멀티패스 전파

Multipath propagation

무선 통신에서 멀티패스는 무선 신호가 2개 이상의 경로를 통해 수신 안테나도달하는 전파 현상입니다.다중 경로의 원인에는 대기 덕트, 전리층 반사굴절, 수역 및 산과 건물과 같은 지상 물체로부터의 반사가 포함된다.동일한 신호가 둘 이상의 경로를 통해 수신되면 신호의 간섭 및 위상 이동이 발생할 수 있습니다.파괴적인 간섭은 페이딩의 원인이 됩니다.이 때문에 특정 영역에서 무선 신호가 너무 약해져 적절히 수신되지 않을 수 있습니다.이 때문에 이 효과는 멀티패스 간섭 또는 멀티패스 왜곡이라고도 합니다.

다양한 경로로 도달하는 신호의 크기가 레일리 분포로 알려진 분포를 갖는 경우, 이를 레일리 페이딩이라고 합니다.하나의 성분(종종 시선 성분일 필요는 없지만)이 지배적인 경우, 리키아 분포는 보다 정확한 모델을 제공하며, 이를 리키아 페이딩이라고 합니다.2개의 컴포넌트가 지배하고 있는 경우, 이 동작은 확산전력(TWDP)의 2파 분포를 사용해 모델링하는 것이 가장 좋습니다.이 모든 설명은 일반적으로 사용되고 받아들여지며 결과로 이어집니다.단, 그것들은 일반적이며 기초가 되는 물리학을 추상화/숨김/근사화한다.

방해다

서로 다른 두 경로를 따라 이동하는 간섭성 파동은 위상 시프트와 함께 도달하여 서로 간섭합니다.

다중 경로 간섭은 소스에서 파동이 두 개 이상의 경로와 파동의 두 개 이상의 구성 요소를 통해 검출기로 이동하는 파동의 물리 현상이다.멀티패스 간섭은 아날로그 TV 방송에서의 "고스트" 및 전파 페이딩의 일반적인 원인입니다.

공간을 이동하는 TV 신호에 대한 이상적인 상황도:신호는 송신기(TX)에서 나와 수신기로 가는 하나의 경로(RX 라벨이 붙은 TV 세트)를 통과합니다.
이 그림에서는 객체(이 경우 항공기)가 두 번째 경로를 추가하여 시스템을 오염시킵니다.신호는 길이가 다른 두 개의 다른 경로를 통해 수신기(RX)에 도달합니다.주 경로는 직접 경로이며, 두 번째 경로는 평면으로부터의 반사에 의한 경로입니다.

필요한 조건은 파동의 구성요소가 이동의 전체 범위에 걸쳐 일관성을 유지하는 것입니다.

간섭은 일반적으로 파형의 두 개 이상의 구성요소가 서로 다른 길이(광학적 경로 길이 - 기하학적 길이와 굴절(광학적 속도 확산)로 측정)를 이동해 검출기에 도달하기 때문에 발생한다.

간접 경로로 인한 신호는 멀티패스 페이딩이라고 불리는 위상뿐만 아니라 진폭에서 필요한 신호를 방해합니다.

팩시밀리 및 (아날로그) TV 전송에서는 멀티패스에 의해 지터와 고스트가 발생합니다.이것은 메인 이미지의 오른쪽에 있는 빛바랜 중복 이미지로 보입니다.고스트는 송신기가 산이나 다른 큰 물체에서 튕겨져 나올 때 발생하며, 수신기가 지연으로 분리된2개의 신호를 수신하면서 보다 짧은 직접 경로를 통해 안테나에 도달합니다.

실제 목표물로부터의 레이더 멀티패스 에코로 인해 고스트가 나타납니다.

레이더 처리에서 멀티패스는 고스트 표적을 나타나게 하여 레이더 수신기를 속인다.이러한 고스트는, 통상의 타겟(에코)과 같이 이동 및 동작하기 때문에, 특히 귀찮습니다.따라서 수신측은 올바른 타겟에코를 분리하는 데 어려움을 겪고 있습니다.이러한 문제는 레이더 주변의 지상 지도를 통합하고 지면 아래 또는 특정 높이(고도) 이상에서 발생하는 것으로 보이는 모든 에코를 제거함으로써 최소화할 수 있다.

디지털 무선 통신에서 (GSM과 같은) 멀티패스는 오류를 일으키고 통신 품질에 영향을 미칠 수 있습니다.이 에러는, 심볼간 간섭(ISI)에 의한 것입니다.이퀄라이저는 ISI를 수정하기 위해 자주 사용됩니다.또는 직교 주파수 분할 변조레이크 리시버 등의 기술을 사용할 수 있다.

멀티패스로 인한 GPS 오류

Global Positioning System 리시버에서는 멀티패스 효과에 의해 정지 상태의 리시버의 출력이 랜덤하게 점핑하거나 포복하는 것처럼 표시될 수 있습니다.장치가 이동할 때 점프나 포복 동작은 숨겨질 수 있지만, 표시된 위치와 속도의 정확성을 여전히 저하시킨다.

유선 미디어 내

멀티패스 전파는 전원선 통신전화 로컬루프에서도 비슷합니다어느 경우든 임피던스 미스매치로 인해 신호 반사가 발생합니다.

고속 전력선 통신 시스템은 일반적으로 멀티패스 전파에 의한 심볼간 간섭을 피하기 위해 멀티캐리어 변조(OFDM이나 웨이브릿 OFDM 등)를 사용합니다.ITU-T G.hn 규격에서는 기존의 홈 배선(전원 회선, 전화 회선, 동축 케이블)을 사용하여 고속(최대 1 기가비트/초)의 로컬에리어 네트워크를 작성하는 방법을 제공하고 있습니다.G.hn 는, ISI 를 회피하기 위해서, 순환 프리픽스를 가지는 OFDM 를 사용합니다.멀티패스 전파는 와이어 종류에 따라 동작이 다르기 때문에 G.hn에서는 미디어마다 다른 OFDM 파라미터(OFDM 심볼 기간, 가드 간격 기간)를 사용합니다.

DSL 모뎀은 멀티패스에도 불구하고 직교 주파수 분할 다중화를 사용하여 DSLAM과 통신합니다.이 경우, 반사는 혼합 와이어 게이지에 의해 발생할 수 있지만, 브리지 탭으로부터의 반사는 일반적으로 더 강렬하고 복잡합니다.OFDM 훈련이 불충분한 경우 브리지 탭을 제거할 수 있습니다.

수학적 모델링

다중 경로 임펄스 응답의 수학적 모델입니다.

다중 경로의 수학적 모델은 선형 시스템 연구에 사용되는 임펄스 응답 방법을 사용하여 제시될 수 있습니다.

신호, 즉 시간 0에서 전자기력의 이상적Dirac 펄스를 전송하려고 합니다.

수신기에는 복수의 전자 패스가 존재하기 때문에 복수의 펄스가 수신되어 각각 다른 시간에 도달한다.사실 전자기 신호는 빛의 속도로 이동하기 때문에 모든 경로는 다른 경로와 기하학적 길이가 다를 수 있기 때문에 공기 이동 시간이 다릅니다(자유 공간에서 빛이 1km 스팬을 가로지르는 데 3μs가 걸린다는 점을 고려).따라서 수신된 신호는 다음과 같이 표현됩니다.

N(\ N 수신된 임펄스의 수(전자 경로의 수와 같으며 매우 클 수 있음)이며, n \ _ 인 n h(\}) 임펄스의 시간 이며, n(\displaystyle \ {n {입니다일반적인 수신 펄스의 복잡한 진폭(즉, 크기와 위상)을 제시합니다.그 결과y { y 동등한 멀티패스 모델의 임펄스 응답 h { h 나타냅니다.

보다 일반적으로, 기하학적 반사 조건의 시간 변동의 존재 하에서, 이 임펄스 응답은 시간에 따라 변화하고, 따라서 우리는

대부분의 경우 멀티패스 조건의 중대도를 나타내기 위해 사용되는 파라미터는 1개뿐입니다.이것은 멀티패스 시간(M { 이라고 불리며 처음 수신된 임펄스와 마지막 수신된 임펄스 사이에 존재하는 시간 지연으로 정의됩니다.

멀티패스 채널 전송 함수의 수학적 모델.

실제 조건 및 측정에서는 예를 들어 99%의 총 전송 전력(대기 및 전파 손실에 의해 스케일링됨)의 결정된 양을 수신할 수 있는 첫 번째 임펄스를 마지막 임펄스로 간주하여 멀티패스 시간을 계산한다.

선형, 시간 불변 시스템을 목표로 하여 채널 전송 H () {H (에 의해 멀티패스 현상을 특성화할 수도 있습니다. 이 함수는 임펄스 h() { h의 연속 시간 푸리에 변환으로 정의됩니다.

여기서 디락 펄스의 푸리에 변환은 모든 선형 시스템의 고유 함수인 복잡한 지수 함수라는 것을 기억함으로써 이전 방정식의 마지막 오른쪽 항을 쉽게 얻을 수 있다.

얻어진 채널 전송 특성은 일련의 피크와 계곡(노치라고도 함)의 전형적인 외관을 가지고 있습니다.평균적으로 연속된2개의 계곡(또는 연속된2개의 피크) 사이의 거리(Hz)는 멀티패스 시간에 거의 반비례하고 있음을 알 수 있습니다.이른바 일관성 대역폭은 다음과 같이 정의됩니다.

예를 들어 멀티패스 시간이 3μs(마지막 수신 임펄스에 대해 추가된 온에어 이동 1km에 상당)일 경우 약 330kHz의 일관성 대역폭이 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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