Propagation sans visibilité directe - Non-line-of-sight propagation

La propagation radio sans visibilité directe ( NLOS ) se produit en dehors de la ligne de visée (LOS) typique entre l'émetteur et le récepteur, comme dans les réflexions au sol . Les conditions à proximité de la ligne de visée (également NLOS ) font référence à une obstruction partielle par un objet physique présent dans la zone de Fresnel la plus interne .

Les obstacles qui provoquent généralement la propagation du NLOS comprennent les bâtiments, les arbres, les collines, les montagnes et, dans certains cas, les lignes électriques à haute tension . Certaines de ces obstructions reflètent certaines fréquences radio, tandis que d'autres absorbent ou brouillent simplement les signaux ; mais, dans les deux cas, ils limitent l'utilisation de nombreux types de transmissions radio, en particulier lorsque le budget de puissance est faible.

Des niveaux de puissance inférieurs à un récepteur réduisent les chances de recevoir avec succès une transmission. Les faibles niveaux peuvent être causés par au moins trois raisons fondamentales : un faible niveau de transmission, par exemple des niveaux de puissance Wi-Fi ; émetteur éloigné, tel que 3G à plus de 5 miles (8,0 km) ou TV à plus de 31 miles (50 km) ; et une obstruction entre l'émetteur et le récepteur, ne laissant aucun chemin dégagé.

NLOS abaisse la puissance effective reçue. La proximité de la ligne de vue peut généralement être traitée en utilisant de meilleures antennes, mais la non-ligne de vue nécessite généralement des chemins alternatifs ou des méthodes de propagation par trajets multiples.

Comment réaliser un réseau NLOS efficace est devenu l'une des questions majeures des réseaux informatiques modernes. Actuellement, la méthode la plus courante pour gérer les conditions NLOS sur les réseaux informatiques sans fil consiste simplement à contourner la condition NLOS et à placer des relais à des emplacements supplémentaires, en envoyant le contenu de la transmission radio autour des obstacles. Certains schémas de transmission NLOS plus avancés utilisent désormais la propagation du signal par trajets multiples , faisant rebondir le signal radio sur d'autres objets à proximité pour atteindre le récepteur.

Non-Line-of-Sight (NLOS) est un terme souvent utilisé dans les communications radio pour décrire un canal de liaison radio ou lorsqu'il n'y a pas visuelle ligne de visée (LOS) entre la transmission de l' antenne et l' antenne de réception . Dans ce contexte, la LOS est prise

• Soit sous la forme d'une ligne droite exempte de toute forme d'obstruction visuelle, même si elle est en réalité trop éloignée pour être vue à l'œil nu
• En tant que LOS virtuelle, c'est-à-dire en ligne droite à travers un matériau visuellement obstruant, laissant ainsi une transmission suffisante pour que les ondes radio soient détectées

Il existe de nombreuses caractéristiques électriques des supports de transmission qui affectent la propagation des ondes radio et donc la qualité de fonctionnement d'un canal radio, si cela est possible, sur un chemin NLOS.

L'acronyme NLOS est devenu plus populaire dans le contexte des réseaux locaux sans fil (WLAN) et des réseaux métropolitains sans fil tels que WiMAX, car la capacité de ces liaisons à fournir un niveau raisonnable de couverture NLOS améliore considérablement leur valeur marchande et leur polyvalence dans le milieu urbain typique. environnements où ils sont le plus fréquemment utilisés. Cependant, NLOS contient de nombreux autres sous-ensembles de communications radio.

L'influence d'une obstruction visuelle sur une liaison NLOS peut aller de négligeable à une suppression complète. Un exemple pourrait s'appliquer à un chemin LOS entre une antenne de diffusion de télévision et une antenne de réception montée sur le toit. Si un nuage passait entre les antennes, le lien pourrait en fait devenir NLOS mais la qualité du canal radio pourrait être pratiquement inchangée. Si, à la place, un grand bâtiment a été construit dans le chemin le rendant NLOS, le canal peut être impossible à recevoir.

Au-delà de la ligne de visée ( BLOS ) est un terme connexe souvent utilisé dans l'armée pour décrire les capacités de communication radio qui relient le personnel ou les systèmes trop éloignés ou trop complètement masqués par le terrain pour les communications LOS. Ces radios utilisent actifs répéteurs , propagation onde de sol , des liens de diffusion troposphérique et la propagation ionosphérique pour étendre les plages de communication de quelques miles à quelques milliers de miles.

Les ondes radio comme ondes électromagnétiques planes

D' après les équations de Maxwell, nous trouvons que les ondes radio, telles qu'elles existent dans l'espace libre dans le champ lointain ou dans la région de Fraunhofer , se comportent comme des ondes planes . Dans les ondes planes, le champ électrique , le champ magnétique et la direction de propagation sont mutuellement perpendiculaires . Pour comprendre les divers mécanismes qui permettent des communications radio réussies sur les chemins NLOS, nous devons considérer comment ces ondes planes sont affectées par l'objet ou les objets qui obstruent visuellement le chemin autrement LOS entre les antennes. Il est entendu que les termes ondes radio de champ lointain et ondes radio planes sont interchangeables.

Qu'est-ce que la ligne de mire ?

Par définition, la ligne de mire est le visuel ligne de mire, qui est déterminée par la capacité de la moyenne oeil humain pour résoudre un objet distant. Nos yeux sont sensibles à la lumière mais les longueurs d' onde optiques sont très courtes par rapport aux longueurs d'onde radio. Les longueurs d'onde optiques vont d'environ 400 nanomètres (nm) à 700 nm, mais les longueurs d'onde radio vont d'environ 1 millimètre (mm) à 300 GHz à 30 kilomètres (km) à 10 kHz. Même la longueur d'onde radio la plus courte est donc environ 2000 fois plus longue que la longueur d'onde optique la plus longue. Pour les fréquences de communication typiques jusqu'à environ 10 GHz, la différence est de l'ordre de 60 000 fois, il n'est donc pas toujours fiable de comparer les obstacles visuels, tels que ceux qui pourraient suggérer un chemin NLOS, avec les mêmes obstacles qu'ils pourraient affecter un chemin de propagation radio. .

Les liaisons NLOS peuvent être soit simplex (la transmission se fait dans un seul sens), duplex (la transmission se fait dans les deux sens simultanément) ou semi-duplex (la transmission est possible dans les deux sens mais pas simultanément). Dans des conditions normales, toutes les liaisons radio, y compris NLOSl, sont réciproques, ce qui signifie que les effets des conditions de propagation sur le canal radio sont identiques qu'il fonctionne en simplex, duplex ou semi-duplex. Cependant, les conditions de propagation sur différentes fréquences sont différentes, de sorte que le duplex traditionnel avec différentes fréquences de liaison montante et de liaison descendante n'est pas nécessairement réciproque.

Comment les ondes planes sont-elles affectées par la taille et les propriétés électriques de l'obstruction ?

En général, la façon dont une onde plane est affectée par une obstruction dépend de la taille de l'obstruction par rapport à sa longueur d'onde et des propriétés électriques de l'obstruction. Par exemple, une montgolfière avec des dimensions à plusieurs longueurs d'onde passant entre les antennes d'émission et de réception pourrait constituer une obstruction visuelle importante, mais il est peu probable qu'elle affecte beaucoup la propagation radio NLOS en supposant qu'elle soit construite en tissu et pleine d'air chaud, les deux sont de bons isolants. A l'inverse, une obstruction métallique de dimensions comparables à une longueur d'onde provoquerait des réflexions importantes. Lorsque l'on considère la taille de l'obstruction, nous supposons que ses propriétés électriques sont le type intermédiaire ou avec perte le plus courant.

Taille de l'obstruction

En gros, il existe trois tailles approximatives d'obstruction par rapport à une longueur d'onde à prendre en compte dans un chemin NLOS possible, à savoir :

• Beaucoup plus petit qu'une longueur d'onde
• Le même ordre qu'une longueur d'onde
• Beaucoup plus grand qu'une longueur d'onde

Si les dimensions de l'obstruction sont beaucoup plus petites que la longueur d'onde de l'onde plane incidente, l'onde n'est pratiquement pas affectée. Par exemple, les émissions à basse fréquence (LF), également appelées ondes longues , à environ 200 kHz ont une longueur d'onde de 1500 m et ne sont pas affectées de manière significative par la plupart des bâtiments de taille moyenne, qui sont beaucoup plus petits.

Si les dimensions de l'obstruction sont du même ordre qu'une longueur d'onde, il y a un degré de diffraction autour de l'obstruction et éventuellement une certaine transmission à travers elle. L'onde radio incidente pourrait être légèrement atténuée et il pourrait y avoir une certaine interaction entre les fronts d'onde diffractés.

Si l'obstruction a des dimensions de plusieurs longueurs d'onde, les ondes planes incidentes dépendent fortement des propriétés électriques du matériau qui forme l'obstruction.

Propriétés électriques des obstructions pouvant causer le NLOS

Les propriétés électriques du matériau faisant obstacle aux ondes radio peuvent aller d'un conducteur parfait à un extrême à un isolant parfait à l'autre. La plupart des matériaux ont des propriétés à la fois conductrices et isolantes. Ils peuvent être mixtes : par exemple, de nombreux chemins NLOS résultent du fait que le chemin LOS est obstrué par des bâtiments en béton armé construits en béton et en acier . Le béton est un assez bon isolant lorsqu'il est sec et l'acier est un bon conducteur. En variante, le matériau peut être un matériau à pertes homogène .

Le paramètre qui décrit dans quelle mesure un matériau est un conducteur ou un isolant est appelé , ou la tangente de perte , donnée par ${\displaystyle \tan \delta }$

${\displaystyle \tan \delta ={\frac {\sigma }{\omega \epsilon _{0}\epsilon _{r}}}}$

où

${\style d'affichage \sigma }$est la conductivité du matériau en siemens par mètre (S/m)

${\displaystyle \omega =2\pi f}$est la fréquence angulaire de l'onde plane RF en radians par seconde (rad/s) et sa fréquence en hertz (Hz).${\style d'affichage f}$

${\displaystyle \epsilon _{0}}$est la permittivité absolue de l'espace libre en farads par mètre (F/m)

et

${\displaystyle \epsilon _{r}}$est la permittivité relative du matériau (également appelée constante diélectrique ) et n'a pas d'unités.

Bons conducteurs (pauvres isolants)

Si le matériau est un bon conducteur ou un mauvais isolant et réfléchit sensiblement les ondes radio qui lui tombent dessus avec presque la même puissance. Par conséquent, pratiquement aucune puissance RF n'est absorbée par le matériau lui-même et pratiquement aucune n'est transmise, même s'il est très fin. Tous les métaux sont de bons conducteurs et il existe bien sûr de nombreux exemples qui provoquent des réflexions importantes d'ondes radio dans l' environnement urbain , par exemple les ponts, les bâtiments revêtus de métal, les entrepôts de stockage, les avions et les pylônes ou pylônes de transmission d'énergie électrique . ${\displaystyle \sigma \gg \omega \epsilon _{0}\epsilon _{r}}$

Bons isolants (mauvais conducteurs)

Si le matériau est un bon isolant (ou diélectrique) ou un mauvais conducteur et transmet sensiblement les ondes qui lui tombent dessus. Pratiquement aucune puissance RF n'est absorbée mais une partie peut être réfléchie à ses frontières en fonction de sa permittivité relative par rapport à celle de l'espace libre, qui est l'unité. Cela utilise le concept d'impédance intrinsèque, qui est décrit ci-dessous. Il existe peu d'objets physiques de grande taille qui sont également de bons isolants, à l'exception intéressante des icebergs d' eau douce, mais ceux-ci ne figurent généralement pas dans la plupart des environnements urbains. Cependant, de grands volumes de gaz se comportent généralement comme des diélectriques. Des exemples en sont les régions de l' atmosphère terrestre , dont la densité diminue progressivement à des altitudes croissantes jusqu'à 10 à 20 km. A des altitudes plus élevées d'environ 50 km à 200 km, diverses couches ionosphériques se comportent également comme des diélectriques et dépendent fortement de l'influence du Soleil . Les couches ionosphériques ne sont pas des gaz mais des plasmas . ${\displaystyle \sigma \ll \omega \epsilon _{0}\epsilon _{r}}$

Ondes planes et impédance intrinsèque

Même si une obstruction est un isolant parfait, elle peut avoir des propriétés réfléchissantes en raison de sa permittivité relative différente de celle de l'atmosphère. Les matériaux électriques à travers lesquels les ondes planes peuvent se propager ont une propriété appelée impédance intrinsèque ( ) ou impédance électromagnétique, qui est analogue à l' impédance caractéristique d'un câble dans la théorie des lignes de transmission . L'impédance intrinsèque d'un matériau homogène est donnée par : ${\displaystyle \epsilon _{r}}$${\style d'affichage \eta }$

${\displaystyle \eta ={\sqrt {\frac {\mu _{0}\mu _{r}}{\epsilon _{0}\epsilon _{r}}}}}$

où

${\displaystyle \mu _{0}}$est la perméabilité absolue en henry par mètre (H/m) et est une constante fixée à H/m${\displaystyle 4\pi \cdot 10^{-7}}$

${\displaystyle \mu _{r}}$ est la perméabilité relative (sans unité)

${\displaystyle \epsilon _{0}}$est la permittivité absolue en farads par mètre (F/m) et est une constante fixée à F/m${\displaystyle 8.85\cdot 10^{-12}}$

${\displaystyle \epsilon _{r}}$ est la permittivité relative ou constante diélectrique (sans unité)

Pour l'espace libre et , donc l'impédance intrinsèque de l'espace libre est donnée par ${\displaystyle \mu _{r}=1}$${\displaystyle \epsilon _{r}=1}$${\displaystyle \eta _{0}}$

${\displaystyle \eta _{0}={\sqrt {\frac {\mu _{0}}{\epsilon _{0}}}}}$

qui évalue à environ 377 . ${\displaystyle \Oméga }$

Pertes par réflexion aux frontières diélectriques

Dans une analogie de la théorie des ondes planes et de la théorie des lignes de transmission, la définition du coefficient de réflexion est une mesure du niveau de réflexion normalement à la frontière lorsqu'une onde plane passe d'un milieu diélectrique à un autre. Par exemple, si l'impédance intrinsèque du premier et du deuxième support était respectivement et , le coefficient de réflexion du support 2 par rapport à 1, , est donné par : ${\style d'affichage \Gamma }$${\displaystyle \eta _{1}}$${\displaystyle \eta _{2}}$${\style d'affichage \Gamma _{21}}$

${\displaystyle \Gamma _{21}={\frac {\eta _{2}-\eta _{1}}{\eta _{2}+\eta _{1}}}}$

La mesure logarithmique en décibels ( ) de la façon dont le signal RF transmis sur la liaison NLOS est affecté par une telle réflexion est donnée par : ${\style d'affichage T_{r}}$

${\displaystyle T_{ref}=10\log _{10}(1-\left|\Gamma _{21}\right|^{2})dB}$

Matériaux intermédiaires à conductivité finie

La plupart des matériaux du type affectant la transmission des ondes radio sur les liaisons NLOS sont intermédiaires : ils ne sont ni de bons isolants ni de bons conducteurs. Les ondes radio incidentes sur une obstruction comprenant un matériau intermédiaire mince sont en partie réfléchies aux limites incidente et de sortie et en partie absorbées, en fonction de l'épaisseur. Si l'obstruction est suffisamment épaisse, l'onde radio peut être complètement absorbée. En raison de l'absorption, ceux-ci sont souvent appelés matériaux avec perte, bien que le degré de perte soit généralement extrêmement variable et souvent très dépendant du niveau d'humidité présent. Ils sont souvent hétérogènes et comprennent un mélange de matériaux avec divers degrés de propriétés conductrices et isolantes. De tels exemples sont les collines, les flancs de vallée, les montagnes (avec une végétation importante) et les bâtiments construits en pierre, brique ou béton mais sans acier armé. Plus ils sont épais, plus la perte est importante. Par exemple, un mur absorbe beaucoup moins de puissance RF d'une onde normalement incidente qu'un bâtiment construit avec le même matériau.

Moyens de réaliser une transmission sans visibilité directe

Réflexions aléatoires passives

Les réflexions aléatoires passives sont obtenues lorsque les ondes planes sont soumises à un ou plusieurs chemins réfléchissants autour d'un objet qui transforme un chemin radio autrement LOS en NLOS. Les chemins réfléchissants peuvent être causés par divers objets qui peuvent être soit métalliques (très bons conducteurs tels qu'un pont en acier ou un avion ) soit des conducteurs relativement bons pour les ondes planes telles que de grandes étendues de côtés de bâtiments en béton, de murs, etc. Parfois, cela est considéré une méthode de force brute car, à chaque réflexion l'onde plane subit une perte de transmission qui doit être compensée par une puissance de sortie de l'antenne d'émission plus élevée que si le lien avait été LOS. Cependant, la technique est bon marché et facile à utiliser et les réflexions aléatoires passives sont largement exploitées dans les zones urbaines pour atteindre le NLOS. Les services de communication qui utilisent des réflexions passives comprennent le WiFi , le WiMax , le WiMAX MIMO , les communications mobiles (cellulaires) et la diffusion terrestre vers les zones urbaines.

Répéteurs passifs

Des répéteurs passifs peuvent être utilisés pour réaliser des liaisons NLOS en installant délibérément un réflecteur conçu avec précision à une position critique pour fournir un chemin autour de l'obstruction. Cependant, ils sont inacceptables dans la plupart des environnements urbains en raison du réflecteur encombrant nécessitant un positionnement critique à un endroit peut-être inaccessible ou à un endroit non acceptable pour les autorités de planification ou le propriétaire du bâtiment. Les liaisons NLOS à réflecteur passif subissent également des pertes substantielles en raison du fait que le signal reçu est une fonction de « double loi du carré inverse » du signal d'émission, un pour chaque saut de l'antenne d'émission à l'antenne de réception. Cependant, ils ont été utilisés avec succès dans les zones rurales montagneuses pour étendre la gamme des liaisons hyperfréquences LOS autour des montagnes, créant ainsi des liaisons NLOS. Dans de tels cas, l'installation du répéteur actif plus habituel n'était généralement pas possible en raison de problèmes d'obtention d'une alimentation électrique appropriée.

Répéteurs actifs

Un répéteur actif est un équipement alimenté comprenant essentiellement une antenne de réception, un récepteur, un émetteur et une antenne d'émission. Si les extrémités de la liaison NLOS sont aux positions A et C, le répéteur est situé à la position B où les liaisons AB et BC sont en fait LOS. Le répéteur actif peut simplement amplifier le signal reçu et le retransmettre sans modification à la même fréquence ou à une fréquence différente. Le premier cas est plus simple et moins cher mais nécessite une bonne isolation entre deux antennes pour éviter le larsen , cependant cela signifie que la fin de la liaison NLOS en A ou C ne nécessite pas de changer la fréquence de réception de celle utilisée pour une liaison LOS. Une application typique pourrait être de répéter ou de rediffuser des signaux pour les véhicules utilisant des autoradios dans les tunnels. Un répéteur qui change de fréquence éviterait tout problème de retour mais serait plus difficile à concevoir et coûteux et il faudrait qu'un récepteur change de fréquence lors du passage de la zone LOS à la zone NLOS.

Un satellite de communication est un exemple de répéteur actif qui change de fréquence. Les satellites de communication, dans la plupart des cas, sont en orbite géosynchrone à une altitude de 22 300 miles (35 000 km) au-dessus de l' équateur .

Propagation des ondes de sol

L'application du vecteur de Poynting aux ondes planes polarisées verticalement à LF (30 kHz à 300 kHz) et VLF (3 kHz à 30 kHz) indique qu'une composante du champ se propage à quelques mètres dans la surface de la Terre. La propagation est à très faible perte et les communications sur des milliers de kilomètres sur des liaisons NLOS sont possibles. Cependant, ces basses fréquences par définition ( théorème d'échantillonnage de Nyquist-Shannon ) sont à très faible bande passante, de sorte que ce type de communication n'est pas largement utilisé.

Liens de diffusion troposphérique

Une liaison NLOS à diffusion troposphérique fonctionne généralement à quelques gigahertz en utilisant des puissances d'émission potentiellement très élevées (généralement 3 kW à 30 kW, selon les conditions), des récepteurs très sensibles et de grandes antennes à réflecteur à gain très élevé, généralement fixes. Le faisceau d'émission est dirigé dans la troposphère juste au-dessus de l'horizon avec une densité de flux de puissance suffisante pour que les molécules de gaz et de vapeur d'eau provoquent une diffusion dans une région du trajet du faisceau connue sous le nom de volume de diffusion. Certaines composantes de l'énergie diffusée se déplacent en direction des antennes réceptrices et forment le signal de réception. Comme il y a de très nombreuses particules à l'origine de la diffusion dans cette région, le modèle statistique d' évanouissement de Rayleigh peut utilement prédire le comportement et les performances dans ce type de système.

Réfraction à travers l'atmosphère terrestre

L'obstruction qui crée une liaison NLOS peut être la Terre elle-même, telle qu'elle existerait si l'autre extrémité de la liaison se trouvait au-delà de l'horizon optique. Une propriété très utile de l' atmosphère terrestre est qu'en moyenne, la densité des molécules de gaz de l'air diminue à mesure que l' altitude augmente jusqu'à environ 30 km. Sa permittivité relative ou constante diélectrique diminue régulièrement d'environ 1,00536 à la surface de la Terre. Pour modéliser le changement d'indice de réfraction avec l'altitude, l'atmosphère peut être approchée de nombreuses couches d'air minces, dont chacune a un indice de réfraction légèrement plus petit que celui ci-dessous. La trajectoire des ondes radio progressant à travers un tel modèle d'atmosphère à chaque interface, est analogue aux faisceaux optiques passant d'un milieu optique à un autre tel que prédit par la loi de Snell . Lorsque le faisceau passe d'un indice de réfraction supérieur à inférieur, il a tendance à se courber ou à se réfracter par rapport à la normale à la frontière selon la loi de Snell. Lorsque l'on tient compte de la courbure de la Terre, on constate qu'en moyenne, les ondes radio dont la trajectoire initiale est vers l'horizon optique suivent un chemin qui ne revient pas à la surface de la Terre à l'horizon, mais légèrement au-delà de celle-ci. La distance entre l'antenne d'émission et l'endroit où elle retourne est approximativement équivalente à l'horizon optique, si le rayon de la Terre avait été aux 4/3 de sa valeur réelle . Le "rayon de la Terre 4/3" est une règle empirique utile pour les ingénieurs en communication radio lors de la conception d'une telle liaison NLOS.

La règle empirique des 4/3 du rayon terrestre est une moyenne pour l'atmosphère terrestre en supposant qu'elle est raisonnablement homogénéisée , absente de couches d' inversion de température ou de conditions météorologiques inhabituelles . Les liaisons NLOS qui exploitent la réfraction atmosphérique fonctionnent généralement à des fréquences dans les bandes VHF et UHF , y compris les services de diffusion terrestre FM et TV.

Propagation anormale

Le phénomène décrit ci-dessus selon lequel l'indice de réfraction atmosphérique, la permittivité relative ou la constante diélectrique diminue progressivement avec l'augmentation de la hauteur est dû à la réduction de la densité de l' air atmosphérique avec l'augmentation de la hauteur. La densité de l'air est également fonction de la température, qui diminue également avec l'augmentation de la hauteur. Cependant, ce ne sont que des conditions moyennes; les conditions météorologiques locales peuvent créer des phénomènes tels que des couches d' inversion de température où une couche d'air chaud se dépose au-dessus d'une couche froide. A l'interface entre eux existe un changement relativement brusque de l'indice de réfraction d'une valeur plus petite dans la couche froide à une valeur plus grande dans la couche chaude. Par analogie avec la loi optique de Snell , cela peut provoquer des réflexions importantes des ondes radio vers la surface de la Terre où elles sont davantage réfléchies, provoquant ainsi un effet de canalisation . Le résultat est que les ondes radio peuvent se propager bien au-delà de leur zone de service prévue avec une atténuation inférieure à la normale. Cet effet n'est apparent que dans les spectres VHF et UHF et est souvent exploité par les amateurs de radio amateur pour réaliser des communications sur des distances anormalement longues pour les fréquences concernées. Pour les services de communication commerciaux, il ne peut pas être exploité car il n'est pas fiable (les conditions peuvent se former et se disperser en quelques minutes) et il peut provoquer des interférences bien en dehors de la zone de service normale.

Inversion de température et propagation anormale peuvent se produire dans la plupart des latitudes mais ils sont plus fréquents dans tropicales climats que tempérés climats, généralement associés à des zones de haute pression (anticyclones).

Propagation ionosphérique

Le mécanisme de propagation ionosphérique dans le support des liaisons NLOS est similaire à celui de la réfraction atmosphérique mais, dans ce cas, la réfraction des ondes radio ne se produit pas dans l'atmosphère mais dans l'ionosphère à des altitudes beaucoup plus élevées. Comme son homologue troposphérique, la propagation ionosphérique peut parfois être modélisée statistiquement en utilisant l' évanouissement de Rayleigh .

L' ionosphère s'étend d'altitudes d'environ 50 km à 400 km et est divisée en couches de plasma distinctes notées D, E, F1 et F2 en altitude croissante. La réfraction des ondes radio par l'ionosphère plutôt que par l'atmosphère peut donc permettre des liaisons NLOS de bien plus grande distance pour un seul chemin de réfraction ou « saut » via l'une des couches. Dans certaines conditions, les ondes radio qui ont subi un saut peuvent se refléter sur la surface de la Terre et subir plus de sauts, augmentant ainsi la portée. Les positions de ceux-ci et leurs densités ioniques sont considérablement contrôlées par le rayonnement incident du Soleil et changent donc de façon diurne , saisonnière et pendant l' activité des taches solaires . La découverte initiale que les ondes radio pourraient voyager au-delà de l'horizon par Marconi au début du 20e siècle a suscité des études approfondies sur la propagation ionosphérique au cours des 50 prochaines années environ, qui ont abouti à divers tableaux et graphiques de prédiction de canaux de liaison HF.

Les fréquences affectées par la propagation ionosphérique vont d'environ 500 kHz à 50 MHz, mais la majorité de ces liaisons NLOS fonctionnent dans les bandes de fréquences « ondes courtes » ou hautes fréquences (HF) comprises entre 3 MHz et 30 MHz.

Dans la seconde moitié du XXe siècle, d'autres moyens de communication sur de grandes distances NLOS ont été développés, tels que les communications par satellite et la fibre optique sous-marine, qui peuvent tous deux transporter des bandes passantes beaucoup plus larges que la HF et sont beaucoup plus fiables. Malgré leurs limites, les communications HF n'ont besoin que d'équipements et d'antennes relativement bon marché et grossiers, elles sont donc principalement utilisées comme sauvegardes des principaux systèmes de communication et dans les zones reculées peu peuplées où d'autres méthodes de communication ne sont pas rentables.

Absorption finie

Si un objet qui modifie une liaison LOS en NLOS n'est pas un bon conducteur mais un matériau intermédiaire, il absorbe une partie de la puissance RF qui lui tombe dessus. Cependant, s'il a une épaisseur finie, l'absorption est également finie et l'atténuation résultante des ondes radio peut être tolérable et une liaison NLOS peut être établie en utilisant des ondes radio qui traversent réellement le matériau. À titre d'exemple, les WLAN utilisent souvent des liaisons NLOS à absorption finie pour communiquer entre un point d'accès WLAN et des clients WLAN dans un environnement de bureau typique. Les fréquences radio utilisées, généralement quelques gigahertz (GHz), passent normalement à travers quelques murs et cloisons de bureau minces avec une atténuation tolérable. Après de nombreux murs de ce type ou après quelques murs épais en béton ou similaires (non métalliques), le lien NLOS devient impraticable.

Autres méthodes

La communication Terre-Lune-Terre , les communications en rafales de météores et la propagation E sporadique sont d'autres méthodes pour établir des communications au-delà de l'horizon radio.

Effet sur le positionnement

Dans la plupart des systèmes de localisation récents , on suppose que les signaux reçus se propagent via un chemin LOS . Cependant, la violation de cette hypothèse peut entraîner des données de positionnement inexactes. Pour le système de localisation basé sur l' heure d'arrivée , le signal émis ne peut arriver au récepteur que par ses chemins NLOS. L'erreur NLOS est définie comme la distance supplémentaire parcourue par le signal reçu par rapport au chemin LOS. L'erreur NLOS est toujours positivement biaisée avec l'amplitude dépendant de l'environnement de propagation.

Les références

Lectures complémentaires

• Bullington, K. ; « Les bases de la propagation radio » ; Journal technique du système Bell Vol. 36 (mai 1957); 593-625.
• "Paramètres et méthodes de planification technique pour la radiodiffusion terrestre" (avril 2004); Autorité australienne de radiodiffusion. ISBN  0-642-27063-5

Liens externes

• Recherche sur la "Localisation sans visibilité directe (NLOS) pour les environnements intérieurs" par CMR à l'UNSW