В распространении радиоволн , две волны с диффузной мощностью (TWDP) выцветаний модель , которая объясняет , почему сигнал усилится или ослабляет в определенных местах или время. TWDP моделирует замирание из-за интерференции двух сильных радиосигналов и множества более мелких рассеянных сигналов.
TWDP - это обобщенная система, использующая статистическую модель для получения результатов. Другие статистические методы прогнозирования замирания, включая рэлеевское замирание и рисовское замирание , можно рассматривать как частные случаи модели TWDP. Расчет TWDP дает ряд случаев замирания, которых нет в старых моделях, особенно в областях с переполненным радиочастотным спектром.
Затухание
Затухание - это эффект, который возникает во многих контекстах, связанных с радио. Это происходит, когда сигнал может пройти к приемнику более чем по одному пути, и сигналы по двум каналам передаются по-разному. В простейшем случае один путь длиннее другого, но другие задержки и эффекты могут привести к аналогичным результатам. В тех случаях, когда два (или более) сигнала принимаются в одной точке, они могут быть не в фазе и, таким образом, потенциально подверженывлиянию помех . Если это происходит, общий принимаемый сигнал может быть увеличен или уменьшен, но эффект наиболее заметен, когда он делает сигнал полностью неприемлемым - глубокое затухание . [1]
Эффект был замечен с самого начала радиоэкспериментов, но особенно заметно он стал с введением коротковолновой связи. Было установлено, что это происходит из-за самоинтерференции из-за множества путей между передатчиком и приемником, что, в свою очередь, привело к открытию и характеристике ионосферы . Этот слой атмосферы является отражающим, заставляя сигнал возвращаться на Землю, где он может отражаться обратно в небо и, таким образом, «прыгать» на большие расстояния по земле. Это обеспечивало несколько путей к приемнику, при этом (например) сильный сигнал принимался после одного отражения от ионосферы, а более слабый - после двух отражений. На первый взгляд случайные эффекты затухания были связаны с медленным движением волн в ионосфере и суточными колебаниями из-за воздействия солнечного света. [2]
Моделирование выцветания
Попытки смоделировать эффекты замирания начались почти сразу после того, как эффект был впервые охарактеризован. Более ранние модели включали упрощения, чтобы сделать математику более понятной.
Рэлеевское замирание названо в честь использования в нем рэлеевского распределения сигнала. По сути, это двухмерное распределение, которое является результатом произведения компонентов X и Y, которые распределены по отдельности и случайным образом в соответствии с нормальным распределением . Варьируя параметры распределений, можно моделировать различные реальные случаи. Эта модель полезна, когда оба сигнала примерно равны по амплитуде, как в случае, когда между передатчиком и приемником нет прямой видимости. Рисовское замирание похоже, но использует распределение Райса вместо распределения Рэлея, которое характеризуется двумя параметрами: формой и масштабом . Эта система наиболее полезна, когда один из путей более сильный, особенно в приложениях с прямой видимостью.
Давно искали более общее решение, которое не требовало бы произвольных ограничений на распределения или конверты . [3] [4] Первое общее решение было представлено в 2002 году Дургином, Раппапортом и де Вольфом. [5] В новом методе для характеристики распределения использовался параметр K Δ.
Новая система предсказывает ряд сценариев глубокого замирания, которых нет в старых методах, особенно в методах Рэлея. Джефф Фролик был первым, кто измерил замирание TWDP в фюзеляже самолета, придумав термин гипер-Рэлея для обозначения этого и других сценариев замирания, которые приводят к перебоям в подаче электроэнергии на радиоканале хуже, чем по Рэлею . [6] Впоследствии другие исследователи разработали альтернативные, улучшенные выражения для распределения TWDP и его статистики. [7] [8] Недавно было обнаружено замирание TWDP для направленных и автомобильных каналов миллиметрового диапазона. [9] [10]
Формулировка замирания TWDP перевернула классическую конструкцию RF, предоставив новый сценарий «наихудшего случая» замирания в беспроводных линиях связи. Таким образом, общие показатели производительности в мобильной связи, такие как частота ошибок по битам, [11] вероятность сбоя, [12] выигрыш от разнесения [13] и т. Д., Могут быть значительно ухудшены из-за замирания TWDP. Как измерения, так и теоретические прогнозы показали, что замирание TWDP становится все более распространенным по мере увеличения частоты и плотности линий мобильной радиосвязи.
Характеристика канала
Замирание TWDP возникает в радиоканале, характеризующемся двумя волнами постоянной амплитуды и многочисленными меньшими радиоволнами, которые произвольно фазированы относительно друг друга. Распределенная TWDP оболочка R следует из следующей комбинации элементарных случайных величин:
где а также - независимые равномерные случайные величины на интервале [0,1); а также являются независимыми гауссовскими случайными величинами с нулевым средним и стандартным отклонением . Две составляющие постоянной амплитудыназываются зеркальными компонентами модели замирания. ВЭтот термин называется диффузной составляющей и представляет собой сумму многочисленных амплитуд и фаз меньших волн, которая по закону больших чисел следует сложному распределению Гаусса .
PDF с замиранием TWDP характеризуется тремя физически интуитивно понятными параметрами:
средняя мощность: | |
Отношение зеркальной к диффузной мощности: | |
зеркальное отношение пиковой мощности к средней: |
В пределе этих параметров TWDP сводится к хорошо известным моделям замирания Рэлея и Райса. В частности, обратите внимание, что может варьироваться от 0 до . В, Модель TWDP не имеет зеркальной волны и сводится к модели замирания Рэлея. В, модель соответствует типу двухволнового замирания огибающей на линии передачи с отражениями. По аналогии, может изменяться от 0 до 1. При присутствует не более одной зеркальной волны, и TDWP сводится к модели затухания Rician. В, Модель TDWP содержит две зеркальные составляющие равной амплитуды, .
В отличие от частных случаев замирания Рэлея и Райса, не существует простого решения в замкнутой форме для функции плотности вероятности (PDF) принятой огибающей для замирания TWDP. Вместо этого точная PDF является результатом следующего определенного интеграла: [14]
Было предложено множество методов для аппроксимации TWDP PDF в закрытой форме или непосредственной оценки его статистики. [5] [7] [8]
Рекомендации
- ^ "Многолучевое замирание" . Радиоэлектроника .
- ^ «Влияние верхних слоев атмосферы Земли на радиосигналы» . НАСА .
- ^ WR Bennett (апрель 1948 г.). «Распределение суммы случайно фазированных составляющих». Ежеквартальный журнал прикладной математики . 5 .
- ^ Р. Эспозито и Л. Р. Уилсон (март 1973 г.). «Статистические свойства двух синусоид в гауссовском шуме». IEEE Transactions по теории информации . 19 (2): 176–183. DOI : 10,1109 / tit.1973.1054978 .
- ^ а б Дургин, Григорий; Раппапорт, Теодор; де Вольф, Дэвид (2002). «Новые аналитические модели и функции плотности вероятности замирания в беспроводной связи» . Транзакции IEEE по коммуникациям . 50 (6): 1005–1015. DOI : 10.1109 / tcomm.2002.1010620 .
- ^ Фролик, Джефф (апрель 2007 г.). «Случай для рассмотрения каналов с гипер-рэлеевским замиранием». Транзакции IEEE по беспроводной связи . 6 (4): 1235–1239. DOI : 10.1109 / TWC.2007.348319 .
- ^ а б SA Saberali и NC Beaulieu (сентябрь 2013 г.). «Новые выражения для статистики замирания TWDP». Письма о беспроводной связи IEEE . 2 (6): 643–646. DOI : 10,1109 / WCL.2013.090313.130541 .
- ^ а б М. Рао, Ф. Дж. Лопес-Мартинес, М. С. Алуини, А. Голдсмит (январь 2015 г.). "Подход MGF к анализу обобщенных моделей двухлучевого замирания". Транзакции IEEE по беспроводной связи . 14 (5): 1. arXiv : 1406.5101 . Bibcode : 2014arXiv1406.5101R . DOI : 10.1109 / TWC.2014.2388213 . hdl : 10754/550511 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ Э. Зоехманн; и другие. (2019). «Лучше, чем Rician: моделирование каналов миллиметровых волн как двухволновых с диффузной мощностью» . Журнал EURASIP по беспроводным коммуникациям и сетям . 2019 (1). DOI : 10,1186 / s13638-018-1336-6 .
- ^ Э. Зоехманн; и другие. (2019). «Позиционная статистика автомобильных каналов 60 ГГц при обгоне» . Доступ IEEE . 7 : 14216–14232. DOI : 10,1109 / ACCESS.2019.2893136 .
- ^ Ш. О и К. Х. Ли (июль 2005 г.). «Характеристики BER приемников BPSK в двухволновом режиме с каналами с диффузным замиранием мощности». Транзакции IEEE по беспроводной связи . 4 (4): 1448–1454. DOI : 10.1109 / TWC.2005.852129 .
- ^ Ю. Лу, Х. Ван, Дж. Лу (май 2011 г.). «Вероятность выхода из строя совместных релейных систем в двухволновой среде с диффузным замиранием мощности». Конференция по автомобильным технологиям (VTC Spring), 2011 IEEE 73rd : 1–4. DOI : 10,1109 / VETECS.2011.5956119 . ISBN 978-1-4244-8332-7.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ Ли, WS; О, SH (2007). «Производительность систем NCFSK с двойным переключением и разнесением по двум волнам с каналами с диффузным замиранием мощности». 2007 6-я Международная конференция по информации, связи и обработке сигналов . С. 1–5. DOI : 10,1109 / ICICS.2007.4449556 . ISBN 978-1-4244-0982-2.
- ^ Дургин, Грегори (2003). Пространственно-временные беспроводные каналы . Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Пирсон.