03-10-2023
Многолучево́е распростране́ние — это эффект, наблюдаемый при распространении сигналов. Возникает при условии существования в точке приема радиосигнала не только прямого, но и ещё одного или целого ряда отражённых лучей. Другими словами, на антенну приёмника приходят не только прямые лучи (непосредственно от самого источника), но и отражённые (от земной поверхности, зданий, строений и прочих объектов).
Многолучевое распространение присутствует в большинстве радиолиний и может вносить погрешности, искажающие определение параметров радиосигнала. Возникновение отраженных, задержанных по времени прихода, сигналов приводит к искажению формы корреляционного пика сигнала и, как следствие, к смещению в оценке истинной задержки. Явление многолучевого распространения может вызвать флуктуации амплитуды, фазы и угла прибытия, что приводит к эффекту замирания.
Таким образом можно выделить два основных последствия многолучевого эффекта распространения сигналов: замирание огибающей, межсимвольная интерференция.
Межсимвольная интерференция (МСИ) является эффектом наложения в приемнике символов друг на друга. Особенностью многих линий радиосвязи (например, тропосферных, спутниковых, мобильных и т. п.) является многолучевой характер распространения радиосигнала. Сигнал в точке приема представляет собой сумму большого числа элементарных сигналов с разными амплитудами и случайным временем запаздывания. Отдельные лучи могут запаздывать друг относительно друга на значительную величину (большая разность хода различных лучей в радиоканале), что и вызывает эффект МСИ.
МСИ — искажение сигнала за счет откликов на другие (более ранние) символы, которые могут проявляться как помехи. Так же этот эффект может наблюдаться из-за ограниченной полосы пропускания радиотракта. В зависимости от степени искажения формы импульса различают большие и малые межсимвольные помехи. Степень искажения формы импульса при наложении сигналов зависит от разности времени распространения радиоволн по различным путям. Обычно разность времени распространения по максимальному и минимальному путям называют временем многолучевости.
Как правило, многолучевое распространение сигналов ухудшают характеристики системы связи. Однако, при принятии специальных мер и способов приема сигналов, характеристики системы могут быть улучшены по отношению к характеристикам при однолучевом распространении. В частности, такая ситуация реализуется в системах с rake-приемниками.
При многолучевом распространении сигналы, приходящие различными путями, слабо коррелированы. Влияние замираний можно снизить, если скомбинировать такие сигналы. Но для этого необходимо разделить сигналы, приходящие по различным лучам.
Рассмотрим широкополосный сигнал с полосой W1, превышающей полосу когерентности канала W2. При соответствующем выборе модуляции сигнала можно добиться разрешения принимаемых многолучевых компонент, имеющих следующую разность прихода 1/W1. Tmax- максимальное время рассеяния. Таким образом, при максимальном времени рассеяния Tmax может существовать N=W1*Tmax компонент сигнала. Tmax≈1/ W2… Поэтому на приёмной стороне может быть получено W1/W2 разделимых сигнальных компонент.
Чтобы сдвинутые во времени многолучевые компоненты наблюдались раздельно на выходе линейного фильтра приёмника необходимо, чтобы отклик фильтра на каждую компоненту сигнала был кратковременным по сравнению с их взаимным временным сдвигом. В качестве приёмного фильтра лучше всего принимать согласованный, так как отклик этого фильтра на сигнал есть АКФ (автокорреляционная функция) сигнала. Для разделения многолучевых компонент больше пригодны сигналы с острой АКФ. Поэтому для многолучевого разнесения используются широкополосные сигналы: сигнал имеет большую длительность но фильтр укорачивает его. Сигнал, искаженный многолучевым каналом (а), подается на согласованный фильтр, и, если сигнал синтезирован правильно, на выходе фильтра наблюдаются компоненты в виде острых неперекрывающихся пиков. Эти пики напоминают своим внешним видом садовые грабли («rake» в переводе с английского). Поэтому устройство, осуществляющее многолучевое разделение, назвали rake-приёмником (или приёмник разнесённых сигналов).
Rake-приёмник был разработан Прайсом и Грином в 1958 г.. Внедрение такой технологии в промышленных масштабах стало приниматься сравнительно недавно, при этом вместо дорогих согласованных фильтров используются эквивалентные простые параллельные корреляторы с числом каналов, равным количеству разделяемых лучей.
Принимаемое колебание r(t) поступает на M параллельных корреляторов, на входы которых подаются сигналы-опоры s(t-τi), i=1..M, представляющие собой копии сигнала со временными сдвижками. На выходе каждого коррелятора формируется отсчет отклика на соответствующую компоненту входного сигнала. Далее полученные отсчеты поступают на устройство комбинирования. Требование к широкополосности сигнала является необходимым, но не достаточным. Среди множества широкополосных сигналов, подходящими для rake-приёмника являются лишь обладающие «острой» АКФ.
Многолучевой эффект.