Vitesse

24 Trajets multiples

Le phénomène de propagation « Multipath » résulte d’au moins deux chemin pour un signal arrivant à l’antenne réceptrice en même temps ou à quelques nanosecondes d’intervalle. Du fait de l’élargissement naturel des ondes, les comportements lors de la propagation, tels que la réflexion, la dispersion, la diffraction et la réfraction se produisent différemment en fonction des environnements. Ces comportements, lors de la propagation, peuvent engendrer de multiples chemins pour le même signal.

En intérieur, les signaux reflétés peuvent être dûs à des longs couloirs, des murs, des bureaux, des sols, des classeurs et pleins d’autres obstacles. Les intérieurs avec de grandes quantités de surfaces métalliques, comme les hangars d’aéroports, les entrepôts et les usines, sont connus pour être des environnements avec de nombreux phénomènes de « Multipath ». En extérieur, le « Multipath » peut être causé par une route plate, un large plan d’eau, un immeuble ou des conditions atmosphériques. Le signal principal continue son voyage vers l’antenne réceptrice, mais de nombreux signaux réfléchis vont trouver leur route vers l’antenne réceptrice via des chemins différents. Les signaux réfléchis mettent généralement un peu plus de temps pour arriver à l’antenne réceptrice parce qu’ils doivent parcourir de plus longues distances que le signal principal. La différences de temps entre les signaux peut être mesurée en nanosecondes et se nomme le « Delay Spread ».

Dans le domaine des transmissions de signaux télévisés, le « Multipath » produit un effet fantôme avec une image estompée en double sur la droite de l’image principale. Avec les signaux RF, les effets du « Multipath » peuvent être bénéfiques ou destructeurs, bien que la plupart du temps ils soient destructeurs. Du fait de la différence de phase des différents chemins, le signal résultant de leur combinaison est souvent atténué, amplifié ou corrompu. Ces effets sont parfois appelés « Rayleigh Fading » du nom du physicien anglais Lord Rayleigh.

Les quatre résultats possibles du « Multipath » sont les suivants :

  • « Upfade » – C’est une augmentation de la force du signal. Quand de multiple signaux RF arrivent au récepteur en même temps et sont en phase, ou seulement partiellement déphasés, avec le signal principal, le résultat est une augmentation de la force du signal (amplitude). Les plus petites différences de phases comprises entre 0 et 120° engendrent un « Upfade ». Il faut tout de même comprendre que le signal final ne peut jamais être plus fort que le signal transmis à l’origine, du fait de l’atténuation en espace libre. « Upfade » est un exemple de « Constructive Multipath ».
  • « Downfade » – C’est une diminution de la force du signal. Quand les multiples signaux RF arrivent en même temps au récepteur mais déphasés par rapport à l’onde principale, le résultat est une diminution de la force du signal (amplitude). Les différences de phases se situant entre 121 et 179° engendrent un « Downfade ». La diminution de l’amplitude du fait du « Multipath » est considérée comme un « Destructive Multipath ».
  • « Nulling » – C’est une annulation du signal. Quand les multiples signaux RF arrivent en même temps au récepteur mais déphasés de 180° par rapport à l’onde principale, le résultat est une annulation totale du signal. L’annulation du signal est, bien sûr, un « Destructive Multipath ».
  • « Data Corruption » – Du fait de la différence de temps entre le signal principal et les signaux réfléchis (« Delay Spread »), le récepteur peut avoir des problèmes pour démoduler les informations du signal RF. La différence de temps peut faire se chevaucher les bits et faire, qu’au final, la donnée soit corrompue. Ce type d’interférence « Multipath » est souvent connue sous le nom de « Intersymbol Interference » (ISI). C’est le plus commun des « Destructive Multipath ».

La mauvaise nouvelle, c’est que dans les environnements fortement soumis au phénomène de « Multipath », « Intersymbol Interference » généré par le « Delay Spread » peut engendrer la corruption des données. La bonne nouvelle, c’est que la station réceptrice détecte les erreurs à l’aide du « Cyclic Redundancy Check » (CRC) défini en 802.11, parce que le calcul du checksum n’est pas assez précis. La norme 802.11 exige que le plus possible de trames unicast soient acquittées par la station réceptrice à l’aide d’une trame d’acquittement (ACK), sinon la station émettrice doit renvoyer la trame. La station réceptrice n’acquitte pas une trame dont le CRC ne correspond pas. Malheureusement la trame doit alors être retransmise, mais c’est mieux que de mal l’interpréter.

Les retransmissions de niveau 2 affectent négativement le débit global de n’importe quel WLAN 802.11 et peuvent aussi affecter la latence des paquets sensibles comme pour les applications VoIP. « Multipath » est l’une des principales causes des retransmissions de niveau 2 qui affectent le débit et la latence des anciens WLANs 802.11a/b/g. L’utilisation d’antennes directionnelles peut souvent réduire le nombre de réflexions et la diversité d’antennes peut aussi être utilisée pour compenser les effets négatifs du « Multipath ». Parfois, la réduction de puissance de transmission ou l’utilisation d’une antenne de moindre gain peut résoudre le problème tant qu’il y a suffisamment de signal pour fournir la connectivité à l’autre extrémité.

Le « Multipath » peut aussi avoir un effet constructif avec les transmissions radio 802.11n et 802.11ac qui utilisent la diversité d’antennes « Multiple-Input, Multiple-Output » (MIMO) et les techniques de traitement du signal « Maximal Ratio Combining » (MRC). L’utilisation d’antennes unidirectionnelles était une façon de réduire les réflexions dans les environnements intérieurs propices au « Multipath ». Avec la technologie MIMO utilisée par les radios 802.11n et 802.11ac, le « Multipath » est un allié et l’utilisation d’antennes unidirectionnelles n’est que rarement nécessaire en intérieur. Cependant les « MIMO patch antennas » ou antennes planaires MIMO sont souvent utilisées en intérieur pour fournir une couverture sectorielle dans les environnements à forte densité d’utilisateurs.

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Trajets multiples by Gilbert MOÏSIO is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License, except where otherwise noted.

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