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Fading multipath

Fading multipath

L'évanouissement par trajets multiples affecte la plupart des formes de liaisons de communication radio sous une forme ou une autre.

Les évanouissements par trajets multiples peuvent affecter les signaux sur les fréquences de la partie BF du spectre et en dessous jusqu'à la partie micro-ondes du spectre.

L'évanouissement par trajets multiples se produit dans tout environnement où il y a propagation par trajets multiples et les trajets changent pour une raison quelconque. Cela changera non seulement leurs forces relatives mais aussi leurs phases, car les longueurs de chemin changeront.

L'évanouissement par trajets multiples peut également provoquer une distorsion du signal radio. Comme les différents chemins que peuvent emprunter les signaux varient en longueur, le signal transmis à une instance particulière arrivera au récepteur sur une période de temps. Cela peut entraîner des problèmes de distorsion de phase et d'interférences entre symboles lors des transmissions de données. En conséquence, il peut être nécessaire d'incorporer des caractéristiques dans le système de radiocommunications qui permettent de minimiser les effets de ces problèmes.

Principes de base de l'évanouissement par trajets multiples

L'évanouissement par trajets multiples est une caractéristique qui doit être prise en compte lors de la conception ou du développement d'un système de radiocommunications. Dans tout système de radiocommunication terrestre, le signal atteindra le récepteur non seulement par le chemin direct, mais également en raison des réflexions d'objets tels que les bâtiments, les collines, le sol, l'eau, etc. qui sont adjacents au chemin principal.

Le signal global au niveau du récepteur radio est une sommation de la variété des signaux reçus. Comme ils ont tous des longueurs de trajet différentes, les signaux s'ajouteront et se soustraireont du total en fonction de leurs phases relatives.

Parfois, il y aura des changements dans les longueurs relatives des chemins. Cela pourrait résulter du déplacement de l'émetteur ou du récepteur radio, ou de tout objet qui fournit une surface réfléchissante en mouvement. Cela entraînera un changement des phases des signaux arrivant au récepteur, ce qui entraînera à son tour une variation de l'intensité du signal en raison de la manière différente dont les signaux seront additionnés. C'est cela qui provoque l'évanouissement présent sur de nombreux signaux.

Décoloration sélective et plate

Les évanouissements par trajets multiples peuvent affecter les canaux de communication radio de deux manières principales. Cela peut étant donné la manière dont les effets de l'évanouissement par trajets multiples sont atténués.

  • Décoloration à plat: Cette forme d'évanouissement par trajets multiples affecte toutes les fréquences à travers un canal donné de manière égale ou presque égale. Lors d'un évanouissement plat par trajets multiples, le signal changera simplement d'amplitude, montant et descendant sur une période de temps, ou avec un mouvement d'une position à une autre.
  • Décoloration sélective: Un évanouissement sélectif se produit lorsque l'évanouissement par trajets multiples affecte différentes fréquences sur le canal à des degrés différents. Cela signifie que les phases et les amplitudes du signal varieront à travers le canal. Parfois, des valeurs nulles relativement profondes peuvent être rencontrées, ce qui peut entraîner des problèmes de réception. Le simple maintien de l'amplitude globale du signal reçu ne surmontera pas les effets de l'évanouissement sélectif, et une certaine forme d'égalisation peut être nécessaire. Certains formats de signaux numériques, par ex. OFDM est capable de répartir les données sur un large canal de sorte que seule une partie des données soit perdue par des valeurs nulles. Ceci peut être reconstitué en utilisant des techniques de correction d'erreur directe et de cette manière, il peut atténuer les effets de l'évanouissement sélectif par trajets multiples.

    Un évanouissement sélectif par trajets multiples se produit parce que même si la longueur du trajet sera modifiée de la même longueur physique (par exemple, le même nombre de mètres, yards, miles, etc.), cela représente une proportion différente d'une longueur d'onde. En conséquence, la phase changera sur la bande passante utilisée.

    Un évanouissement sélectif peut se produire sur de nombreuses fréquences. On peut souvent le remarquer lorsque les stations de radiodiffusion à ondes moyennes sont reçues le soir via les ondes de sol et les ondes du ciel. Les phases des signaux reçus via les deux moyens de propagation changent avec le temps et ceci entraîne une modification du signal global reçu. Comme l'évanouissement par trajets multiples dépend fortement de la longueur du trajet, il s'avère qu'il affecte les fréquences même sur la bande passante d'un signal de diffusion AM pour être affectées différemment et la distorsion en résulte.

    Un évanouissement sélectif par trajets multiples est également observé à des fréquences plus élevées, et avec des signaux à haut débit de données devenant monnaie courante, des largeurs de bande plus larges sont nécessaires. En conséquence, des valeurs nulles et des pics peuvent se produire sur la bande passante d'un seul signal.

Le signal du téléphone portable s'estompe

Les communications téléphoniques mobiles sont sujettes à des évanouissements par trajets multiples. Il y a une variété de raisons à cela.

  • L'utilisateur mobile déménage:, Le premier est que la station mobile ou l'utilisateur est susceptible de se déplacer, et par conséquent les longueurs de trajet de tous les signaux reçus changent. La seconde est que de nombreux objets autour peuvent également être en mouvement. Les automobiles et même les personnes provoqueront des réflexions qui auront un effet significatif sur le signal reçu. En conséquence, l'évanouissement par trajets multiples a une incidence majeure sur les télécommunications cellulaires.
  • Autres objets en mouvement: L'évanouissement par trajets multiples qui affecte les téléphones portables est souvent appelé évanouissement rapide car il se produit sur une distance relativement courte. Une décoloration lente se produit lorsqu'un téléphone portable se déplace derrière une obstruction et que le signal disparaît lentement.
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    Les variations rapides du signal causées par les évanouissements par trajets multiples peuvent être détectées même sur une courte distance. Supposons une fréquence de 2 GHz (par exemple, une valeur de fréquence approximative typique pour de nombreux téléphones). La longueur d'onde peut être calculée comme suit:

    λ=cF

    λ=31082109

    λ=0.15mètres

    Où:
    c = vitesse de la lumière en mètres par seconde
    f = fréquence en Hertz

    Passer d'un signal en phase à un signal déphasé équivaut à augmenter la longueur du trajet d'une demi-longueur d'onde ou 0,075 m, soit 7,5 cm. Cet exemple examine un exemple très simplifié. En réalité, la situation est beaucoup plus compliquée avec des signaux reçus via de nombreux chemins. Cependant, il donne une indication des distances impliquées pour passer d'une situation en phase à une situation hors phase.

    Fading ionosphérique

    Les communications radio à ondes courtes sont réputées pour leur décoloration. Les signaux réfléchis via l'ionosphère varient considérablement en intensité de signal. Ces variations de résistance sont principalement causées par l'évanouissement par trajets multiples.

    Lorsque les signaux se propagent via l'ionosphère, il est possible que l'énergie se propage de l'émetteur au récepteur via de très nombreux chemins différents. Des diagrammes simples montrent un seul rayon ou chemin emprunté par le signal. En réalité, le profil de la densité électronique de l'ionosphère (c'est le profil de densité électronique qui provoque la réfraction des signaux) n'est pas lisse et par conséquent, tout signal entrant dans l'ionosphère sera diffusé et empruntera plusieurs chemins pour atteindre un receveur. Avec des changements dans l'ionosphère entraînant une modification des longueurs de trajet, cela entraînera un changement de phase et la sommation globale au niveau du récepteur.

    Les changements dans l'ionosphère résultent d'un certain nombre de facteurs. La première est que les niveaux d'ionisation varient, bien que ces changements se produisent normalement relativement lentement, mais ont néanmoins un effet. En plus de cela, il y a des vents ou des mouvements d'air dans l'ionosphère. Comme les niveaux d'ionisation ne sont pas constants, tout mouvement d'air entraînera des changements dans le profil de la densité électronique dans l'ionosphère. À son tour, cela affectera les longueurs de chemin.

    C'est pour cette raison que les signaux sur les bandes d'ondes courtes changent constamment de force.

    Décoloration troposphérique

    De nombreux signaux utilisant des fréquences VHF et supérieures sont affectés par la troposphère. Le signal est réfracté en raison des changements d'indice de réfraction qui se produisent, en particulier dans les premiers kilomètres au-dessus du sol. Cela peut faire voyager les signaux au-delà de la ligne de visée. En fait, pour les applications de diffusion, un chiffre de 4/3 de la ligne de visée visuelle est utilisé pour l'horizon radio. Cependant, dans certaines circonstances, des changements relativement brusques de l'indice de réfraction résultant des conditions météorologiques peuvent entraîner une augmentation des distances sur lesquelles les signaux se déplacent. Les signaux peuvent alors être "canalisés" par l'ionosphère sur des distances allant jusqu'à quelques centaines de kilomètres.

    Lorsque les signaux sont acheminés de cette manière, ils sont soumis à des évanouissements par trajets multiples. Ici, la chaleur s'élevant de la surface de la Terre garantira que le chemin est toujours en train de changer et que les signaux varieront en force. En général, ces changements peuvent être relativement lents, les signaux diminuant et augmentant en intensité sur une période de quelques minutes.

    L'évanouissement radio par trajets multiples est un facteur qui apparaît plus ou moins sur la plupart des signaux. Comme les signaux radio ont tendance à atteindre un récepteur via plusieurs chemins, quelle que soit la qualité du chemin, il est toujours probable qu'il y ait des réflexions d'autres objets. La seule exception concerne l'espace extra-atmosphérique, où il y a très peu d'objets significatifs susceptibles de causer des problèmes majeurs.

    Etant donné que les signaux empruntent plusieurs trajets et qu'il y aura toujours probablement un mouvement entraînant une modification des longueurs de trajet et une variation de l'intensité des signaux, l'évanouissement par trajets multiples sera un problème dans de nombreux cas.


Voir la vidéo: Multipath Propagation u0026 Performance of Rayleigh Fading Channel (Juillet 2021).