En radiocomunicaciones , multitrayecto es el fenómeno de propagación que da como resultado que las señales de radio lleguen a la antena receptora por dos o más caminos. Las causas de trayectorias múltiples incluyen conductos atmosféricos , reflexión y refracción ionosférica y reflexión de cuerpos de agua y objetos terrestres como montañas y edificios. Cuando se recibe la misma señal a través de más de una ruta, se puede crear interferencia y cambio de fase de la señal. La interferencia destructiva provoca el desvanecimiento ; Esto puede causar que la señal de radio se debilite demasiado en ciertas áreas para recibirse adecuadamente. Por este motivo, este efecto también se conoce como interferencia multitrayecto o distorsión multitrayecto .
Cuando las magnitudes de las señales que llegan por los distintos caminos tienen una distribución conocida como distribución de Rayleigh , esto se conoce como desvanecimiento de Rayleigh . Cuando domina un componente (a menudo, pero no necesariamente, un componente de línea de visión ), una distribución de Rician proporciona un modelo más preciso, y esto se conoce como desvanecimiento de Rician . Cuando dominan dos componentes, el comportamiento se modela mejor con la distribución de dos ondas con potencia difusa (TWDP) . Todas estas descripciones se utilizan y aceptan comúnmente y conducen a resultados. Sin embargo, son genéricos y abstractos/ocultan/aproximan la física subyacente.
La interferencia de trayectorias múltiples es un fenómeno en la física de ondas mediante el cual una onda de una fuente viaja hasta un detector a través de dos o más trayectorias y los dos (o más) componentes de la onda interfieren de manera constructiva o destructiva. La interferencia multitrayectoria es una causa común de " efecto fantasma " en las transmisiones de televisión analógica y de desvanecimiento de las ondas de radio .
La condición necesaria es que los componentes de la onda permanezcan coherentes durante todo su recorrido.
La interferencia surgirá debido a que los dos (o más) componentes de la onda han viajado, en general, una longitud diferente (medida por la longitud del camino óptico – longitud geométrica y refracción (velocidad óptica diferente)) y, por lo tanto, llegan al detector. desfasados entre sí.
La señal debida a caminos indirectos interfiere con la señal requerida tanto en amplitud como en fase, lo que se denomina desvanecimiento por trayectos múltiples.
En las transmisiones analógicas de facsímil y televisión , los trayectos múltiples provocan fluctuaciones y imágenes fantasma, que se ven como una imagen duplicada descolorida a la derecha de la imagen principal. Los fantasmas ocurren cuando las transmisiones rebotan en una montaña u otro objeto grande, y al mismo tiempo llegan a la antena por una ruta más corta y directa, con el receptor captando dos señales separadas por un retraso.
En el procesamiento de radar , la trayectoria múltiple hace que aparezcan objetivos fantasma, engañando al receptor del radar . Estos fantasmas son particularmente molestos ya que se mueven y se comportan como los objetivos normales (de los que hacen eco), por lo que el receptor tiene dificultades para aislar el eco del objetivo correcto. Estos problemas se pueden minimizar incorporando un mapa terrestre de los alrededores del radar y eliminando todos los ecos que parecen originarse debajo del suelo o por encima de cierta altura (altitud).
En las comunicaciones por radio digitales (como GSM ), las rutas múltiples pueden causar errores y afectar la calidad de las comunicaciones. Los errores se deben a la interferencia entre símbolos (ISI). Los ecualizadores se utilizan a menudo para corregir el ISI. Alternativamente, se pueden utilizar técnicas tales como modulación por división de frecuencia ortogonal y receptores rastrillo .
En un receptor del Sistema de Posicionamiento Global , los efectos de trayectorias múltiples pueden hacer que la salida de un receptor estacionario indique como si estuviera saltando o arrastrándose aleatoriamente. Cuando la unidad se está moviendo, el salto o el avance pueden estar ocultos, pero aun así degrada la precisión de la ubicación y la velocidad mostradas.
La propagación por trayectos múltiples es similar en las comunicaciones por líneas eléctricas y en los bucles locales telefónicos . En cualquier caso, la falta de coincidencia de impedancia provoca la reflexión de la señal .
Los sistemas de comunicación por líneas eléctricas de alta velocidad suelen emplear modulaciones multiportadoras (como OFDM u OFDM wavelet ) para evitar la interferencia entre símbolos que causaría la propagación por trayectos múltiples. El estándar ITU-T G.hn proporciona una manera de crear una red de área local de alta velocidad (hasta 1 gigabit por segundo) utilizando el cableado doméstico existente ( líneas eléctricas , líneas telefónicas y cables coaxiales ). G.hn usa OFDM con un prefijo cíclico para evitar ISI. Debido a que la propagación por trayectos múltiples se comporta de manera diferente en cada tipo de cable, G.hn utiliza diferentes parámetros OFDM (duración del símbolo OFDM, duración del intervalo de protección) para cada medio.
Los módems DSL también utilizan multiplexación por división de frecuencia ortogonal para comunicarse con su DSLAM a pesar de las rutas múltiples. En este caso los reflejos pueden ser causados por calibres de cables mixtos , pero los de las derivaciones de puente suelen ser más intensos y complejos. Cuando la formación en OFDM no sea satisfactoria, se podrán eliminar las derivaciones del puente.
El modelo matemático del multitrayecto se puede presentar utilizando el método de respuesta al impulso utilizado para estudiar sistemas lineales .
Supongamos que desea transmitir un único pulso de Dirac ideal de potencia electromagnética en el tiempo 0, es decir
En el receptor, debido a la presencia de múltiples caminos electromagnéticos, se recibirá más de un pulso, y cada uno de ellos llegará en momentos diferentes. De hecho, como las señales electromagnéticas viajan a la velocidad de la luz , y como cada camino tiene una longitud geométrica posiblemente diferente de la de los demás, existen diferentes tiempos de viaje en el aire (considérese que, en el espacio libre , la luz tarda 3 μs para cruzar un tramo de 1 km). Así, la señal recibida se expresará por
donde es el número de impulsos recibidos (equivalente al número de trayectorias electromagnéticas, y posiblemente muy grande), es el retardo de tiempo del impulso genérico y representa la amplitud compleja (es decir, magnitud y fase) del pulso genérico recibido. Como consecuencia, también representa la función de respuesta al impulso del modelo multitrayecto equivalente.
Más en general, en presencia de variación en el tiempo de las condiciones de reflexión geométrica, esta respuesta al impulso varía en el tiempo y, como tal, tenemos
Muy a menudo, se utiliza un solo parámetro para indicar la gravedad de las condiciones de trayectorias múltiples: se llama tiempo de trayectorias múltiples y se define como el retardo de tiempo existente entre el primer y el último impulso recibido.
En condiciones prácticas y de medición, el tiempo de trayectoria múltiple se calcula considerando como último impulso el primero que permite recibir una cantidad determinada de la potencia total transmitida (escalada por las pérdidas atmosféricas y de propagación), por ejemplo, 99%.
Manteniendo nuestro objetivo en sistemas lineales invariantes en el tiempo, también podemos caracterizar el fenómeno de trayectos múltiples mediante la función de transferencia de canal , que se define como la transformada de Fourier en tiempo continuo de la respuesta al impulso.
donde el último término de la derecha de la ecuación anterior se obtiene fácilmente recordando que la transformada de Fourier de un pulso de Dirac es una función exponencial compleja, una función propia de todo sistema lineal.
La característica de transferencia de canal obtenida tiene una apariencia típica de una secuencia de picos y valles (también llamados muescas ); Se puede demostrar que, en promedio, la distancia (en Hz) entre dos valles consecutivos (o dos picos consecutivos) es aproximadamente inversamente proporcional al tiempo de trayectos múltiples. El llamado ancho de banda de coherencia se define así como
Por ejemplo, con un tiempo de trayectoria múltiple de 3 μs (correspondiente a 1 km adicional de viaje en el aire para el último impulso recibido), hay un ancho de banda de coherencia de aproximadamente 330 kHz.
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