Propagacja wielodrogowa

Transkrypt

1 Propagacja welodrogowa Paweł Kułakowsk Pla wykładu. Propagacja welodrogowa ops zjawska w dzedze czasu częstotlwośc przypadek propagacj przyzemej. Zak sygału radowego 3. Iterferecje mędzysymbolowe 4. Techk dversty

2 . Propagacja welodrogowa Propagacja welodrogowa E. Haas

3 Sygał radowy w dzedze czasu E. Boek Pojęca: odpowedź mpulsowa kaału radowego (chael mpulse respose) profl mocy sygału, profl opóźeń kaału (power delay profle) Propagacja welodrogowa Załóżmy, że fala bezpośreda odbta dochodzą do atey samochodu w tej samej faze: d d = λ A jak będze efekt, gdy samochód przesue sę o λ/4? 3

4 Propagacja welodrogowa v r ampltuda sygału czas trasmsja sygału susodaego ampltuda sygału v r czas Czasowa charakterystyka kaału radowego v r POWER DELAY PROFILE: A [db] średa mea delay: τ A τ = = = A ( τ τ ) odchylee std. t [µs] A A τ τ = = = σ τ = = = A A τ + τ = A = (rms) delay spread: A σ τ = A τ = = A τ 4

5 Przykład oblczeń A POWER DELAY PROFILE: 0 db -3 db -6 db -6 db mea delay: t [µs] 0µ s µ s µ s µ s τ = = µ s delay spread: σ τ = 0 ( µ s) ( µ s) ( µ s) ( µ s) ( µ s) 0.5 σ τ = 4 5 ( µ s) = 6.5 ( µ s) =. µ s 4 ( µ s) Częstotlwoścowa charakterystyka kaału v r DOPPLER SPECTRUM: A [db] średa mea Doppler shft: f D = = A f = A odchylee std. (rms) Doppler spread: v f c v + f c f [Hz] σ f = = A f = A f D 5

6 Propagacja welodrogowa środowsko wewątrz budyków (door): tere mejsk (urba): tere otwarty (rural): T. Fuge Propagacja przyzema propagacja w przestrze swobodej : P d - modele propagacyje : P d -.5 aż do P d -6 propagacja przyzema : P d -4 -> dlaczego? TWO-PATH MODEL: Zysk trasy (G T =G R =) : P P R T = λ π ht h 0log 4 s 4π r λ r R r długość trasy radowej λ długość fal radowej h T, h R wysokośc zaweszea ate 6

7 Two-path model Założea: - G T = G R = - wsp. odbca = - - f = GHz - wysokośc ate: 0 m Two-path model Propagacja w przestrze swobodej P d - P d -4. Zak sygału radowego 7

8 Zak welodrogowe v Trzy zjawska: wpływ odległośc zak wole zak szybke T. Fuge Zak welodrogowe. Wpływ odległośc: P d -.5 P d -6 w zależośc od środowska propagacyjego. Zak wole (slow fadg, large-scale fadg, log-term fadg): zmay w otoczeu ate adawczych odborczych, pojawae sę zkae możlwych dróg propagacj, shadowg fluktuacje joosfery zmee waruk atmosferycze 3. Zak szybke (fast fadg, small-scale fadg, short-term fadg): superpozycja sygałów dochodzących weloma drogam do atey odborczej -> terferecje kostruktywe destruktywe Dodatkowe pojęca: - kaał radowy z zakem płaskm (flat fadg) - kaał radowy z zakam selektywym (selectve fadg) 8

9 Sygał radowy w dzedze częstotlwośc - zak selektywe pozom sygału [db] Pojęca: wybrae pasmo częstotlwośc charakterystyka, fukcja przeoszea lub trasmtacja kaału radowego (chael characterstcs, chael trasfer fucto) Sygał radowy w dzedze częstotlwośc - zak selektywe d = 00 m d = 00 m Przypadek I f = 3 GHz: v r = 0 d d = 00 m = 000 λ => wzmocee odberaego sygału Przypadek II -> zmaa częstotlwośc o 0.05 % f =.9985 GHz: d d = 00 m = λ => stłumee odberaego sygału 9

10 Charakterystyka kaału radowego ( f,( x, y, z) t) H,. Zak selektywe (wpływ częstotlwośc). Wpływ mejsca lokalzacj odborka 3. Nestacjoarość (wpływ czasu) zmay w otoczeu adajka odborka skutkujące zmaam trasmtacj kaału radowego Zmeość charakterystyk kaału radowego. coherece badwdth - pasmo częstotlwośc, w którym charakterystyka kaału jest w przyblżeu stała: B << B coh B >> B coh B coh -> kaał radowy z zakem płaskm -> kaał radowy z zakam selektywym = C σ τ. coherece tme okres czasu, po którym charakterystyka kaału zacząco sę zmea: T coh = C σ f T << T coh T >> T coh -> zak wole -> zak szybke C, C stałe, wg różych źródeł rówe, 4 lub π 3. coherece dstace odległość, po przebycu której charakterystyka kaału radowego zacząco sę zmea. UWAGA: Są to defcje eścsłe! 0

11 Zwązek mędzy coherece badwdth delay spread Przykład : 0 τ czas τ σ τ = Załóżmy, że dla częstotlwośc f fale radowe przychodzą w zgodych fazach : c c f = λ = d d = c τ f = = λ λ τ Jak bardzo musałaby wzrosąć częstotlwość, aby fale radowe przychodzły w fazach przecwych? c λ Power delay profle f = ( ) λ τ Różca tych częstotlwośc : f f 0 db 0 db = d d = c c c = = = = λ λ τ τ τ 4 f σ τ c = = λ τ Zwązek mędzy coherece tme Doppler spread Przykład : Doppler spectrum v f c 0 db 0 db v + f c f σ f = Załóżmy, że dla w chwl t = 0 fale radowe przychodzą w zgodych fazach : d = λ d Po jakm czase t = T długośc tras radowych zmeą sę do tego stopa, że fale radowe będą przychodzć w fazach przecwych? ( d vt ) = ( + 0. ) λ d + vt 5 λ T = = 4v vt = 0. 5 λ c = = f 4v 4 f v / c 4 σ f f v c

12 3. Iterferecje mędzysymbolowe Itersymbol Iterferece (ISI ) Trasmsja w welodrogowym kaale radowym Przykład: Modulacja QPSK 0 00 Profl mocy sygału Okresy zaburzeń Okresy stablego sygału A s( π f + ϕ) + A s(π f + ϕ) + A3 s(π f + ϕ3) = A s(π f + ϕ )

13 Iterferecje mędzysymbolowe ISI Profl mocy sygału Przykład : Modulacja QPSK 0 00 Okres zaburzeń Eerga daego symbolu odberaa jest w czase trwaa astępego symbolu => terferecje mędzysymbolowe ISI (ter-symbol terferece) Metody ukaa terferecj mędzysymbolowych ISI. Wydłużee czasu trwaa pojedyczego symbolu okresy ochroe, podczas których sygał e jest dekodoway trasmsja z ską przepustowoścą Orthogoal Frequecy Dvso Multplexg (OFDM). Zastosowae korekcj adaptacyjej (equalzato) sygału w odborku: częstotlwość EQUALIZER częstotlwość czas czas 3

14 Korektory adaptacyje Zero Forcg : -> fltr FIR -> kryterum: maksymale płaska trasmtacja kaału radowego UWAGA: w mmach trasmtacj astępuje sle wzmocee szumu radowego Mmum Mea Square Error (MMSE) : -> fltr FIR -> kryterum: mmum błędu mędzy sygałem adawaym a sygałem a wyjścu korektora Korektory ze sprzężeem zwrotym DFE (Decso Feedback Equalzers) : -> po zdekodowau fragmetu sygału (jedego symbolu), replk tego sygału (ISI) usuwae są z astępych próbek Maxmum Lkelhood Sequece Estmato (MLSE) : -> testowae różych możlwych sygałów, które mogły zostać adae wybór tego ajbardzej prawdopodobego 4. DIVERSITY 4

15 Dversty Robocza defcja: Techka jedoczesego odboru klku sygałów lub wyboru ajlepszego z ch stosowaa w celu ukęca zaków welodrogowych Przykład : Dversty Waruk stosowaa techk dversty : podobe, porówywale średe wartośc SNR wszystkch sygałów mała korelacja mędzy sygałam : E ( ) ( X Y ) E( X ) E( Y ) ρ X, Y = < 0.5 σ σ X Y Techk dversty : spatal dversty tme dversty frequecy dversty agular (patter) dversty polarsato dversty Komproms : Multplexg Dversty 5

16 Dversty Spatal dversty : d Kaał radowy Raylegha : d > 0.5 λ Waruk propagacj LOS, mała lość obektów odbjających fale radowe : d > 0 λ W ogólym przypadku : d > coherece dstace Wartośc szacukowe! Dversty Tme dversty - powtarzae trasmsj (repetto codg), kody FEC, ARQ t > coherece tme Frequecy dversty : f > coherece badwdth formacja jest trasmtowaa (rozpraszaa) w szerokm paśme częstotlwośc -> techk CDMA, OFDM, frequecy hoppg Polarsato dversty adawae a jedej (a) lub dwóch (b) polaryzacjach, odbór a obu polaryzacjach (a) (b) sygał sle stłumoy 6

17 Dversty Agular dversty : atea odborcza z dwoma ortogoalym dagramam kerukowym Btowa stopa błędów BER Porówae zależośc BER = f (SNR) dla kaału radowego AWGN kaału z zakam Raylegha : BER ~ SNR BER ~ SNR e 7

18 Btowa stopa błędów BER BER ~ SNR BER ~ SNR e odbór dwóch ezależych sygałów > dversty order = BER ~ SNR cztery ezależe sygały -> dversty order = 4 BER ~ SNR 4 Macrodversty Przypadek zaków wolych techk dversty są eskutecze : Rozwązae macrodversty : repeaters smulcast rówoczesa trasmsja z różych stacj bazowych lub adajków radowych 8

19 Jak wykorzystać jedoczesy odbór klku ezależych sygałów? Metody odboru combg techques : selecto dversty combg -> wybór ajlepszego sygału swtched dversty combg -> gdy day sygał spade pożej pewego ustaloego pozomu, astępuje przełączee odborka a y z odberaych sygałów equal ga combg -> kompesacja przesuęć fazowych odberaych sygałów zsumowae ch wszystkch : e jϕ e jϕ + e jϕ 3 Jak wykorzystać jedoczesy odbór klku ezależych sygałów? Metoda optymala maxmal rato combg (MRC) : h h * h + h + h 3 trasmtacje kaałów radowych h h 3 h h * + h h * 3 h + h + h + h

20 Dlaczego MRC jest metodą optymalą? Przykład : Pozom sygału : 4, pozom szumu : h = 4 h = 3 Metoda I wybór lepszego sygału : Pozom sygału : 3, pozom szumu : Moc sygału : 4 = 6, moc szumu : =, SNR = 6 Metoda II maxmal rato combg : Moc sygału : (4 4/ /5) = 5 Moc szumu : ( 4/5) + ( 3/5) = SNR = 5 Dversty po stroe adawczej Schemat adawaa zapropooway przez S. Alamoutego : atea atea czas t x x czas t+t -x * x * rozwązae porówywale z zastosowaem dwóch ate po stroe odborczej (sygał słabszy o 3 db) możlwość stosowaa techk spatal dversty w łączu dowlk w sec komórkowej (dwe atey a stacj bazowej, jeda atea w telefoe użytkowka) 0

21 Dzękuję za uwagę