. Це позитивне або конструктивне багатопроменеве поширення сигналу.
Важливо пояснити, що прийнятий сигнал ніколи не буде сильніше вихідного (сигнал вийшов з антени передавача) в силу величезного негативного впливу втратою при поширенні у вільному просторі (FSPL / Free Space Path Loss).

Зниження (Downfade)
Це зниження сили сигналу (зменшення амплітуди). Коли множинні радіосигнали прибувають на приймач в один і той же час і знаходяться Не в фазі з базовим сигналом результатом буде зниження рівня сигналу. Різниця в фазах в діапазоні від 121гр до 179гр буде призводити до зниження рівня. В результаті маємо негативний або деструктивний багатопроменеве поширення.

Обнулення (Nulling)
Це повне загасання сигналу. Коли множинні радіосигнали прибувають на приймач в один і той же час і мають різницю фаз в 180гр з базовим сигналом результатом буде обнулення. Це Повний загасання сигналу. В результаті маємо негативний або деструктивний багатопроменеве поширення.

Пошкодження даних (Data corruption)
Через різницю в часі між базовим сигналом і множинними відбитими копіями (ця різниця - затримка поширення) приймач може мати проблеми з демодуляцией сигналу. Фактично однією з великих проблем затримки поширення є накладення бітів інформації один на одного в результаті чого дані пошкоджуються. Такий тип інтерференції при багатопроменевому поширенні називається межсимвольной інтерференцією (ISI / Inter Symbol Interference). Пошкодження даних це одна з найбільш частих проблем деструктивного багатопроменевого поширення. При цьому приймаюча сторона (точка доступу) буде визначати виникнення пошкодження (помилок) шляхом перевірки параметра контрольної суми (CRC / Cyclic Redundancy Check) в 802.11. Стандарт WiFi 802.11 визначає, що більшість юнікастових фреймів повинні бути підтверджені приймаючою стороною шляхом відправки спеціального фрейма-підтвердження. При відсутності підтвердження сторона, яка відряджає повинна перепослать фрейм. Приймач не відправлятиме фрейм-підтвердження в разі виявлення проблеми з CRC з прийнятим фреймом. Звичайно виникає необхідність перепосилкі, але це краще, ніж помилки в інтерпретації пошкодженого фрейма.

Багатопроменеве поширення може мати негативний ефект на загальну продуктивність, пропускну здатність і збільшення затримок вашої мережі Wi-Fi через необхідність виконання перепосилок фреймів 2-го рівня, прямою причиною яких є міжсимвольні інтерференція. Це стосується будь-якої мережі WLAN.

Багатопроменеве поширення є дуже серйозною проблемою для мереж застарілих стандартів Wi-Fi 802.11 a / b / g. Використання спрямованих антен нерідко може дозволити знизити негативний ефект. Також може позитивно впливати рознесення прийомних антен (diversity). Іноді зниження потужності випромінювання на передачу або використання антен з меншим коефіцієнтом посилення (звичайно це працює поки підтримується необхідний рівень зв'язку з відповідною стороною).

Для сучасних мереж стандарту WiFi 802.11n існує значно більше механізмів компенсації проблем багатопроменевого поширення сигналу. Тут велику позитивну ефект надає застосування технології MIMO (Multiple Input / Multiple Output) з рознесенням антен як на передавальній стороні, так і на приймаючої, а також такі техніки, як комбінування прийнятих сигналів з цифровою обробкою для штучного створення умов позитивної інтерференції і результуючого посилення ( MRC / Maximum Ratio Combining). Детальніше дивіться на Wi - Life. ru розділ Академія Wi-Fi> 802.11 n - MIMO. тут.

Приєднуйтесь до нашої групи на Facebook. www.facebook.com/Wi.Life.ru
Ми публікуємо цікаві новини про Wi-Fi з усього світу. інформацію про вихід нових статей і розширення контенту основних модулів ресурсу Wi-Life.ru

Використання матеріалів цього сайту дозволено тільки за згодою Wi-Life.ru і наявності прямого посилання на джерело.