En las comunicaciones inalámbricas , el desvanecimiento se refiere a la variación de la atenuación de la señal en función de variables como el tiempo, la posición geográfica y la frecuencia de radio. El desvanecimiento a menudo se modela como un proceso aleatorio . En los sistemas inalámbricos, el desvanecimiento puede deberse a la propagación por trayectos múltiples , denominado desvanecimiento inducido por trayectos múltiples, al clima (particularmente lluvia) o a la sombra de obstáculos que afectan la propagación de las ondas , a veces denominado desvanecimiento por sombra .
Un canal que se desvanece es un canal de comunicación que experimenta desvanecimiento.
La presencia de reflectores en el entorno que rodea a un transmisor y un receptor crea múltiples caminos que puede atravesar una señal transmitida. Como resultado, el receptor ve la superposición de múltiples copias de la señal transmitida, cada una de las cuales atraviesa un camino diferente. Cada copia de la señal experimentará diferencias en atenuación , retraso y cambio de fase mientras viaja desde la fuente al receptor. Esto puede resultar en interferencias constructivas o destructivas , que amplifican o atenúan la potencia de la señal vista en el receptor. Las interferencias destructivas fuertes se denominan frecuentemente desvanecimiento profundo y pueden provocar una falla temporal de la comunicación debido a una caída severa en la relación señal-ruido del canal .
Un ejemplo común de desvanecimiento profundo es la experiencia de detenerse en un semáforo y escuchar una transmisión de FM degenerar en estática, mientras que la señal se vuelve a adquirir si el vehículo se mueve solo una fracción de metro. La pérdida de la transmisión se debe a que el vehículo se detuvo en un punto donde la señal experimentó una interferencia destructiva severa. Los teléfonos móviles también pueden presentar desvanecimientos momentáneos similares.
Los modelos de canales de desvanecimiento se utilizan a menudo para modelar los efectos de la transmisión electromagnética de información por el aire en redes celulares y comunicaciones por radiodifusión. Los modelos de canales de desvanecimiento también se utilizan en comunicaciones acústicas submarinas para modelar la distorsión causada por el agua.
Los términos desvanecimiento lento y rápido se refieren a la velocidad a la que cambia la magnitud y el cambio de fase impuestos por el canal a la señal. El tiempo de coherencia es una medida del tiempo mínimo requerido para que el cambio de magnitud o cambio de fase del canal deje de estar correlacionado con su valor anterior.
En un canal de desvanecimiento rápido, el transmisor puede aprovechar las variaciones en las condiciones del canal utilizando diversidad de tiempo para ayudar a aumentar la robustez de la comunicación ante un desvanecimiento profundo temporal. Aunque un desvanecimiento profundo puede borrar temporalmente parte de la información transmitida, el uso de un código de corrección de errores junto con bits transmitidos exitosamente durante otros momentos ( intercalado ) puede permitir que se recuperen los bits borrados. En un canal de desvanecimiento lento, no es posible utilizar diversidad de tiempo porque el transmisor ve sólo una realización del canal dentro de su restricción 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 cantidad conocida como extensión Doppler del canal. Cuando un usuario (o reflectores en su entorno) se mueve, la velocidad del usuario provoca un cambio en la frecuencia de la señal transmitida a lo largo de cada ruta de señal. Este fenómeno se conoce como desplazamiento Doppler . Las señales que viajan por diferentes caminos pueden tener diferentes desplazamientos Doppler, correspondientes a diferentes tasas de cambio de fase. La diferencia en los cambios Doppler entre los diferentes componentes de la señal que contribuyen a una derivación del canal que se desvanece se conoce como extensión Doppler. Los canales con una gran extensión Doppler tienen componentes de señal que cambian de fase de forma independiente a lo largo del tiempo. Dado que el desvanecimiento 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, normalmente expresada como
donde está el tiempo de coherencia, es la extensión Doppler. Esta ecuación es solo una aproximación, [2] para ser exactos, ver Tiempo de coherencia .
El desvanecimiento de bloques es cuando el proceso de desvanecimiento es aproximadamente constante durante varios intervalos de símbolos. [3] Un canal puede tener 'doble desvanecimiento en bloque' cuando tiene desvanecimiento en bloque tanto en el dominio del tiempo como en el de la frecuencia. [4] Muchos canales de comunicaciones inalámbricas son dinámicos por naturaleza y comúnmente se modelan como desvanecimiento en bloques. En estos canales cada bloque de símbolo 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 en bloque en un sistema OFDM .
El desvanecimiento selectivo o desvanecimiento selectivo de frecuencia es una anomalía de la propagación de radio causada por la cancelación parcial de una señal de radio por sí misma: la señal llega al receptor por dos caminos diferentes y al menos uno de los caminos cambia (se alarga o se acorta). Esto suele ocurrir temprano en la tarde o temprano en la mañana, cuando las distintas capas de la ionosfera se mueven, separan y combinan. Las dos trayectorias pueden ser ondas celestes o una onda terrestre .
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, barriendo el audio recibido .
A medida que varía la frecuencia portadora de una señal, la magnitud del cambio en amplitud variará. El ancho de banda de coherencia mide la separación de frecuencia después de la cual dos señales experimentarán un desvanecimiento no correlacionado.
Dado que los diferentes componentes de frecuencia de la señal se ven afectados de forma independiente, es muy poco probable 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 adecuados para emplear diversidad de frecuencia para proporcionar robustez 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 de 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 rastrillo para tratar cada eco por separado.
Los canales de desvanecimiento selectivo en frecuencia también son dispersivos , en el sentido de que la energía de la señal asociada con cada símbolo se distribuye en el tiempo. Esto hace que los símbolos transmitidos que son adyacentes en el tiempo interfieran entre sí. A menudo se utilizan ecualizadores en dichos canales para compensar los efectos de la interferencia entre símbolos .
Los ecos también pueden estar expuestos al desplazamiento Doppler , lo que da como resultado un modelo de canal que varía en el tiempo.
El efecto se puede contrarrestar aplicando algún esquema de diversidad , por ejemplo OFDM (con entrelazado de subportadora y corrección de errores directos ), o usando dos receptores con antenas separadas espaciadas un cuarto de longitud de onda , o un receptor de diversidad especialmente diseñado con dos antenas. Un receptor de este tipo compara continuamente las señales que llegan a las dos antenas y presenta la mejor señal.
Upfade es un caso especial de desvanecimiento, que se utiliza para describir la interferencia constructiva , en situaciones en las que una señal de radio gana intensidad. [6] Algunas condiciones de trayectorias múltiples hacen que la amplitud de una señal aumente de esta manera porque las señales que viajan por diferentes trayectorias llegan al receptor en fase y se vuelven aditivas a la señal principal. Por lo tanto, la señal total que llega al receptor será más fuerte de lo que habría sido la señal sin las condiciones de trayectos múltiples. El efecto también se nota en los sistemas LAN inalámbricos . [7]
Ejemplos de modelos de desvanecimiento para la distribución de la atenuación son:
El desvanecimiento puede provocar un rendimiento deficiente en un sistema de comunicación porque puede provocar una pérdida de potencia de la señal sin reducir la potencia del ruido. Esta pérdida de señal puede ocurrir en parte o en todo el ancho de banda de la señal. El desvanecimiento también puede ser un problema, ya que cambia con el tiempo: los sistemas de comunicación a menudo están diseñados para adaptarse a tales deficiencias, pero el desvanecimiento puede cambiar más rápido de lo que se pueden realizar las adaptaciones. En tales casos, la probabilidad de experimentar un desvanecimiento (y errores de bits asociados a medida que cae la relación señal-ruido ) en el canal se convierte en el factor limitante en el rendimiento del enlace.
Los efectos del desvanecimiento se pueden combatir utilizando la diversidad para transmitir la señal a través de múltiples canales que experimentan un desvanecimiento independiente y combinándolos de manera coherente en el receptor. La probabilidad de experimentar un desvanecimiento en este canal compuesto es entonces proporcional a la probabilidad de que todos los canales componentes experimenten simultáneamente un desvanecimiento, un evento mucho más improbable.
La diversidad se puede lograr en el tiempo, la frecuencia o el espacio. Las técnicas comunes utilizadas para superar el desvanecimiento de la señal incluyen:
Además de la diversidad, también se pueden utilizar técnicas como la aplicación de prefijos cíclicos (por ejemplo, en OFDM ) y la estimación y ecualización de canales para abordar el desvanecimiento.
