Sisteme de Comunicații Radio Mobile

8.1. PROPAGARE RADIO, CANAL RADIO MOBIL.

În anii 1950-1960 când au fost modelate pentru prima dată mecanismele canalelor cu fading (fluctuaţii), aceste idei au fost aplicate iniţial comunicaţiilor dincolo de orizont, care cuprind o gama largă de benzi de frecvenţă. Pentru comunicaţiile ionosferice se utilizează banda de frecvenţe înalte HF (high frequency) de la 3-30 Mhz iar pentru împrăştierea troposferică se folosesc benzile 300-3Ghz UHF (Ultra High Frequency) respectiv 3-30 Ghz SHF (Super High Frequency).

Primele modele ne sunt încă destul de utile în caracterizarea efectelor fadingului în sistemele de comunicaţii numerice mobile, deşi fadingul în sistemele radio mobile este oarecum diferit decât cel din canalele troposferice şi ionosferice. de faţă se ocupă de fadingul Rayleigh, din banda UHF care afectează sistemele mobile cum sunt sistemele de comunicaţii celulare prezentând principalele tipuri de fading şi degradări.

In studiul sistemelor de comunicaţii, punctul uzual de pornire, pentru înţelegerea relaţiilor referitoare la performanţele de bază ale acestora îl reprezintă canalul clasic cu zgomot gaussian alb aditiv AWGN (Additive White Gaussian Noise), cu eşantioane de zgomot gaussian statistic independente care afectează eşantioanele de date, neafectate de interferenţa intersimbol ISI (Inter Symbol Interference), zgomotul termic din receptor reprezentând motivul principal al degradării performanţelor. De nenumărate ori însă, interferenţa externă recepţionată de antenă este mai importantă decât zgomotul termic. Această interferenţă externă poate fi uneori, caracterizată ca având un spectru larg şi se cuantifică printr-un parametru numit temperatura antenei. Zgomotul termic are de obicei, o densitate spectrală de putere plată în banda semnalului şi o tensiune gaussiană având funcţia densităţii de probabilitate de medie nulă. Următorul pas în modelarea sistemelor practice este introducerea filtrelor limitatoare de bandă. Filtrul din transmiţător serveşte de obicei la satisfacerea unor cerinţe referitoare la conţinutul spectral. Filtrul din receptor este deseori folosit ca un “filtru adaptat“ la banda semnalului.

Din cauza proprietăţii filtrelor de a limita banda şi a distorsiona faza, este necesară o proiectare specială a semnalului şi tehnici de egalizare pentru a evita ISI introdusă de filtre.

Dacă nu sunt specificate caracteristicile de propagare ale canalului radio, se presupune de obicei că atenuarea semnalului în funcţie de distanţă are loc ca în cazul propagării printr-un spaţiu liber ideal. Modelul spaţiului liber ideal consideră că regiunea dintre antena transmiţătoare şi cea receptoare e liber, fără obiecte care ar putea să reflecte sau să absoarbă energia de radio frecvenţă RF (radio frecvenţă).

De asemenea se presupune ca în interiorul regiunii, atmosfera se comportă ca un mediu uniform neabsorbant, iar suprafaţa solului se consideră infinit de departe faţă de semnalul care se propagă (sau echivalent, are un coeficient de reflexie neglijabil). In acest spaţiu liber idealizat, atenuarea energiei RF dintre transmiţător şi receptor are o lege de variaţie pătratică inversă. Puterea recepţionată în funcţie de puterea transmisă, e atenuată cu un factor (d), numit pierderea căii sau pierderea în spaţiul liber. Pentru o antena receptoare izotropă acest factor este: sL

unde d = distanţa dintre transmiţător şi receptor iar λ = lungimea de undă a semnalului care se propagă. În cazul în propagării idealizate, poate fi prezisă puterea semnalului recepţionat. În realitate, propagarea semnalelor are loc în atmosferă şi aproape de pământ, astfel modelul propagării libere nu este adecvat pentru descrierea canalului şi estimarea performanţelor sistemului.

În sistemele de comunicaţii mobile fără fir, un semnal ajunge de la transmiţător la receptor prin canal radio având căi de reflexie multiple (fig. 8.1), fenomen denumit propagare multicăi. Acest fenomen poate cauza fluctuaţii ale semnalului recepţionat ca amplitudine, fază şi unghi de sosire, dând naştere terminologiei de fading multicăi (multipath fading).

Fig.8.1. Exemplu de propagare multicale

Scintilaţia - este o altă denumire provenită din radioastronomie, utilizată pentru descrierea fluctuaţiei multicale cauzată de schimbările fizice ale mediului de propagare, ca de exemplu variaţii ale densităţii ionilor din stratul ionosferic care reflectă semnalele radio HF de 221

înaltă frecvenţă. Ambele denumiri fluctuaţie şi scintilaţie, se referă la fluctuaţii aleatoare ale semnalului sau fading datorat propagării multicale.

Diferenţa principală constă în faptul că scintilaţia implică particule (ex: ioni) care sunt mult mai mici decât lungimea de undă. Modelarea cap la cap şi proiectarea de sisteme care să atenueze efectul fadingului sunt mult mai dificile decât cele ale unei surse ale cărei performanţe sunt degradate de AWGN.