Problémy šíření rádiového signálu

V pozemní mobilní komunikaci se velice často mezi mobilní a základnovou stanicí nacházejí nejrůznější překážky, jako terénní nerovnosti, domy a další různé objekty, takže není možno docílit přímé viditelnosti LOS (Line Of Sight) mezi těmito dvěma stanicemi. Tento případ je velice častý v městských aglomeracích, některé z uvedených překážek se však mohou vyskytovat i ve venkovských oblastech. Nastane-li tedy taková situace, nepřijímá přijímač pouze vlny vysílané základnovou stanicí, ale i vlny, které přicházejí vlivem ohybu, odrazu a rozptylu na zmíněných překážkách. Dochází zde tedy k mnohacestnému šíření rádiových vln (multipath propagation).

Jestliže se mezi základnovou a mobilní stanicí nacházejí relativně velké stínící překážky (vůči vlnové délce λ), závisí intenzita přijímaného signálu na ohybu a na rozptylu rádiových vln způsobených těmito překážkami. Příslušný průběh přijímaného signálu potom vykazuje mírné zvlnění, přijímaný signál je tedy postižen únikem. Tento únik je však nevýrazný, neboť kolísání signálu od střední úrovně zpravidla nepřesáhne 3 až 5 dB. Vzdálenost mezi maximy a minimy v popisované závislosti je většinou několik stovek až tisíc délek vlny λ a proto se tento efekt označuje jako kolísání signálu ve velkém měřítku nebo pomalý únik.

V prostředí s mnohacestným šířením rádiových vln přijímá anténa mobilní stanice mnoho složek vysílaného signálu, vzniklých odrazy od různých okolních objektů, které procházejí různě dlouhými drahami šíření a proto na tuto anténu přicházejí s různým zpožděním; dochází tedy k rozptylu dob zpoždění (delay spread). Všechny složky se v anténě vektorově sčítají, což má v případě pohybujícího se přijímače za následek výrazné kolísání intenzity přijímaného signálu. Takto vzniklý únik signálu bývá velmi hluboký, běžně 20-30 dB. Mezi maximy a minimy je zde vzdálenost odpovídající polovině vlnové délky λ, proto se tento efekt označuje jako kolísání signálu v malém měřítku nebo rychlý únik. Rozložení okamžitých amplitud signálu zde sleduje Rayleighovu statistiku, a proto je tento typ úniku nazýván také jako Rayleighův únik.

Další jev komplikující situaci při rychlém pohybu mobilní stanice je Dopplerův jev (posun). Tento jev způsobuje při vzájemném pohybu vysílače a přijímače kmitočtový posun přijímaného kmitočtu oproti původně vysílanému. Dopplerův jev způsobuje parazitní kmitočtovou modulaci, která způsobuje problémy při demodulaci signálu.

Popisované efekty se objevují nejen při šíření rádiových vln pozemskými rádiovými kanály, ale i v případě komunikace pozemských stanic a stanicích umístěných na kosmických družicích. Ze jsou tyto jevy výrazné především u nestacionárních družic blízko nad obzorem, kdy pozemská stanice přijímá jednak vlnu přímou a jednak vlny odražené od různých překážek.

Tomáš Richtr
tomas@quick.cz

ČVUT v Praze
K332