Cómo analizar las comunicaciones inalámbricas en el punto de vista de las ondas EM.

Answer 1

Estrictamente y en la práctica, separa la parte EM de los detalles de la modulación o los datos que se envían. Desde un punto de vista de EM, todo eso es solo un ancho de banda alrededor de un operador. Desde el punto de vista de los datos de telecomunicaciones, la parte EM es solo un conjunto de parámetros de pérdida y los detalles no importan.

Esta es la esencia de la ingeniería BTW: modelos compartimentados múltiples que tienen interfaces simples (idealmente). Como ingeniero puede / puede aprender ambos, pero generalmente aplica uno o el otro o se enfoca solo en la interfaz. Eso es lo que diferencia principalmente a las subespecialidades y trabajos.

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Desde el punto de vista de EM, hay cosas relacionadas con la radio y la propagación de ondas de radio que son interesantes. Si te gusta la radio amateur, has visto mucho de esto. Básicamente las señales se propagan de diferentes maneras dependiendo de su longitud de onda. Las longitudes de onda más cortas que normalmente se usan en la radio digital son principalmente “línea de visión” con factores de atenuación dependientes de la distancia específicos. Las longitudes de onda más largas pueden propagarse más lejos, pero están limitadas en cuanto al ancho de banda que pueden transportar como señal modulada. La mayoría de las radios digitales en realidad usan el rango limitado como una ventaja al usar la estructura geográfica celular para permitir la reutilización de frecuencias que aumentan radicalmente la capacidad de carga. Esto es principalmente electrónica analógica con las ecuaciones de Maxwell que describen los detalles.

Desde un nivel de telecomunicaciones más alto, el EM es solo un par de parámetros, como la atenuación del canal, la distorsión y el retardo, a menudo como datos digitales estadísticos o cantidades probabilísticas como la tasa de errores de bits, la velocidad de símbolos, el ancho de banda espectral, etc. Literalmente, estos se modelan como un caja negra, algebraicamente si es posible, pero a veces con un poco más de matemáticas. En cambio, el foco está en los modelos matemáticos de un modelo de canal de comunicación abstracto y en cómo varios métodos de modulación pueden maximizar las tasas de transferencia de datos dados los parámetros del modelo de canal. Existen numerosos modos de modulación digital que se utilizan ampliamente, como la modulación de amplitud en cuadratura, la multiplexación ortogonal por división de frecuencia y el espectro ensanchado. Cada uno tiene diferentes compromisos en términos de velocidad de datos, uso de ancho de banda, inmunidad a interferencias, etc.

A menudo, la elección de la modulación y la propagación de la radio van juntas para permitir la reutilización de la frecuencia y la capacidad descritas anteriormente.

Answer 2

Estás describiendo un canal multipath. Está en lo cierto al afirmar que las señales del siguiente símbolo de información se superponen con las demoras de los símbolos anteriores e incluso pueden dominar el tiempo del símbolo actual, lo que significa que no se recibe ninguna señal más fuerte que todas las señales de cola de sus símbolos adyacentes. En algunas situaciones, esta condición es tan mala que no es posible la comunicación; sin embargo, en muchos casos es posible una gran recepción, especialmente si el comportamiento de las rutas múltiples no cambia, es decir, una medición puede predecir la amplitud de la reflexión y el retraso de todas las señales.

El proceso de corrección para multipath se llama ecualización adaptativa. Si buscas en este tema encontrarás mucha literatura y libros. Solo para brindarle una descripción muy simplificada de cómo funciona la ecualización, digamos que uno transmite señales en una secuencia infinita y hay una profundidad de cuatro símbolos de ecos y cada uno se retrasa exactamente un tiempo de símbolo. Esto es bastante irreal, pero muestra el principio.

Las amplitudes de la señal transmitida son:

[math] S_0 (t), \ \ \ S_1 (t + 1) [/ math] [math], \ \ \ S_2 (t + 2), \ \ \… S_4 (t + 4)… [/ math]

El receptor externo recibe cada señal como una suma de la actual y las antiguas. El quinto símbolo recibido [math] R_4 [/ math] no es solo [math] S_4 (t + 4) [/ math] sino que también incluye los cuatro símbolos anteriores:

[math] R_4 (t + 4) = S_4 (t + 4) + a _ {- 1} S_3 (t + 4) + a _ {- 2} S_2 (t + 4) + a _ {- 3} S_1 (t + 4) + a _ {- 4} S_0 (t + 4) [/ math]

Donde [math] a _ {- 1} [/ math]… [math] a _ {- 4} [/ math] son ​​los coeficientes del eco por trayectos múltiples y suponemos que el receptor los ha medido a partir de señales anteriores y son conocidos. Además, el ecualizador ya ha tomado decisiones correctas sobre los cuatro símbolos anteriores, por lo que el receptor puede generarlos para todos los índices -1 a -4 como señales recuperadas [math] X_i [/ ​​math]:

[math] X _ {- 1} = S_3 (t + 4), \ \ \ X _ {- 2} = S_3 (t + 4) \ \ \… X _ {- 4} = S_0 (t + 4) [/ math ]

Luego, el receptor simplemente resta las señales X de las señales S y, si no hubo ningún error, se recupera la señal correcta. Veamos claramente cómo la señal errónea R_4 (t + 4) se convierte en una señal ecualizada X_0 en el tiempo t + 4:

[math] X_0 (t + 4) = R_4 (t + 4) -a _ {- 1} X {-1} -a _ {- 2} X {-2} a _ {- 3} X {-3} -a_ {-4} X {-4} [/ math]

O más específicamente expandiendo la expresión R_4:

[math] X_0 (t + 4) = S_4 (t + 4) + a _ {- 1} [S_3 (t + 4) -X _ {- 1}] + a _ {- 2} [S_2 (t + 4) – X _ {- 2}] + a _ {- 3} [S_1 (t + 4) -X _ {- 1}] + a _ {- 4} [S_0 (t + 4) -X_ {0}] [/ math]

Por lo tanto, si todos los X-es iguales a la señal correspondiente en los mismos corchetes [], entonces el símbolo [math] S _ {- 4} (t + 4) [/ math] se recupera únicamente del ruido de múltiples rutas.

En los ecualizadores reales hay cambios de fase y uno necesita igualar tiempos de sub-símbolos separados, por lo tanto, lo anterior es puramente una ilustración. Para una descripción realista puede leer el capítulo 11 de John G. Proakis, Digital Communications, tercera edición.

Answer 3

Las ondas electromagnéticas no solo flotan alrededor; se están alejando de la estación base a la velocidad de la luz. Puede recibirlos en el momento exacto en que pasan el receptor, pero después de eso se han movido más lejos en la misma dirección, y ya no puede detectarlos.

Imagina tirar una piedra a un estanque. Las ondas se alejan de la fuente en todas direcciones, pero no regresan a menos que reboten en alguna barrera. Las ondas electromagnéticas también pueden rebotar, pero las ondas reflejadas son generalmente tan pequeñas que no causan ningún problema.

Answer 4

El espectro de AM es lo suficientemente amplio como para contener muchos canales de comunicación; si el dispositivo debe responder a diferentes canales, decidirá cuál de ellos retener y cuál atender. Las señales de AM no se destruyen, solo se pueden ignorar.