WYZNACZANIE WYBRANYCH PARAMETRÓW KANAŁU RADIOWEGO W PAŚMIE ISM 2,4 GHZ DOI:10.15199/59.2017.8-9.94
Znajomość właściwości kanału radiowego jest niezwykle
istotna przy konstruowaniu systemów telekomunikacyjnych.
Propagacja sygnału w środowisku miejskim
powoduje, że do odbiornika dociera różnymi drogami
wiele replik nadanego sygnału. Wywołuje to interferencje
międzysymbolowe tym istotniejsze im rozproszenie
opóźnień poszczególnych replik jest większe a ich
poziomy energetyczne są porównywalne. Jak przedstawiono
między innymi w [1, 2, 3, 6] stosunkowo łatwo
można wyznaczyć estymatę odpowiedzi impulsowej
kanału. Do podstawowych parametrów kanału radiowego
należą: czas pamięci kanału Tm, pasmo koherencji
Bcoh, przesuniecie częstotliwości DfD wywołane dynamiczną
zmianą drogi sygnału między odbiornikiem a nadajnikiem,
czas koherencji Tcoh. W artykule przedstawiono
przykłady wyznaczania powyższych parametrów
w oparciu o otrzymane estymaty odpowiedzi impulsowych
kanału.
2. OPIS ZESTAWU POMIAROWEGO
Badania przeprowadzono w oparciu o układ pomiarowy
przedstawiony na rys. 1 a opisany między innymi
w [3, 6]. Część nadawczą stanowił wektorowy generator
sygnałowy. Promiennikiem sygnału była antena tubowa
SAS 571 [9] o paśmie roboczym w zakresie od 0,7 GHz
do 18 GHz, o zysku energetycznym 9 dBi dla częstotliwości
2,4 GHz i szerokości wiązki głównej dla polaryzacji
pionowej 48° oraz 30° dla polaryzacji poziomej.
Emitowany sygnał, o częstotliwości nośnej 2,42 GHz,
był zmodulowany ciągiem pseudoprzypadkowym o
długości 511 bitów. Zastosowano modulację BPSK
o szybkości 20Mb/s.
Komputer PC
Generator
sygn. wcz
Odbiornik
Przemiennik
częstotliwości
B=20MHz
Karta przetwornika
A/C
fp.cz=57,4 fs=250 Msample/s
MHz
Zestaw
nadawczy
Zestaw
odbiorczy
Rys. 1. Schemat blokow[...]
WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI ESTYMATY ODPOWIEDZI IMPULSOWEJ KANAŁU RADIOWEGO W PAŚMIE ISM 2,4 GHZ DOI:10.15199/59.2018.8-9.41
1. WSTĘP
Znajomość odpowiedzi impulsowej kanału propagacyjnego
(ang. Channel Impulse Response CIR) odgrywa
bardzo ważną rolę przy opracowywaniu nowych
systemów radiokomunikacyjnych oraz przy ich udoskonalaniu.
Właściwości transmisyjne kanału są zależne od
zjawisk w nim występujących, między innymi od występowania
propagacji wielodrogowej [3, 4, 5, 6], która
spowodowana jest przede wszystkim odbiciem, ugięciem
i rozproszeniem fal radiowych. Propagacja wielodrogowa
zależy ponadto od ukształtowania terenu, zmienności
tego ukształtowania, zabudowy terenu. Czynniki te powodują,
że charakterystyki kanału nie są stacjonarne.
W rezultacie tych zjawisk każdy sygnał z nadajnika
dociera do odbiornika w postaci wielu składowych o różnych
i zmiennych w czasie tłumieniach oraz opóźnieniach.
Wobec tego odpowiedź impulsową uwzględniającą
tor komunikacyjny opisuje zależność [1]
h( t) a (t)e ( ) [ (t)] n
j t
N
n
n
t = - q n d t -t
= Σ1
; (1)
w funkcji opóźnienia t i czasu t, gdzie: an(t) jest amplitudą
a q
n(t) wartością kątową przebiegu sinusoidalnego
dla ścieżki n z wszystkich N dróg propagacji, d(.) stanowi
deltę Diraca.
W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych
prowadzonych w środowisku rzeczywistym
i zwrócono uwagę na nieuniwersalny charakter wyznaczanych
odpowiedzi impulsowych kanału. Natomiast
podstawowe parametry kanału takie jak rozproszenie
opóźnienia propagacyjnego, pasmo koherencji, rozproszenie
dopplerowskie i czas koherencji zostały wyznaczone
dla tego środowiska w [8] zgodnie z procedurami
opisanymi w [2].
2. OPIS METODY POMIAROWEJ
Podstawą prowadzonych badań było wyznaczanie
estymaty odpowiedzi impulsowej kanału poprzez wyznaczanie
korelacji wzajemnej miedzy sygnałem odebranym
a nadanym. Odbierany sygnał można określić
jako [9]:
( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
F t g t
y t x t g t F t h t
R R
T T CIR
Ä Ä
= Ä Ä Ä
(2)
gdzie: x(t) - emitowany sygnał; gT(t), gR(t) - zysk energetyczny
anteny na[...]
WYZNACZANIE ODPOWIEDZI IMPULSOWEJ KANAŁU HYDROAKUSTYCZNEGO DETERMINATION OF HYDROACOUSTIC CHANNEL IMPULSE RESPONSE DOI:10.15199/59.2016.8-9.48
Streszczenie: W artykule przedstawiono metodę wyznaczania
odpowiedzi impulsowej kanału hydroakustycznego
za pomocą sygnału zmodulowanego ciągiem pseudoprzypadkowym.
Przedstawiono przykładowe odpowiedzi impulsowe
wyznaczone w wodach płytkich, jakie stanowiło jezioro.
Badania przeprowadzono w warunkach statycznych.
Abstract: The paper describes a method of determination
of a radio communication channel response by means of
a signal modulated by a pseudorandom sequence.
The cross-correlation between received and sent signals
was applied to calculate the impulse response. Conducted
experiments were realized in static conditions. Results of
trials in shallow water (a lake) are showed.
Słowa kluczowe: hydroakustyka, komunikacja podwodna,
odpowiedź impulsowa kanału.
Keywords: channel impulse response, hydroacoustic, underwater
communication.
1. WSTĘP
Potrzebą współczesnego rozwoju techniki jest coraz
większe zapotrzebowanie na niezawodne systemy
komunikacji bezprzewodowej. Naturalnym wręcz stało
się oczekiwanie, że w dowolnym miejscu i środowisku
propagacyjnym takie systemy telekomunikacyjne będą
dostępne. Jednym z takich środowisk jest toń wodna,
środowisko niezwykle złożone i niesprzyjające komunikacji
bezprzewodowej o dalekim zasięgu i o dużej przepływności
binarnej. Komunikacja realizowana w tym
środowisku odbywa się przede wszystkim z wykorzystaniem
fali sprężystej o stosunkowo niskich częstotliwościach
nośnych, co oczywiście wynika z silnego tłumienia
sygnałów o większych częstotliwościach [1]. Jednak
w wielu przypadkach wystarczający jest zasięg nie przekraczający
kilkudziesięciu metrów. Wówczas możliwym
byłoby stosowanie sygnałów o relatywnie dużych częstotliwościach
nośnych (kilkaset kiloherców) i możliwe
byłoby stosowanie technik z rozpraszaniem widma przy
zapewnieniu znacznej przepływności binarnej.
Szczególnie kłopotliwym środowiskiem są wody
płytkie z licznymi obiektami podwodnej infrastruktury
technicznej. Wówc[...]
REDUKCJA WIELODROGOWOŚCI W KANALE RADIOWYM POPRZEZ FILTRACJĘ W CEPSTRUM ODBIERANEGO SYGNAŁU – BADANIA SYMULACYJNE DOI:10.15199/59.2019.6.16
1. WSTĘP
Propagacja wielodrogowa jest nieuniknionym zjawiskiem
występującym w systemach radiokomunikacyjnych.
Dla propagacji wielodrogowej sygnał odebrany
jest określony zależnością
=Σ [ - ]
n
n n y(t) b (t) s t t (t) (1)
gdzie: bn(t) - współczynnik tłumienia sygnału n-tej drogi
propagacyjnej, s(t)-transmitowany sygnał, t
n(t) - opóźnienie
propagacyjne n-tej drogi.
2. OPIS METODY BADAWCZEJ
Istotą przeprowadzonych badań była znajomość
postaci odpowiedzi impulsowej kanału radiowego, czyli
znajomość opóźnień pomiędzy kolejnymi replikami
nadanego sygnału docierającymi do odbiornika. Wobec
powyższego można wyznaczyć składowe cepstrum,
które są wynikiem opóźnionych replik odbieranego sygnału.
Zgodnie z analizą przedstawioną w [1, 2] cepstrum
stanowi następujące przekształcenie
C(y(n)) = F-1(ln(F(y(n)))) (2)
gdzie: F - transformata Fouriera, F-1 - odwrotna[...]
PRZYKŁADY ODPOWIEDZI IMPULSOWYCH KANAŁU RADIOKOMUNIKACYJNEGO W MIEJSKIM ŚRODOWISKU PROPAGACYJNYM DOI:10.15199/59.2015.8-9.105
W artykule opisano metodę wyznaczania
odpowiedzi impulsowej kanału radiokomunikacyjnego
za pomocą sygnału zmodulowanego ciągiem pseudoprzypadkowym.
Przedstawiono odpowiedzi kanału wyznaczone
w warunkach statycznych oraz przy obracaniu anteny
nadawczej w płaszczyźnie poziomej. Porównano odpowiedzi
sygnału wyznaczone w warunkach rzeczywistych
z symulacjami.
1. WSTĘP
Przy projektowaniu cyfrowych systemów radiokomunikacyjnych
niezbędna jest znajomość odpowiedzi
impulsowej środowiska propagacyjnego. Znajomość
odpowiedzi impulsowych pozwala na realizację adaptacyjnych
systemów radiokomunikacyjnych. Jak stwierdzono
w [1] wyznaczanie odpowiedzi za pomocą sygnałów
zbliżonych do delty Diraca jest szczególnie trudne
i wymaga stosowania specjalnych metod pomiarowych.
W warunkach rzeczywistych, szczególnie w przypadku
propagacji sygnału w środowisku zurbanizowanym,
górzystym, wewnątrz budynków występuje wielodrogowość.
Do odbiornika dociera sygnał w postaci wielu
replik o różnych i zmiennych w czasie tłumieniach oraz
opóźnieniach.
Ważnym parametrem opisującym kanał jest tzw.
pasmo koherencji kanału c B . Pasmo to definiowane jest
jako zakres częstotliwości, w którym sygnały wejściowe,
odległe na osi częstotliwości o mniej niż c B , posiadają
na wyjściu kanału skorelowane odpowiedzi amplitudowe
i fazowe [3, 5]. Pasmo koherencji można zapisać, jako
m
c
T
B
1
- (1)
gdzie: m T - jest czasem pamięci kanału, czyli miarą
rozrzutu opóźnienia, z jakim przychodzą do odbiornika,
wskutek wielodrogowej propagacji, kolejne kopie sygnału
nadanego. Parametr m T określa się jako czas, po którym
funkcja korelacji maleje, w zależności od definicji,
do 1/ e lub do 1/10 swojej wartości maksymalnej
[2, 5]. Czas ten często też nazywamy czasem korelacji.
Charakteryzuje on w przybliżeniu czas trwania odpowiedzi
impulsowej kanału na pobudzenie impulsem
w.cz. o bardzo małym czasie trwania.
Kolejnym parametrem charakteryzującym [...]
WYZNACZANIE ROZKŁADU OBWIEDNI SYGNAŁU TRANSMITOWANEGO W WARUNKACH STATYCZNYCH DOI:10.15199/59.2016.8-9.49
Streszczenie: W pracy zostały przedstawione wyniki badań
rozkładu obwiedni sygnału emitowanego w środowisku
miejskim w paśmie ISM 2,4 GHz. W analizie zostały
uwzględnione rozkłady Rayleigha, Weibulla oraz Nakagamiego.
Celem przeprowadzonych badań było uzyskanie
informacji o własnościach statystycznych sygnałów przesyłanych
w warunkach statycznych.
Abstract: The paper presents results of investigations of
distribution of the envelope of a signal emitted in the urban
environment in the ISM 2,4 GHz band. Rayleigh, Weibull
and Nakagami distributions were considered in the analysis.
The investigation was aimed at obtaining information
about statistical properties of signal transmitted in static
conditions.
Słowa kluczowe: kanał transmisyjny, pomiary, rozkład
obwiedni.
Keywords: transmission channel, measurements, distribution
of envelope.
1. WSTĘP
Transmisja danych w kanale bezprzewodowym zależy
od warunków propagacyjnych. Projektowanie tych
systemów wymaga między innymi znajomości charakteru
zakłóceń występujących w kanale transmisyjnym. Do
ich opisu często stosuje się metody probabilistyczne.
Najczęściej wykorzystuje się rozkład prawdopodobieństwa
obwiedni, chwilowy oraz średni stosunek mocy
sygnału użytecznego do mocy zakłócenia addytywnego,
prawdopodobieństwo błędu [3, 4, 6]. Rozkład prawdopodobieństwa
obwiedni sygnału opisuje losowy charakter
zakłóceń, które wywierają duży wpływ na jakość
transmisji. Określenie skutków różnych zjawisk fizycznych
występujących w środowisku propagacyjnym nie
jest zagadnieniem łatwym. Rozkłady Weibulla, Rayleigha,
Nakagamiego, Rice’a są przykładami próby opisu
zjawiska zaników sygnału [3, 4, 6]. W artykule zostaną
przedstawione wyniki badań rozkładu obwiedni sygnału
emitowanego w środowisku miejskim w paśmie ISM 2,4
GHz w warunkach statycznych. W analizie zostaną uwzględnione
rozkłady Rayleigha, Weibulla oraz Nakagamiego.
2. OPIS SYGNAŁU ODEBRANEGO
W dalszej analizie przyjmujemy z[...]
Determination of radio communication channel respond with help of pseudorandom sequence DOI:10.15199/13.2015.12.8
Knowledge of a radio communications channel transfer function
is essential in ensuring the correct reception of digital
broadcasts. Classic determination of the channel impulse response
using signals similar to the Dirac delta is extremely difficult.
Therefore, there are noticed frequent cases of abandonment
of determining the impulse response using high voltage
EMD pulses because of the need to conduct separate studies
on the methodology of measurements. For example, in the
work [1] is proposed to find properties of the radio channel
in time and frequency domains by tests with using a vector
network analyzer.
The measurement of the propagation channel impulse response
plays a very important role both in improving and developing
new radio communication systems. Properties of the
transmission channel are dependent phenomena occurring
in it and among them the presence of multipath propagation,
caused primarily a reflection, deflection and dispersion of radio
waves [1-5]. This propagation also depends on the terrain,
the volatility of the formation, land development. Above
factors make the channel characteristics are not stationary. As
a result of these phenomena, any signal from the transmitter
reach the receiver in the form of several components of different
and time-varying attenuation and delay.
The paper presents some results of experiments conducted
in a real propagation environment.
Radio communication channel
A signal transmitted by the radio communication channel can
be represented using formula [2]:
(1)
where: a(t) - an amplitude of the signal, φ(t) - a phase of the
signal, f0 - carrier frequency, a~(t) = a(t) exp[ j (t)] - complex
amplitude.
For the multipath propagation the signal received is determined
by [2]:
(2)
where: βn(t) - attenuation coefficient of the nth propagation
path, τn(t) - propagation delay of the nth path.
An important parameter describing the channel is so called
channel cohe[...]
Filtracja odebranego sygnału przekształconego do postaci cepstralnej jako metoda redukcji efektu wielodrogowości w kanale radiowym DOI:10.15199/48.2019.10.32
Propagacja wielodrogowa jest nieuniknionym zjawiskiem występującym w systemach radiokomunikacyjnych. Zjawisko to jest szczególnie istotne, gdy mamy do czynienia z propagacją w warunkach NLOS (ang. non-line-of-sight), czyli przy braku bezpośredniej widoczności między antenami nadawczą i odbiorczą [4, 11]. Sygnał przesyłany przez kanał radiokomunikacyjny można przedstawić przy pomocy zależności [...]
Poszukiwanie rozbitków z wykorzystaniem metody SDF
Jednym z podstawowych elementów ratownictwa jest lokalizacja
obiektów (rozbitków), która warunkuje podjęcie działań ratowniczych
SAR (Search And Rescue). Praktycznie wszystkie metody lokalizacji
obiektów wykorzystują bezprzewodowe tory transmisyjne oparte na
propagacji fal radiowych. W praktyce do określania położenia źródeł
sygnałów radiowych wykorzystuje się sześć metod: COO (Cell Of
Origin), AOA (Angle Of Arrival), RSS (Received Signal Strength), TOA
(Time Of Arrival), TDOA (Time Difference Of Arrival), A-GPS (Assisted
GPS, Assisted Global Positioning System) [1-3]. Zasadnicza ich część
znajduje zastosowanie głównie w sieciach komórkowych dzięki rozbudowanemu
systemowi stacji bazowych o ściśle zdeterminowanych
położeniach oraz wykorzystaniu określonej struktury czasowo-częstotliwościowej
transmitowanych sygnałów.
Ze względu na swoją specyfikę, metody te - oprócz AOA i A-GPS
- nie mogą być wykorzystane do celów ratownictwa. Ponadto każda
z powyższych metod lokalizacji źródeł sygnałów ma zasadnicze wady.
Wykorzystanie pierwszych pięciu metod jest możliwe tylko w przypadku,
gdy lokalizowane źródło sygnału stanowi jeden z elementów
funkcjonujących w danym systemie radiokomunikacyjnym. W tym
przypadku jest możliwe wykorzystanie określonej struktury transmitowanych
sygnałów oraz przesyłanie danych niezbędnych do wyznaczenia
położenia wybranego elementu systemu radiowego, będącego
ruchomym źródłem sygnału. Ostatnia z wyżej wymienionych metod,
związana z metodami radionamierzania (DF - Direction Finding) [4,5],
może być wykorzystana do wyznaczania położenia źródeł sygnałów
funkcjonujących w warunkach pełnej niezależności od systemu realizującego
procedury namiaru. Wyznaczanie kierunku na źródło promieniowania
elektromagnetycznego w tym przypadku wymaga jednakże
stosowania rozbudowanych systemów antenowych w odbiorczych
urządzeniach namierzających [4,5]. Wada ta w znacznym stopniu
utrudnia zastosowanie metody AOA (DF) w ratownictwie[...]
Badania symulacyjne właściwości elektromagnetycznych planarnej struktury metamateriałowej SRR-podłoże dielektryczne w zakresie mikrofalowym DOI:10.15199/48.2019.10.38
W ostatnim czasie wzrosło zainteresowanie nowymi materiałami pod kątem ich przydatności do zastosowania jako elementy absorbujące lub odbijające niepożądane mikrofalowe promieniowanie elektromagnetyczne. Przyczyną tego jest konieczność ochrony cywilnych oraz wojskowych infrastruktur i systemów elektronicznych, które mogą stać się obiektami ataków terrorystycznych i woj.- skowych z użyciem silnych sygnałów mikrofalowych. Poszukiwania nowych materiałów absorpcyjno-odbiciowych kierunkowane są szczególnie na tzw. metamateriały mikrofalowe, których niestandardowe właściwości elektromagnetyczne są mało znane i rozpowszechnione praktycznie. Pod względem geometrii metamateriały dzielimy na objętościowe i planarne [1]. Sposób oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego ze strukturą metamateriałową silnie zależy od jej kształtu i wymiarów charakterystycznych oraz elementów składowych i ich parametrów materiałowych. Wymiary struktury metamateriałowej są znacznie mniejsze od długości fali promieniowania elektromagnetycznego. Generalnie oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego ze strukturą metamateriałową zależy od jego częstotliwości. Oddziaływanie to może mieć charakter rezonansowy lub nierezonansowy (szerokopasmowy) a najczęściej mieszany [2]. W niniejszej pracy przedstawiamy wyniki numerycznych badań symulacyjnych parametrów elektromagnetycznych wybranej struktury metamateriałowej pod kątem jej właściwości absorpcyjnych i odbijających promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie mikrofalowym od 1 GHz do 20 GHz. Do symulacji wybrano zmodyfikowaną wersję jednej ze znanych planarnych mikrofalowych struktur metamateriałowych, występującą w literaturze pod nazwą struktury rozszczepionego rezonatora pierścieniowego SRR (Split-Ring Resonator) [3]. W badaniach symulacyjnych użyty został program CST Studio w wersji Student. Wybrana struktura metamateriałowa W niniejszej pracy zasymulowano oddziaływanie promieniowania mikr[...]