¿Cómo calculamos la ganancia del canal para la red inalámbrica? ¿Cuál es su relación con la pérdida de ruta?

Answer 1

La pérdida de ruta es un número real que mide la pérdida de potencia de la señal a medida que viaja a través del canal. Esta pérdida puede deberse a varias razones, pero dejemos eso por ahora. Lo importante es que la señal también sufre un cambio de fase debido al tiempo que tarda en viajar al receptor; esto es capturado por la ganancia del canal. La ganancia del canal [matemática] h [/ matemática] es un número complejo cuya magnitud [matemática] | h | [/ matemática] es la atenuación de la señal y el ángulo [matemático] \ ángulo h [/ matemático] es el desplazamiento de fase de la señal en un instante de tiempo dado.

Entonces, para su propósito, [matemáticas] | h | ^ 2 [/ matemáticas] es lo mismo que la pérdida de ruta.

Si está interesado en más, debemos entender qué entendemos exactamente por “canal”. El ‘canal inalámbrico ‘ es el espacio entre una antena Tx y una antena Rx, que incluye todos los objetos que interfieren con la radio dentro de esa área. La atenuación de la señal a medida que pasa a través de este canal inalámbrico se llama pérdida de ruta. Sin embargo, el ‘canal’ que representamos con [math] h [/ math] consiste en una antena Tx-Rx, además de los conectores de antena, los amplificadores, etc. Por lo tanto, esta ‘ganancia de canal’ se ocupa de las conexiones imperfectas, daños en el hardware, etc. bien. Para fines teóricos, podemos suponer un hardware perfecto y equiparar [math] | h | ^ 2 [/ math] con pathloss, pero eso no es cierto en la práctica.

Answer 2

La relación [matemática] \ frac {P_r} {P_t} = G_tG_r \ left (\ frac {\ lambda} {4 \ pi d} \ right) ^ 2 [/ math], también conocidos como modelos de ecuación de transmisión Friis [1] El efecto combinado de la pérdida de la trayectoria del espacio libre y las ganancias de antena de transmisión y recepción en la potencia transmitida.

La fórmula de capacidad de Shannon en la pregunta, a saber. [matemática] R = W \ log_2 \ left (1 + \ frac {P_t \ left | h \ right | ^ 2} {N_0W} \ right) [/ math] calcula la velocidad de transmisión de datos alcanzable cuando se utiliza un código de canal suficientemente largo para la transmisión de símbolos en un canal gaussiano complejo de ancho de banda [matemática] W [/ matemática], bajo una restricción de potencia [matemática] P_t [/ matemática], que está modelada por la relación [matemática] Y = hX + Z [/ matemática] , donde [matemática] X [/ matemática] es el símbolo de entrada, [matemática] Y [/ matemática] es el símbolo de salida y [matemática] Z [/ matemática] es el ruido gaussiano blanco aditivo (AWGN). Tenga en cuenta que [matemática] X [/ matemática], [matemática] Y [/ matemática], [matemática] h [/ matemática] y [matemática] Z [/ matemática] son ​​valores complejos. Un modelo valioso complejo como el anterior es relevante porque proporciona una representación compacta para la “banda base” de un canal de comunicación real.

En la fórmula de Shannon, la magnitud de [matemáticas] h [/ matemáticas], [matemáticas] \ izquierda | h \ derecha | [/ matemáticas] se denomina ganancia de canal. Para un canal inalámbrico terrestre típico, [math] h [/ math] incluye los siguientes efectos

• pérdida de ruta: pérdida de potencia en la señal debido a la distancia que recorre, que viene dada por la fórmula de Friis anterior
• sombreado: atenuación / bloqueo de la señal por objetos grandes como edificios,
• desvanecimiento a pequeña escala: debido a la combinación constructiva y / o destructiva de señales que llegan al receptor en momentos similares, pero que toman diferentes caminos desde el transmisor y, por lo tanto, experimentan diferentes atenuaciones y cambios de fase.

El efecto del sombreado se captura multiplicando la amplitud transmitida con un valor real aleatorio, mientras que el efecto del desvanecimiento a pequeña escala se captura multiplicando la amplitud con un número complejo (ya que también implica cambios de fase).

Notas al pie

[1] Ecuación de transmisión de Friis – Wikipedia

Answer 3

El canal de radio inalámbrico impone limitaciones fundamentales al rendimiento de los sistemas de comunicaciones inalámbricas. Los canales de radio son extremadamente aleatorios y no se analizan fácilmente. El modelado del canal de radio generalmente se realiza de manera estadística.

Supongamos que s (t) de potencia Pt se transmite a través de un canal dado

La señal recibida r (t) de potencia Pr se promedia sobre cualquier variación aleatoria debido al sombreado. Definimos la pérdida de ruta lineal del canal como la relación entre la potencia de transmisión y la potencia del receptor.

PL = Pt / Pr

Definimos la pérdida de ruta del canal también en dB

PL en db = 10LogPt / Pr db (número no negativo)

Atenuación La intensidad de una señal disminuye con la distancia.

Propagación de espacio libre

El transmisor y el receptor tienen una línea de visión clara entre ellos. No hay otras fuentes de discapacidad! Los sistemas satelitales y los sistemas de microondas se someten a propagación en el espacio libre. La potencia de espacio libre recibida por una antena que está separada de una antena radiante por una distancia está dada por la ecuación de espacio libre de Friis. así lo explicaste en tu comentario.

La propagación de espacio libre también se puede expresar en relación con un punto de referencia, d0 Pr (d) = KPtsqrt (do / d) donde d> = do.

K es una unidad menos constante que depende de las características de la antena y la pérdida de trayectoria del espacio libre hasta la distancia d0.

el mejor modelo de pérdida de ruta simplificado

Modelos analíticos complejos o mediciones empíricas cuando se deben cumplir especificaciones estrictas del sistema. Las mejores ubicaciones para las estaciones base Diseños de puntos de acceso Sin embargo, utilice un modelo simple para el análisis de compensación general.

Pr = KPt (d / do) el poder de gama. donde gama es el exponente de pérdida de ruta

Diseño de sistema de radio

Márgenes de desvanecimiento: la diferencia entre la potencia recibida normal y la potencia requerida para un rendimiento mínimo aceptable se denomina margen de desvanecimiento. Mayores márgenes de desvanecimiento implican ocurrencias menos frecuentes de niveles mínimos de rendimiento.

Cuando se proporcionan grandes márgenes de desvanecimiento, la potencia de la señal recibida durante condiciones sin desvanecimiento es tan fuerte que los errores de bits son prácticamente inexistentes. Para minimizar los requisitos de rango dinámico en un receptor y reducir la interferencia entre sistemas, a veces se usa el control de potencia del transmisor adaptativo (ATPC). Por lo tanto, cuando el exceso de potencia es innecesario, no se utiliza.

Potencia de ruido

La potencia de ruido en un receptor generalmente está dominada por el ruido térmico generado en el amplificador del receptor frontal. En este caso, la potencia de ruido se puede determinar de la siguiente manera:

PN = FKToB

F = la cifra de ruido del receptor

A = la temperatura del receptor de referencia en grados Kelvin (2900)

La figura de ruido de cualquier dispositivo se define como la relación entre la SNR de entrada y la SNR de salida.

F = SNRin / SNRout K = 1.38 × 10-23 es la constante de Boltzmann B = el ancho de banda del receptor.

Ganancia del sistema (márgenes de desvanecimiento)

La ganancia del sistema se define como la diferencia, en decibelios, de la potencia de salida del transmisor y la potencia de recepción mínima para la tasa de error especificada:

As = 10log Pt / Preq

Combinando la figura de ruido y las ecuaciones de ganancia del sistema:

As = 10log (Pt / SNRFKToB) -D

D es la degradación del rendimiento ideal SNR = Preq / PN

La ganancia del sistema, junto con las ganancias de la antena y las pérdidas de trayectoria, determina el margen de desvanecimiento (suponiendo una pérdida de trayectoria de espacio libre).

Margen de desvanecimiento = As + Gt + Gr + 20logLamda-Af-20log (4pid)

Af = pérdida del sistema (ramificación y acoplamiento), GT y GR = ganancias de antena de transmisión y recepción, lamda = longitud de onda transmitida (lamda = c / fc), d = distancia

Answer 4

¿Cuál es la ganancia del canal? ¿Puedes decir algo en detalle? solo quiero saber sobre esto, y mi experimento de simulación lo necesita, gracias！