Desvanecimiento

Los términos desvanecimiento lento y rápido se refieren a la velocidad a la que cambian la magnitud y la fase de la señal impuestas por el canal. El tiempo de coherencia es una medida del tiempo mínimo necesario para que el cambio de magnitud o de fase del canal deje de estar correlacionado con su valor anterior.

• El desvanecimiento lento surge cuando el tiempo de coherencia del canal es grande en relación con el requisito de retardo de la aplicación. ^{[ 1 ]} En este régimen, el cambio de amplitud y fase impuesto por el canal puede considerarse aproximadamente constante durante el período de uso. El desvanecimiento lento puede ser causado por eventos como el sombreado , donde una gran obstrucción como una colina o un edificio grande oscurece la ruta principal de la señal entre el transmisor y el receptor. El cambio de potencia recibida causado por el sombreado a menudo se modela utilizando una distribución log-normal con una desviación estándar de acuerdo con el modelo de pérdida de ruta de distancia logarítmica .
• El desvanecimiento rápido se produce cuando el tiempo de coherencia del canal es pequeño en relación con el retardo requerido por la aplicación. En este caso, la amplitud y la fase que impone el canal varían considerablemente durante su uso.

En un canal de desvanecimiento rápido, el transmisor puede aprovechar las variaciones en las condiciones del canal mediante diversidad temporal para aumentar la robustez de la comunicación ante un desvanecimiento profundo temporal. Si bien un desvanecimiento profundo puede borrar temporalmente parte de la información transmitida, el uso de un código de corrección de errores junto con bits transmitidos con éxito en otros instantes de tiempo ( entrelazado ) permite recuperar los bits borrados. En un canal de desvanecimiento lento, no es posible utilizar diversidad temporal, ya que el transmisor solo percibe una única realización del canal dentro de su límite de retardo. Por lo tanto, un desvanecimiento profundo dura toda la transmisión y no puede mitigarse mediante codificación.

El tiempo de coherencia del canal está relacionado con una magnitud conocida como dispersión Doppler . Cuando un usuario (o los reflectores en su entorno) se mueve, su velocidad provoca un cambio en la frecuencia de la señal transmitida a lo largo de cada trayectoria. Este fenómeno se conoce como desplazamiento Doppler . Las señales que viajan por diferentes trayectorias pueden tener distintos desplazamientos Doppler, correspondientes a diferentes tasas de cambio de fase. La diferencia en los desplazamientos Doppler entre los distintos componentes de la señal que contribuyen a la atenuación de un canal se conoce como dispersión Doppler. Los canales con una gran dispersión Doppler tienen componentes de señal que cambian de fase de forma independiente a lo largo del tiempo. Dado que la atenuación depende de si los componentes de la señal se suman de forma constructiva o destructiva, dichos canales tienen un tiempo de coherencia muy corto.

En general, el tiempo de coherencia está inversamente relacionado con la dispersión Doppler, que normalmente se expresa como

${\displaystyle T_{c}\approx {\frac {1}{D_{s}}}}$

dónde${\displaystyle T_{c}}$es el tiempo de coherencia,${\displaystyle D_{s}}$es la dispersión Doppler. Esta ecuación es solo una aproximación, ^{[ 2 ]} para ser exactos, ver Tiempo de coherencia .

El desvanecimiento por bloques se produce cuando el proceso de desvanecimiento es aproximadamente constante durante un número determinado de intervalos de símbolos. ^{[ 3 ]} Un canal puede ser de "doblemente desvanecido por bloques" cuando presenta desvanecimiento por bloques tanto en el dominio del tiempo como en el de la frecuencia. ^{[ 4 ]} Muchos canales de comunicaciones inalámbricas son dinámicos por naturaleza y se modelan comúnmente como desvanecimiento por bloques. En estos canales, cada bloque de símbolos pasa por una transformación estadísticamente independiente. Normalmente, los canales de variación lenta basados ​​en el modelo de Jakes del espectro de Rayleigh ^{[ 5 ]} se utilizan para el desvanecimiento por bloques en un sistema OFDM .

El desvanecimiento selectivo o desvanecimiento selectivo en frecuencia es una anomalía en la propagación de radio causada por la cancelación parcial de una señal de radio por sí misma : la señal llega al receptor por dos trayectorias diferentes , y al menos una de ellas cambia (se alarga o se acorta). Esto suele ocurrir al anochecer o al amanecer, cuando las distintas capas de la ionosfera se mueven, se separan y se combinan. Ambas trayectorias pueden ser ondas ionosféricas o una puede ser ondas terrestres .

El desvanecimiento selectivo se manifiesta como una perturbación lenta y cíclica; el efecto de cancelación, o "nulo", es más profundo en una frecuencia particular, que cambia constantemente, recorriendo el audio recibido .

Al variar la frecuencia portadora de una señal, la magnitud del cambio de amplitud también variará. El ancho de banda de coherencia mide la separación de frecuencias a partir de la cual dos señales experimentan un desvanecimiento no correlacionado.

• En el desvanecimiento plano , el ancho de banda de coherencia del canal es mayor que el ancho de banda de la señal. Por lo tanto, todos los componentes de frecuencia de la señal experimentarán la misma magnitud de desvanecimiento.
• En el desvanecimiento selectivo en frecuencia , el ancho de banda de coherencia del canal es menor que el ancho de banda de la señal. Por lo tanto, los diferentes componentes de frecuencia de la señal experimentan un desvanecimiento no correlacionado.

Dado que los distintos componentes de frecuencia de la señal se ven afectados de forma independiente, es muy improbable que todas las partes de la señal se vean afectadas simultáneamente por un desvanecimiento profundo. Ciertos esquemas de modulación, como la multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) y el acceso múltiple por división de código (CDMA), son muy adecuados para emplear diversidad de frecuencia y proporcionar robustez frente al desvanecimiento. OFDM divide la señal de banda ancha en muchas subportadoras de banda estrecha moduladas lentamente , cada una expuesta a un desvanecimiento plano en lugar de un desvanecimiento selectivo en frecuencia. Esto se puede combatir mediante codificación de errores , ecualización simple o carga de bits adaptativa . La interferencia entre símbolos se evita introduciendo un intervalo de guarda entre los símbolos llamado prefijo cíclico . CDMA utiliza el receptor rake para tratar cada eco por separado.

Los canales de desvanecimiento selectivo en frecuencia también son dispersivos , ya que la energía de la señal asociada a cada símbolo se distribuye a lo largo del tiempo. Esto provoca que los símbolos transmitidos que son adyacentes en el tiempo interfieran entre sí. En estos canales se suelen utilizar ecualizadores para compensar los efectos de la interferencia entre símbolos .

Los ecos también pueden estar expuestos al efecto Doppler , lo que da como resultado un modelo de canal variable en el tiempo.

Este efecto puede contrarrestarse aplicando algún esquema de diversidad , por ejemplo OFDM (con entrelazado de subportadoras y corrección de errores hacia adelante ), o utilizando dos receptores con antenas separadas por un cuarto de longitud de onda , o un receptor de diversidad especialmente diseñado con dos antenas. Dicho receptor compara continuamente las señales que llegan a las dos antenas y presenta la mejor señal.

El desvanecimiento ascendente es un caso especial de desvanecimiento, utilizado para describir la interferencia constructiva , en situaciones donde una señal de radio gana intensidad. ^{[ 6 ]} Algunas condiciones de multitrayectoria provocan que la amplitud de una señal aumente de esta manera, ya que las señales que viajan por diferentes trayectorias llegan al receptor en fase y se suman a la señal principal. Por lo tanto, la señal total que llega al receptor será más fuerte que la que habría sido sin las condiciones de multitrayectoria. Este efecto también se observa en sistemas LAN inalámbricos . ^{[ 7 ]}