Mobile Radio Propagation:

Small-Scale Fading and Multipath

Pemudaran skala kecil atau bisa disebut pemudaran, digunakan untuk

mendeskripsikan fluktuasi yang cepat dari amplitude sinyal radio diatas waktu singkat dari

waktu atau jarak tempuh, sehingga efek dari path loss skala besar dapat diabaikan.

Pemudaran disebabkan oleh interferensi antara dua atau lebih versi dari sinyal transmisi yang

tiba pada penerima dengan beda waktu yang tipis. Gelombang ini disebut, multipathwaves,

bergabung di antenna penerima untuk memberikan hasil sinyal yang amplitudo dan fasanya

berubah-ubah, bergantung pada distribusi dari intensitas dan waktu propagansi relater dari

gelombang dan bandwidth dari sinyal transmisi.

4.1 Small-Scale Multipath Propagation

Banyak macam jalur pada radio channel mengakibatkan adanya efek pemudaran skala

kecil. Tiga efek penting, yaitu :

Perubahan cepat pada kuat sinyal diatas jarak tempuh pendek atau interval waktu

Frekuensi modulasi acak dalam kaitan dengan bermacam-macam geseran Doppler

pada banyak macam sinyal yang berbeda

Dispersi waktu yang disebabkan oleh banyak macam waktu tunda propagansi

Didaerah kota berkembang, pemudaran terjadi karena tinggi antenna komunikasi

kurang dari tinggi bangunan disekitarnya, sehingga tidak ada jalur tunggal LOS (Line of

Sight) ke base station. Bahkan, ketika terdapat LOS, banyak macam jalur masih terjadi

berkaitan dengan pantulan dari tanah dan bangunan disekitarnya. Gelombang radio yang

datang tiba dari arah berbeda dengan perbedaan waktu tunda propagansi. Sinyal yang

diterima oleh alat komunikasi bergerak di lokasi mana pun akan terdiri dari banyak jumlah

bidang gelombang yang memiliki distribusi amplitudo, fasa, sudut datang secara acak.

Komponen dari multipath bergabung secara vektorial pada antenna penerima dan

menyebabkan sinyal diterima oleh alat komunikasi bergerak menjadi menyimpang atau

memudar. Bahkan ketika alat komunikasi bergerak itu diam, sinyal yang diterima akan

menjadi pudar akibat pergerakan dari objek di sekitar kanal radio.

Jika objek pada kanal radio itu statis, dan pergerakan dianggap hanya dari alat

komunikasi bergerak, kemudian pemudaran adalah murni fenomena ruang. Dalam kaitannya

dengan pergerakan relatif antara alat komunikasi bergerak dengan base station, masing-

masing gelombang multipath mengalami pergeseran frekuensi yang jelas terlihat. Pergeseran

frekuensi pada sinyal yang diterima adalah akibat dari gerakan yang disebut geseran Doppler,

dan berbading langsung dengan kecepatan dan arah dari gerakan alat komunikasi bergerak

dengan mematuhi arah dari datangnya gelombang multipath yang diterima

4.1.1 Factors Influencing Small-Scale Fading

Banyak faktor fisik pada propagansi kanal radio yang mempengaruhi pemudaran

skala kecil. Hal ini termasuk :

Multipath propagation

Adanya objek pantul dan penyebaran pada kanal menghasilkan lingkungan yang

berubah secara konstan yang menghilangkan energi sinyal yaitu amplitudo, fasa dan

waktu. Efek ini menghasilkan bermacam-macam versi sinyal transmisi yang tiba pada

antenna penerima. Amplitudo dan fasa acak dari komponen multipath yang berbeda

mengakibatkan fluktuasi pada kuat sinyal, dengan ini mempengaruhi pemudaran skala

kecil, distorsi sinyal, atau keduanya. Propagansi multipath sering kali memperpanjang

waktu yang dibutuhkan untuk porsi baseband dari sinyal untuk mencapai penerima

yang dapat menyebabkan pencemaran sinyal yang berkaitan dengan interferensi

intersimbol.

Speed of the mobile

Gerakan relatif antara base station dan alat komunikasi bergerak menghasilkan

modulasi frekuensi acak yang berkaitan dengan geseran Doppler yang berbeda pada

masing-masing komponen multipath. Geseran Doppler akan positif atau negatif

bergantung pada apakah alat komunikasi bergerak itu begerah mendekati atau

menjauh dari base station.

Speed of surrounding object

Jika objek pada kanal radio bergerak, objek tersebut mempengaruhi waktu berbagai

macam geseran Doppler pada komponen multipath. Jika objek sekitar begerak dengan

kecepatan yang lebih besar dari alat komunikasi bergerak, kemudian efek ini akan

mendominasi pemudaran skala kecil. Sebaliknya, pegerakan dari objek sekitar akan

diabaikan.

The transmission bandwidth of the signal

Jika bandwidth sinyal transmisi radio lebih besar dari bandwidth kanal multipath,

sinyal yang diterima akan disimpangkan, tetapi kuat sinyal yang diterima tidak akan

memudar banyak. Sebagai akan ditunjukkan, bandwidth kanal dapat diukur dengan

coherence bandwidth yang berhubungan dengan struktur spesifik multipath dari

kanal. Coherence bandwidth adalah ukuran dari beda frekuensi maksimum dari sinyal

yang masuk berkolerasi kuat dengan amplitudo. Jika sinyal transmisi memiliki

bandwidth sempit dibandingkan dengan kanal, amplitudo sinyal akan berubah dengan

cepat, tetapi sinyal tidak akan disimpangkan. Demikian, penjelasan mengenai kuat

sinyal skala kecil dan kemungkinan munculnya pencemaran sinyal pada jarak skala

kecil banyak berhubungan dengan amplitudo spesifik dan waktu tunda dari kanal

multipath, maupun bandwidth sinyal transmisi.

4.1.2 Doppler Shift

Mengingat pergerakan alat komunikasi berada pada kecepatan konstan v, sepanjang

segmen jalur yang memiliki panjang d, di antara titik X dan Y, saat mendapatkan sinyal dari

sumber S, sebagaimana diilustrasikan pada gambar 4.1. Perbedaan pada panjang jalur yang

lewati oleh gelombang dari sumber S ke alat komunikasi bergerak pada titik X dan Y adalah

∆l = d cos θ = v ∆t cos θ. Dimana ∆t adalah waktu yang diperlukan untuk alat komunikasi

bergerak untuk melakukan perjalanan dari X ke Y, dan θ diasumsikan sama pada titik X dan

Y sejak sumber diasumsikan sangat jauh. Fasa berubah pada sinyal yang diterima berkaitan

dengan perbedaan panjang jalur

Persamaan diatas menghubungkan geseran Doppler dengan kecepatan alat

komunikasi bergerak dan sudut ruang diantara arah dari pergerakan alat komunikasi bergerak

dengan arah dari kedatangan gelombang. Dapat terlihat pada persamaan diatas bahwa jika

alat komunikasi terbesut bergerak mendekati arah kedatangan gelombang, geseran Doppler

bernilai positif (frekuensi yang diterima bertambah), dan jika alat komunikasi tersebut

bergerak menjauhi arah datangnya gelombang, geseran Doppler bernilai negative (frekuensi

yang diterima berkurang).

4.2 Impulse Response Model of a Multipath Channel

Variasi skala kecil dari sinyal radio alat komunikasi bergerak dapat dihubungkan

secara langsung dengan respon impuls dari kanal radio. Respon impuls adalah kanal pita

lebar dan mengandung semua informasi penting untuk mensimulasikan atau menganalisi

semua tipe dari transmisi radio yang melewati kanal. Respon impuls adalah karakterisasi

yang berguna dari kanal, sejak digunakan untuk memprediksi dan membandingkan peforma

dari banyak sistem komunikasi bergerak yang berbeda dan transmisi bandwidth untuk

berbagai kondisi kanal.

Untuk menunjukkan bahwa kanal radio bergerak dapat dimodelkan sebagai filter

linier dengan variasi waktu respon impuls, mengingat tempat dimana variasi waktu berkaitan

erat dengan pergerakan penerima. Hal ini ditunjukkan pada gambar 4.2

Pada gambar 4.2, penerima bergerak sepanjang dataran pada beberapa kecepatan

konstan v. Untuk posisi yang ditentukan d, kanal antara pemancar dan penerima dapat

dimodelkan sebagai sistem waktu linier invarian. Bagaimanapun, berkaitan dengan perbedaan

gelombang multipath yang memiliki waktu tunda propagansi yang bervariasi pada lokasi

ruang yang berbeda dari penerima, respon impuls dari kanal waktu linier invariant harus

menjadi fungsi dari posisi penerima. Respon impuls kanal dapat diekspresikan sebagai h(d,t).

x(t) merepresentasikan sinyal transmisi, kemudian sinyal yang diterima y(d,t) pada posisi d

dapat diekspresikan sebagai konvolusi dari x(t) dengan h(d,t).

Sejak penerima bergerak sepanjang dataran pada kecepatan konstan v, posisi penerima dapat

diekspresikan sebagai

Mensubtitusikan persamaan (4.5) dengan (4.4), maka didapatkan

Sejak v konstan, y(vt,t) adalah sebuah fungsi dari t. oleh karena itu persamaan di atas dapat

diekspresikan sebagai

Dari persamaan tersebut, sudah jelas bahwa kanal radio bergerak dapat dimodelkan sebagai

kanal waktu linier, dimana kanal berubah dengan waktu dan jarak.

Sejak v dapat diasumsikan konstan pada interval waktu yang singkat (atau jarak yang

dekat), kita dapat memisalkan x(t) merepresentasikan bentuk gelombang bandpass yang

ditransmisikan, y(t) bentuk gelombang yang diterima, dan h(t,τ) respon impuls dari variasi

waktu kanal radio multipath.

Sinyal yang diterima y(t) dapat diekspresikan sebagai konvolusi dari sinyal transmisi

x(t) dengan kanal respon impuls (lihat gambar 4.3a).

Jika kanal multipath diasumsukan untuk menjadi sebuah kanal bandpass terbatas, yang

beralasan, maka h(t,τ) dapat dideskripsikan oleh respon impuls baseband kompleks hb(t,τ)

dengan input dan output menjadi sampul kompleks representasi dari sinyal transmisi dan

sinyal yang diterima, (lihat gambar 4.3b).

Karena sinyal yang diterima di saluran multipath terdiri dari rangkaian yang

dilemahkan, kali delay, fase bergeser replika dari sinyal yang ditransmisikan, respon impul

sebaseband saluran multipath dapat dinyatakan sebagai

Gambar 4.4 menggambarkan contoh snapshot berbeda hb(t, τ), dimana t bervariasi ke halaman, dan penundaan sampah waktu dikuantisasi untuk bandwidth Δ τ.

Jika respon impuls kanal diasumsikan waktu invariant, atau setidaknya luas stasioner selama waktu yang skala kecil atau interval jarak, maka respon impuls kanal dapat disederhanakan sebagai

Ketika mengukur atau memprediksi hb(τ), pulsa menyelidi k(t) yang menggambarkan fungsi delta digunakan pada pemancar. Yaitu :

4.2.1 Relationship Between Bandwidth and Received PowerDalam sistem komunikasi nirkabel yang sebenarnya, respon impuls jalur multichannel

diukur di lapangan menggunakan teknik saluran terdengar. Kami sekarang mempertimbangkan duasaluran terdengar di kasus-kasus ekstrim sebagai sarana menunjukkan bagaimana memudarnya skala kecil berperilaku cukup berbeda untuk dua sinyal dengan bandwidth yang berbeda dalam saluran multipath identik. Berdasarkan pulsa sinyal, RF ditransmisikan dalam bentuk

dimana p(t) adalah baseband berulang kereta pulsa dengan lebar pulsa yang sangat sempitTb, dan periode pengulangan TREP yang jauh lebih besar dari maksimum kelebihan penundaan τmax dalam saluran. sekarang menjadi

dan biarkan p(t) menjadi nol di tempat lain untuk semua penundaan selisih lebih. Low passkanal output r(t) akan dekat mendekati respon impuls hb(t) dan diberikan oleh

Untuk menentukan daya yang diterima pada suatu waktu untuk, power lr(t0)l2

diukur. Jumlah power lr(t0)l2 disebut sesaat multipath daya profil keterlambatan saluran, dan sama dengan energi yang diterima selama durasi waktu penundaan multipath dibagi dengan τmax. Artinya, dengan menggunakan persamaan(4.16)

Sekarang, bukan pulsa, pertimbangkan sinyal CW yang ditransmisikan ke saluran yang sama persis, dan membiarkan amplop kompleks diberikan oleh c(t) =2. Kemudian, amplop kompleks sesaat dari sinyal yang diterima diberikan oleh fasor jumlah

Karena r(t) adalah jumlah fasor dari multipath individu komponen, fase sesaat dari komponen multipath menyebabkan fluktuasi besar yang menggambarkan memudar skala kecil untuk sinyal CW. Rata-rata daya yang diterima di daerah setempat kemudian diberikan oleh

Dengan demikian terlihat bahwa menerima lokal ensemble kekuatan rata-rata wideband dan sinyal narrowband yang setara. Ketika sinyal yang ditransmisikan memiliki bandwidth yang jauh lebih besar daripada bandwidth saluran, maka multipath struktur sepenuhnya diselesaikan oleh sinyal yang diterima setiap saat, dan daya yang diterima bervariasi sangat kecil karena multipath amplitudo individu melakukan tidak berubah dengan cepat di wilayah setempat.

Namun, jika sinyal yang ditransmisikan memiliki bandwidth yang sangat sempit (misalnya, sinyal baseband memiliki durasi lebih besar dari kelebihan penundaan saluran), maka multipath tidak diselesaikan dengan sinyal yang diterima, dan fluktuasi sinyal besar (memudar) terjadi ada penerima karena pergeseran fasa dari banyak komponen multipath yang belum terselesaikan.

Gambar 4.5 mengilustrasikan aktual pengukuran saluran radio ruangan dibuat bersamaan dengan menyelidik pulsa wideband memiliki TBB = ion, dan CW pemancar. Frekuensi pembawa adalah 4GHz. Hal ini dapat dilihat bahwa sinyal CW mengalami memudar cepat, sedangkan wideband pengukuran berubah sedikit lebih yang 5λ. pengukuran lintasan. Namun, rata-rata lokal menerima kekuatan dari kedua sinyal diukur menjadi hampir identik[Haw9l].

44.3 Small-Scale Multipath Measurements

Karena pentingnya struktur multipath dalam menentukan efek fading skala kecil, sejumlah saluran wideband teknik terdengar telah dikembangkan. Teknik-teknik ini dapat diklasifikasikan sebagai pulsa langsung measurements, spread spectrum geser pengukuran correlator, dan menyapu pengukuran frekuensi.

4.3.1 Direct RF Pulse SystemSebuah saluran sederhanater dengar pendekatan sistem pulsa RE langsung (lihat

Gambar 4.6). Teknik ini memungkinkan para insinyur untuk menentukan cepat keterlambatan listrik profil setiap saluran, seperti yang ditunjukkan oleh Rappaport dan Seidel[R.ap89],[Rap9O]

Jika osiloskop diatur pada rata-rata modus, maka sistem ini dapat memberikan daya rata-rata profil penundaan lokal. Lain aspek yang menarik dari sistem ini adalah kurangnya kompleksitas, karena off-the-shelf peralatan dapat digunakan

Masalah utama dengan sistem ini adalah bahwa hal itu terganggu dan kebisingan, karena filter passband lebar diperlukan untuk resolusi waktu multipath. Juga, sistem pulsa bergantung pada kemampuan untuk memicu osiloskop pada sinyal tiba pertama. Jika sinyal yang tiba pertama diblokir atau memudar, memudar parah terjadi, dan mungkin sistem mungkin tidak memicu dengan benar. Kerugian lain adalah bahwa fase komponen multipath individu tidak diterima, karena penggunaan detektor amplop. Namun, penggunaan detektor koheren memungkinkan pengukuran fase multipath menggunakan teknologi-nique.

4.3.2 Spread Spectrum Sliding Correlator Channel SoundingDiagram blok dasar dari spread spectrum sistem saluran terdengar adalah ditunjukkan

pada Gambar 4.7. Keuntungan dari sistem spread spectrum adalah bahwa, sementara sinyal menyelidik mungkin wideband, adalah mungkin untuk mendeteksi sinyal yang ditransmisikan menggunakan penerima narrowband didahului oleh wideband mixer, sehingga meningkatkan jangkauan dinamis dari sistem dibandingkan dengan sistem pulsa RF langsung.

Dalam spread spectrum saluran sounder, sinyalpembawa "menyebar" atas bandwidth yang besar dengan mencampurnya dengan pseudo-noise (PN) urutan biner memiliki durasi Tc

chip dan chip Tc rate sama dengan 1/TcHz. Spektrum daya amplop yang ditransmisikan sinyal spread spectrum diberikan oleh:

Sinyal spread spectrum ini kemudian diterima, disaring, dan despread menggunakanPN generator urutan identik dengan yang digunakan pada pemancar. Meskipundua urutan PN adalah identik, jam Chip pemancar dijalankan pada sedikit tingkat yang lebih cepat daripada chip jam penerima. Pencampuran urutan chip dalam mode ini menerapkan correlator geser.

Dengan cara ini, filter narrow band yang mengikuti correlator dapat menolak hampir semua dari kekuatan sinyal yang masuk. Ini adalah bagaimana processing gain diwujudkan dalam spread penerima spektrum dan bagaimana dapat menolak gangguan passband, tidak seperti langsung RF pulsa sistem terdengar.

Ketika sinyal yang masuk berkorelasi dengan urutan penerima, sinyal runtuh kembali ke bandwidth asli (yaitu, "despread"), amplop terdeteksi, dan ditampilkan pada sebuah osiloskop. Sejak multipaths masuk yang berbeda akan mengalami keterlambatan waktu yang berbeda, mereka maksimal akan berkorelasi dengan penerima PN urutan pada waktu yang berbeda. Energi ini jalur individu akan melewati melalui correlator tergantung pada waktu

penundaan. Oleh karena itu, setelah amplop deteksi, respon impuls kanal convolved dengan bentuk pulsa dari sebuah chip dosa-gle ditampilkan pada osiloskop.

Resolusi waktu(Δԏ) dari komponen multipath menggunakan penyebaran sistem spektrum korelasi geser

Dengan kata lain, sistem dapat menyelesaikan dua komponen multipath selama karena mereka sama dengan dr lebih besar dari Tc detik terpisah. Pada kenyataannya, multipath komponen dengan waktu interarrival lebih kecil dariTc, dapat diatasi sejak NNS lebar pulsa lebih kecil dari lebar mutlak korelasi segitiga pulsa, dan di urutanTc. Proses korelasi geser memberikan pengukuran waktu yang setara yang diperbarui setiap kali dua urutan yang maksimal berkorelasi. Waktu antara korelasi maksimal(Tc) dapat dihitung dari persamaan(4.30)

Pengukuranwaktu yang setaramengacu pada waktu relatif multipath komponen seperti yang ditampilkan pada osiloskop. Skala waktu diamati padaosiloskop menggunakan correlator geser berhubungan dengan propagasi yang sebenarnya skalawaktu.

Efek inidisebabkan olehtingkatrelatifinformasimentransferdigesercorrelator. Sebagai contoh,persamaan(4.30) adalah waktu yang diamati diukur osiloskop dan bukan waktu propagasi sebenarnya. Efek ini, yang dikenal sebagai dilatasi waktu, terjadi dalam sistem correlator geser karena penundaanpropagasibenar-benar memperluasdalam waktu olehcorrelatorgeser.

Ada beberapakeuntungan untukspread spectrumsistem saluranterdengar. Salah satu karakteristik modulasi spread spectrum kunci adalah kemampuan untuk menolak passband kebisingan, sehingga meningkatkan jangkauan cakupan untuk pemancar yang diberikan kekuasaan. Pemancardan penerima PN sinkronisasi urutan dihilangkan oleh correlatorgeser. Sensitivitasdapat disesuaikandengan mengubahfaktorgeser danbandwidthpenyaringpasca-correlator. Juga, kekuatan pemancar yang dibutuhkan dapat jauh lebih rendah dibandingkan sistem pulsalangsungkarenamelekat"pengolahan gain" sistemspread spectrum.

Kelemahan dari sistem spread spectrum, dibandingkan dengan langsungsistem pulsa, adalah bahwa pengukuran tidak dilakukan secara real time, tetapi mereka dikompilasi sebagai kode PN geser melewati satu sama lain. Tergantung pada parameter sistem dan tujuan pengukuran, waktu yang dibutuhkan untuk membuat pengukuran profil penundaan listrik mungkin berlebihan.Kelemahan lain dari sistem yang dijelaskan di sini adalah bahwa detektor noncoherentdigunakan, sehingga fase komponen multipath individu tidak dapat diukur. Bahkan jika deteksi koheren digunakan, waktu sapuan sinyal spread spectrum menginduksi menunda sedemikian rupa sehingga fase individual komponen multipath dengan penundaan waktu yang berbeda akan diukur pada waktu secara substansial berbeda, di mana saluran mungkin berubah.

4.3.3 Frequency Domain Channel SoundingKarena hubungangandaantaradomain waktudan frekuensiteknikdomain, adalah

mungkin untukmengukur responimpulssaluran dalamdomain frekuensi. Gambar 4.8menunjukkandomain frekuensisaluransounderyang digunakanuntuk mengukurresponimpulssaluran.Sebuahnetwork analyzervektormengendalikandisintesisfrekuensipenyapu, dan settesS-parameter yang digunakan untuk memantauresponfrekuensisaluran. Penyapumemindaifrekuensi tertentuband (berpusat pada operator) dengan melangkah melalui frekuen sidiskrit. Itu jumlah dan jarak darilangkah-langkah frekuensi berdampak resolusi waktu pengukuran respon impuls. Untuksetiap langkahfrekuensi, ujiS-parametersetmentransmisikantingkat sinyaldiketahui padaport 1 danmemonitorsinyal yang diterimatingkatdi pelabuhan2.

Untukwaktu yang bervariasisaluran, frekuensirespon kanaldapat berubah dengan cepat, memberikan doronganyang keliruPengukuranrespon. Untuk mengurangiefek ini, menyapukali cepatdiperlukan untukmenjaga jumlah menyapu frekuensi respon pengukuran selang sesingkat mungkin. Waktu menyapu lebih cepat dapat dicapaidengan mengurangi jumlah langkah frekuensi, tapi ini pengorbanan resolusi waktu dan kelebihan berbagai keterlambatan dalamdomain waktu

4.4 Parameters of Mobile Multipath ChannelsBanyakparameterkanal multipathberasal daripenundaandayapro-berkas, yang

diberikan olehpersamaan(4.18). Profilpenundaanlistrikdiukurdengan menggunakanteknik-teknikyang dibahasdalam Bagian4.4 danumumnya diwakilisebagaiplotrelatifmenerima kuasasebagai fungsikelebihanpenundaansehubungan dengan waktu tunda tetap referensi. Profil keterlambatan listrik ditemukan oleh rata-rataseketika kekuasaanmenunda pengukuran profildi wilayah setempat untuk menentukan rata-rata skala keci ldayaprofilpenundaan. Tergantungpada resolusi waktu menyelidik pulsadan jenissaluranmultipathdipelajari, peneliti seringmemilih untuksampel padapemisahanspasialseperempatdari panjang gelombang dan lebih receiver gerakantidak lebih besar dari6 mdisaluranterbuka dantidak lebih besardari 2didalamsaluranindoor dikisaran 450MHz-6GHz.

4.4.1 Time Dispersion ParametersDalam rangka untuk membandingkan saluran multipath yang berbeda dan untuk

mengembangkan beberapa pedoman desain gen-eral untuk sistem nirkabel, parameter yang terlalu mengukursaluran multipath digunakan. Rata-rata kelebihan delay, delay rms menyebar, dandelay kelebihan spread (X dB) adalah parameter kanal multipath yang dapat menghalangi-ditambang dari kekuatan profil penundaan. Sifat dispersif waktu pita lebarsaluran multipath yang paling sering diukur oleh kelebihan keterlambatan rata-rata mereka (ԏ dan delay spread rms (σr). Rata-rata kelebihan penundaan adalah saat pertamadaya dela)? profil dan didefinisikan sebagai

Penting untuk dicatat bahwa rms delay spread dan kelebihan mean delay adalahdidefinisikan dari satu kekuatan profil penundaan yang merupakan rata-rata sementara atau spasial pengukuran respon impuls berturut-turut dikumpulkan dan rata-rata lebihdaerah setempat. biasanya, banyak pengukuran dilakukan di banyak daerah setempatuntuk menentukan berbagai statistik dari parameter kanal multipath untuksistem komunikasi mobile di wilayah skala besar.

Kelebihandelay maksimum(X dB) dari profilketerlambatanlistrikdidefinisikan sebagaipenundaanwaktu selamamultipathenergijatuh keXdB di bawahmaksimum

Dengan kata lain, kelebihandelaymaksimumdidefinisikan sebagai ԏx-ԏo, di manaԏo adalahsinyal yang tiba pertama dan ԏx adalah keterlambatan maksimum di mana sebuah multipath komponendalamXdBdari sinyalmultipathterkuattiba(yang tidakbelum tentutiba diԏ0). Gambar 4.10 mengilustrasikan perhitungankelebihanketerlambatanmax-Imum untuk komponen multipath dalam 10dBmaksimal.Itukelebihandelay maksimum(X dB) mendefinisikan batas temporal multipath yangdi atas ambangtertentu. Nilai ԏx kadang-kadang disebut kelebihan menunda penyebaran kekuatan profil keterlambatan, tetapi dalam semua kasusharus ditentukan dengan ambang batasyang berhubunganlantai kebisingan multipath maksimal menerima komponen multipath.

Perlu dicatatbahwa dayapenundaanproffledanrespon frekuensimagnitude(respon spektral) dari saluranradio bergerakterkaitmelaluiTransformasi Fourier. Oleh karena itu mungkinuntuk mendapatkansetara deskripsi salurandalam domain frekuensi menggunakan respon frekuensi karakteristik. Analog dengan parameter delay spread dalam domain waktu,bandwidth yang koherensi digunakan untuk mengkarakterisasisaluran dalam frekuensi domain. Therms delay spread dan bandwidth koherensi berbanding terbalik satu sama lain, meskipun hubungan mereka dengan tepatadalahfungsiyang tepatstrukturmultipath.

4.4.2 Coherence BandwidthSementara penundaan penyebaran adalah fenomena alam yang disebabkan oleh

tercermin dan jalur propagasi tersebar di saluran radio, bandwidth koherensi, Bcadalah relasi didefinisikan berasal dari rms delay spread. Bandwidth yang Koherensi adalahukuran statistik dari berbagai frekuensi di mana saluran bisadianggap "flat" (yaitu, saluran yang melewati semua komponen spektral dengankeuntungan kira-kira sama dan fase linier); Dengan kata lain, koherensi bandwidth adalah rentang frekuensi di mana dua komponen frekuensi memilikipotensi kuat untuk korelasi amplitudo. Dua sinusoid dengan frekuensimemisahkan-tion lebih besar dari Bc dipengaruhi cukup berbeda oleh saluran. Jika bandwidth koherensi didefinisikan sebagai bandwidth di mana korelasi frekuensiFungsi di atas 0,9, maka bandwidth koherensi adalah sekitar

Jikadefinisisantaisehingga fungsikorelasifrekuensidi atas0,5.maka bandwidthkoherensiadalah sekitar

Pentinguntuk dicatat bahwahubunganyang tepat antarakoherensibandwidthdan delayNNSspreadtidak ada,dan persamaan(4,38) dan(4,39) adalah"bola taman memperkirakan". Secara umum, teknikanalisisspektral dansimulasidiperlukanuntuk menentukan dampak yang tepatwaktubervariasimultipathmemilikipadasinyal yang ditransmisikantertentu. Untuk alasan ini, model kanal multipath akurat harus digunakan dalam desain modem khusus untuk aplikasi nirkabel4.4.3 Doppler Spread and Coherence Time

Delay spreaddan bandwidthkoherensiadalah parameter yang menggambarkan Waktu sebarsifat salurandi daerahsetempat.Namun, merekatidak menawarkaninformasi tentang berbagai sifat waktudari saluranyang disebabkan olehgerakan relatifantarastasiun bergerakdan basis, atau dengan gerakan benda-benda disaluran. Doppler spread dan waktu koherensi adalah parameter yang menggambarkan waktuyang berbeda-bedasifatsalurandi wilayahskala kecil

Doppler spread BD adalah ukuran memperluas spektrum disebabkan oleh laju perubahan dari saluran radio mobile dan didefinisikan sebagai kisaran fre-quencies dimana spektrum Doppler yang diterima pada dasarnya adalah nol. Ketika nada sinusoidal murni frekuensi fc ditransmisikan, sinyal yang diterimaspektrum, disebut spektrum Doppler, akan memiliki komponen dalam kisaranfc-fd kefc + fd mana fd adalah pergeseran Doppler. Jumlah memperluas spektrumtergantung pada fd yang merupakan fungsi dari kecepatan relatif mobile, dansudut 9 antara arah gerak dari mobile dan arah kedatangan gelombang tersebar. Jika bandwidth sinyal baseband jauh lebih besar dari BD,efek Doppler spread dapat diabaikan pada penerima.

Koherensi waktu T, adalah waktu domain ganda Doppler spread dan digunakanuntuk pengkarakterisasi berbagai sifat waktu dispersiveness frekuensichannel dalam domain waktu. Doppler spread dan waktu koherensi adalahberbanding terbalik dengan satu sama lain. Artinya,

Koherensitinesebenarnyaukuran statistikdari durasiwaktu selamayangrespon impuls kanalpada dasarnyainvarian, dan mengkuantifikasikesamaanrespon kanalpada waktu yang berbeda. Dengan kata lain, koherensiWaktuadalah durasiwaktu di manadua sinyalyang diterimamemilikipotensi kuatuntuk korelasiamplitudo. Jikabandwidthtimbal balikdari sinyalbasebandlebih besar dari waktukoherensisaluran, maka saluranakan berubah selama transmisi pesanbaseband, sehingga menyebabkandistorsipadapenerima. Jika waktu koherensi didefinisikan sebagai waktu yang lebih dariwaktufungsikorelasidi atas0,5, maka waktu koherensi adalah sekitar

dimanafmadalah pergeseran Doppler maksimum yang diberikan oleh fm=v/λ. Dalam prakteknya, (4.40.a) menunjukkan durasi waktu selama sinyal Rayleigh fading dapat berfluktuasiliar, dan(4.40.b) terlalu membatasi. Aturan populer praktis untuk modem komunikasi digital adalah untuk menentukan waktu koherensi sebagaimean geometrik persamaan(4.40.a) dan(4.40.b). Artinya,

Definisi waktu koherensi menyiratkan bahwa dua sinyal tiba denganwaktu pemisahan lebih besar dari Tc dipengaruhi secara berbeda oleh saluran. Misalnya, untuk kendaraan bepergian 60 mph menggunakan pembawa 900 MHz, seorang konservatifnilai Tc dapat ditampilkan menjadi 2,22 ms dari (4.40.b). Jika transmisi digitalSistem yang digunakan, maka selama simbol rate lebih besar dari I / Tc = 454 bps,saluran tidak akan menyebabkan distorsi karena gerak(bagaimanapun distorsi bisaHasil dari multipath waktu delay spread, tergantung pada impuls saluranrespon). Menggunakan rumus praktis (4.40.c), Tc = 6.77 ms dan simbolTingkat harus melebihi 150 bit / s untuk menghindari distorsi karena dispersi frekuensi.

4.5 Types of Small-Scale FadingBagian 4.3 menunjukkan bahwa jenismemudardialami olehsinyalmenyebarkan

melaluisaluranradio bergeraktergantung pada sifatdari sinyal yang ditransmisikansehubungan dengankarakteristiksaluran. tergantung padahubungan antaraparameter sinyal(seperti bandwidth, periode simbol,dll) dan parameter saluran (seperti keterlambatan rms menyebar danDopplerspread), sinyal yang ditransmisikan berbeda akan menjalani berbagai jenis memudar. Waktudis-persion dan mekanis medispersifrekuensisaluranradio bergerak menyebabkan empat efek yang berbedamungkin,yang diwujudkantergantung padasifatsinyal yang dikirimkan, saluran, dankecepatan. Sementara multipath delay penyebaran mengarah ke waktu dispersi dan frekuensi selektif fading, Dopplermenyebarmenyebabkandispersifrekuensi dan waktumemudarselektif. Keduapropagasimekanismeyangindependen satu sama lain. Gambar 4.11menunjukkansebuah pohondari empatberbagai jenismemudar.

4.5.1 Fading Effects Due to Multipath lime Delay SpreadWaktudispersikarena multipath menyebabkan sinyal yang ditransmisikan untuk

menjalani datar ataufrekuensiselektif fading.

4.5.1.1 Flat fadingJika saluran radiomobile memilikigain konstandan responfaselinierselama bandwidth

yang lebih besar dari pada bandwidthdari sinyal yang ditransmisikan,makasinyal yang diterimaakan menjalaniflat fading. Jenismemudarsecara historisjenis yang paling umumdarimemudardijelaskan dalam literatur teknis.di flatmemudar, struktur multipath saluran sedemikian rupabahwa karakteristikspektraldari sinyal yang ditransmisikanyang diawetkanpada penerima. Namunkekuatanperubahansinyal yang diterimadengan waktu, karena fluktuasigaindari saluranyang disebabkan olehmultipath. Karakteristik darikanal flat fadingdiilustrasikanpada Gambar 4.12

Hal ini dapatdilihat dari Gambar4.12bahwa jika perubahansaluran keuntungandari waktu ke waktu, perubahanamplitudoterjadipada sinyal yang diterima. Seiring waktu, menerimasignal r(t) bervariasi dalamkeuntungan, tetapispektrumtransmisiyang diawetkan. Dalamkanal flat fading, bandwidthtimbal balikdari sinyal yang ditransmisikanjauhlebih besar dari keterlambatanmultipathwaktupenyebaransaluran, danhb(t, ԏ) dapatdidekatisebagai tidak memilikikelebihandelay (yaitu, fungsideltatunggal denganԏ=0).Saluran memudardatarjuga dikenal sebagai saluranuarying amplitudo dan kadang-kadang disebut sebagai saluran narrowband, karena bandwidth dari diterapkan sinyalsempitdibandingkan denganbandwidth saluranflat fading. Khasdatarkanal fading menyebabkan memudardalam,sehingga mungkin memerlukan20atau 30dBlebihpemancarkekuatan untuk mencapaitingkat kesalahanbit rendahselama masamemudar jika dibandingkan dengan sistem operasi melalui saluran nonfading. Pembagiankeuntungan sesaat saluran flat fading penting untuk merancang link radio,dan distribusi amplitudo yang paling umum adalah distribusi Rayleigh. ItuRayleigh datar model kanal fading mengasumsikan bahwa saluran menginduksi amplitudo yang bervariasi dalam waktu sesuai dengan distribusi Rayleigh.Untuk meringkas, sinyal mengalami flat fading jika :

Dimana Ts adalahbandwidthtimbal balik(misalnya, periode simbol) dan Bsadalah bandwidth, masing-masing,dari modulasiditransmisikan, dan σrdanBcadalah rms waktudelaydan bandwidthkoherensi, masing-masing,saluran.4.5.1.2 Frequency Selective Fading

Jikasaluranmemilikigain konstandan responfase linieratasbandwithyang lebih kecil daribandwidthsinyal yang ditransmisikan, makachannelmenciptakanfrekuensiselective

fadingpadasinyal yang diterima. Di bawah sepertikondisirespon impulssaluran memiliki multipath delay spread yang greaferdari bandwidthtimbal balikdari pesan gelombang ditransmisikan.Ketika ini terjadi,sinyal yang diterimameliputibeberapa versi dari gelombang yang ditransmisikanyangdilemahkan(pudar) dantertundadalam waktu,dan karenanyasinyal yang diterimaterdistorsi. Frekuensiselektif fadingadalah karenadispersitinedari simbol-simbolditransmisikan dalamsaluran. Jadisaluranmenginduksiintersymbol interference(ISI). Dilihatdalam domain frekuensi, komponen frekuensi tertentudalam spektrumsinyal yang diterimamemilikikeuntungan lebih besardaripada yang lain.

Frekuensisaluranselektif fadingjauh lebihsulit untuk modeldaripadasaluranflat fadingkarena setiap sinyalmultipathharus dimodelkandansaluranharusdianggap sebagai filterlinier. Ini adalah alasan inilahwidebandpengukuranmultipathdibuat, dan model yang dikembangkan darilangkah-surements. Ketika menganalisissistemkomunikasi mobile, modelrespon impulsestatistikseperti2-ray RayleighfadingModel(yang menganggap respon impuls yang akanterdiri daridua fungsideltayangindependenmemudardanmemilikiwaktu tundayang cukupdi antara merekauntuk menginduksifrekuensiselektif fadingpada sinyalditerapkan), atau komputeryang dihasilkanatau diukur respon impuls,umumnya digunakan untuk menganalisis frekuensi memudar skala kecil selektif. Gambar4.13 menggambarkan karakteristik frekuensi selektif fading.

Frekuensisaluran memudarselektifjugadikenal sebagaiwidebandsalurankarena bandwidth dari sinyals(t) lebih lebardari bandwidthrespon impuls kanal. Seperti waktubervariasi, saluranbervariasigain danfaseseluruh spektrums(t), sehingga waktuyang berbeda-bedadistorsi padasinyal yang diterimar(t). Untuk meringkas, sinyal mengalami frekuensi selective fading jika :

Aturanumumpraktis adalah bahwasaluranfrekuensiselektifjika TS < 10σr meskipun hal ini tergantung padajenis tertentumodulasi yang digunakan. Bab 5menyajikan hasil simulasi yang menggambarkan dampakketerlambatanwaktutersebar dibiterror rate(BER)

4.5.2 Fading Effects Due to Doppler Spread

4.5.2.1 Fast FadingTergantung pada seberapacepatditransmisikanbasebandsinyal perubahan sebagai

dibandingkan denganlaju perubahansaluran, salurandapat diklasifikasikan baik sebagai cepat memudar ataulambatfading.Dalamsaluranmemudarcepat,saluranrespon impulse perubahan cepat dalam durasi simbol. Artinya, waktu koherensi saluran lebih kecil dari periode simbol yang ditransmisikan sinyal.Hal ini menyebabkanfrekuensidispersi(juga disebut waktuselektiffading) karenaDopplerspreading, yang mengarah kesinyaldistorsi. Dilihat darifrekuensi domain, distorsi sinyalkarenacepatmemudarmeningkatdengan meningkatnya Doppler menyebarrelatif terhadap bandwidth dari sinyal yang ditransmisikan. Oleh karena itu, sinyal yang mengalami cepat memudar jika :

Perlu dicatatbahwa ketikasaluranditentukan sebagaicepatataulambatmemudarchannel, itu tidakmenentukanapakahsaluranmemudardatar ataufrekuensiselektifdi alam. Cepat memudar hanya berkaitan denganlaju perubahansalurankarenagerak. dalam kasus saluran memudar datar, kita dapat mendekatiimpulsresponmenjadihanyafungsi delta(tidak adawaktu tunda). Oleh karena itu, sebuahflat fading, cepatfadingadalah salurandi manaamplitudofungsi deltabervariasilebih cepat darilaju perubahansinyalbasebandditransmisikan.

Dalam kasusfrekuensiselektif, salurancepatmemudar, amplitudo, fase, dan waktu keterlambatan salah satu darikomponenmultipathbervariasilebih cepatdaripada tingkat mengubah dari sinyal yang ditransmisikan. Dalam prakteknya, cepat memudarhanya terjadiuntukyang sangat rendahkecepatan data.

4.5.2.2 Slow FadingDalam saluran memudar lambat, saluran impuls perubahan respon pada tingkatjauh

lebih lambat daripada baseband ditransmisikan sinyal s (t). Dalam hal ini, salurandapat diasumsikan statis selama satu atau beberapa interval bandwidth yang timbal balik.Dalam domain frekuensi, ini berarti bahwa penyebaran Doppler saluran adalahjauh lebih sedikit daripada bandwidth dari sinyal baseband. Oleh karena itu, sinyal mengalami memudar lambat jika:

Harus jelas bahwa kecepatan mobile (atau kecepatan bendadichannel) dan sinyal

baseband menentukan apakahsinyal mengalamicepat memudar atau lambat memudar.Hubungan antara berbagai parameter multipath dan jenis iseng-ing dialami oleh sinyal dirangkum dalam Gambar 4.14. selama beberapa tahun,beberapa penulis telah bingung tetang rumus cepat dan lambat memudar dengan istilah skala besar dan skala kecil memudar. Perlu ditekankan bahwa cepat danmemperlambat memudarberurusan dengan hubungan antara laju perubahan dalam saluran dansinyal yang dikirimkan, dan tidak dengan jalur propagasi model rugi.