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Propagazione non in linea di vista

Non-line-of-sight ( NLOS ) e near-line-of-sight sono trasmissioni radio attraverso un percorso parzialmente ostruito, di solito da un oggetto fisico nella zona più interna di Fresnel.

Molti tipi di trasmissioni radio dipendono, in varia misura, dalla linea di mira (LOS) tra il trasmettitore e il ricevitore. Gli ostacoli che comunemente causano condizioni NLOS includono edifici, alberi, colline, montagne e, in alcuni casi, linee elettriche ad alta tensione. Alcuni di questi ostacoli riflettono determinate frequenze radio, mentre altri semplicemente assorbono o alterano i segnali; ma, in entrambi i casi, limitano l'uso di molti tipi di trasmissioni radio, soprattutto quando il budget è basso.

Bassi livelli di potenza su un ricevitore riducono la possibilità di ricevere correttamente una trasmissione. Livelli bassi possono essere causati da almeno tre motivi di base: livello di trasmissione basso, ad esempio livelli di potenza Wi-Fi; trasmettitore lontano, come 3G più di 5 miglia (8,0 km) di distanza o TV più di 31 miglia (50 km) di distanza; e ostruzione tra il trasmettitore e il ricevitore, senza lasciare un percorso chiaro.

NLOS riduce la potenza effettiva ricevuta. Near Line Of Sight di solito può essere gestito con antenne migliori, ma Non Line Of Sight richiede solitamente percorsi alternativi o metodi di propagazione multipath.

Come realizzare una rete NLOS efficace è diventata una delle principali domande della moderna rete informatica. Attualmente, il metodo più comune per gestire le condizioni NLOS su reti di computer wireless è semplicemente quello di aggirare la condizione NLOS e posizionare i relè in posizioni aggiuntive, inviando il contenuto della trasmissione radio attorno agli ostacoli. Alcuni schemi di trasmissione NLOS più avanzati ora utilizzano la propagazione del segnale multipath, facendo rimbalzare il segnale radio su altri oggetti vicini per raggiungere il ricevitore.

Non-Line-of-Sight (NLOS) è un termine spesso usato nelle comunicazioni radio per descrivere un canale radio o un collegamento in cui non esiste una linea visiva (LOS) tra l'antenna trasmittente e l'antenna ricevente. In questo contesto viene preso LOS

  • O come una linea retta libera da qualsiasi forma di ostruzione visiva, anche se in realtà è troppo distante per vedere con l'occhio umano senza aiuto
  • Come un LOS virtuale, cioè come una linea retta attraverso materiale che ostruisce visivamente, lasciando così una trasmissione sufficiente per il rilevamento delle onde radio

Esistono molte caratteristiche elettriche dei mezzi di trasmissione che influenzano la propagazione delle onde radio e quindi la qualità del funzionamento di un canale radio, se possibile, su un percorso NLOS.

L'acronimo NLOS è diventato più popolare nel contesto delle reti wireless locali (WLAN) e delle reti wireless metropolitane come WiMAX perché la capacità di tali collegamenti di fornire un livello ragionevole di copertura NLOS migliora notevolmente la loro commerciabilità e versatilità nella tipica area urbana ambienti in cui sono più frequentemente utilizzati. Tuttavia NLOS contiene molti altri sottoinsiemi di comunicazioni radio.

L'influenza di un'ostruzione visiva su un collegamento NLOS può variare da trascurabile a completa soppressione. Un esempio potrebbe essere applicato a un percorso LOS tra un'antenna di trasmissione televisiva e un'antenna di ricezione montata sul tetto. Se una nuvola passasse tra le antenne il collegamento potrebbe effettivamente diventare NLOS ma la qualità del canale radio potrebbe essere praticamente intatta. Se, invece, fosse stato costruito un grande edificio nel percorso rendendolo NLOS, il canale potrebbe essere impossibile da ricevere.

Beyond Line-Of-Sight ( BLOS ) è un termine correlato spesso utilizzato in campo militare per descrivere le capacità di comunicazione radio che collegano personale o sistemi troppo distanti o troppo completamente oscurati dal terreno per le comunicazioni LOS. Queste radio utilizzano ripetitori attivi, propagazione delle onde di terra, collegamenti a dispersione troposferica e propagazione ionosferica per estendere gli intervalli di comunicazione da poche miglia a qualche migliaio di miglia.

Onde radio come onde elettromagnetiche piane

Dalle equazioni di Maxwell troviamo che le onde radio, poiché esistono nello spazio libero nel campo lontano o nella regione di Fraunhofer , si comportano come onde piane . Nelle onde piane il campo elettrico, il campo magnetico e la direzione di propagazione sono reciprocamente perpendicolari. Per comprendere i vari meccanismi che consentono comunicazioni radio di successo su percorsi NLOS, dobbiamo considerare come tali onde piane siano influenzate dall'oggetto o dagli oggetti che ostruiscono visivamente il percorso LOS altrimenti tra le antenne. Resta inteso che i termini onde radio di campo lontano e onde del piano radio sono intercambiabili.

Che cos'è la linea di vista?

Per definizione, la linea di vista è la linea visiva di vista, che è determinata dalla capacità dell'occhio umano medio per risolvere un oggetto distante. I nostri occhi sono sensibili alla luce ma le lunghezze d'onda ottiche sono molto corte rispetto alle lunghezze d'onda radio. Le lunghezze d'onda ottiche vanno da circa 400 nanometri (nm) a 700 nm ma le lunghezze d'onda radio vanno da circa 1 millimetro (mm) a 300 GHz a 30 chilometri (km) a 10 kHz. Anche la lunghezza d'onda radio più corta è quindi circa 2000 volte più lunga della lunghezza d'onda ottica più lunga. Per frequenze di comunicazione tipiche fino a circa 10 GHz, la differenza è dell'ordine di 60.000 volte, quindi non è sempre affidabile confrontare gli ostacoli visivi, come potrebbe suggerire un percorso NLOS, con gli stessi ostacoli che potrebbero influenzare un percorso di propagazione radio .

I collegamenti NLOS possono essere simplex (la trasmissione è solo in una direzione), duplex (la trasmissione è simultanea in entrambe le direzioni) o half-duplex (la trasmissione è possibile in entrambe le direzioni ma non contemporaneamente). In condizioni normali, tutti i collegamenti radio, incluso NLOSl, sono reciproci, il che significa che gli effetti delle condizioni di propagazione sul canale radio sono identici indipendentemente dal fatto che operi in simplex, duplex o half-duplex. Tuttavia, le condizioni di propagazione su frequenze diverse sono diverse, quindi il duplex tradizionale con frequenze uplink e downlink diverse non è necessariamente reciproco.

In che modo le onde piane sono influenzate dalle dimensioni e dalle proprietà elettriche dell'ostruzione?

In generale, il modo in cui un'onda piana è influenzata da un'ostruzione dipende dalla dimensione dell'ostruzione rispetto alla sua lunghezza d'onda e dalle proprietà elettriche dell'ostruzione. Ad esempio, una mongolfiera con dimensioni a lunghezza d'onda multipla che passa tra le antenne di trasmissione e ricezione potrebbe essere un ostacolo visivo significativo ma è improbabile che influenzi la propagazione radio NLOS molto assumendo che sia costruita da tessuto e piena di aria calda, entrambe le quali sono buoni isolanti. Al contrario, un'ostruzione metallica di dimensioni paragonabili a una lunghezza d'onda causerebbe riflessi significativi. Quando si considera la dimensione dell'ostruzione, assumiamo che le sue proprietà elettriche siano il tipo intermedio o con perdita più comune.

Dimensione dell'ostruzione

In generale, ci sono tre dimensioni approssimative di ostruzione in relazione a una lunghezza d'onda da considerare in un possibile percorso NLOS: quelle che sono:

  • Molto più piccolo di una lunghezza d'onda
  • Lo stesso ordine di una lunghezza d'onda
  • Molto più grande di una lunghezza d'onda

Se le dimensioni dell'ostruzione sono molto più piccole della lunghezza d'onda dell'onda del piano incidente, l'onda è sostanzialmente inalterata. Ad esempio, le trasmissioni a bassa frequenza (LF), note anche come onde lunghe, a circa 200 kHz hanno una lunghezza d'onda di 1500 me non sono influenzate in modo significativo dalla maggior parte degli edifici di dimensioni medie, che sono molto più piccoli.

Se le dimensioni dell'ostruzione sono dello stesso ordine di una lunghezza d'onda, c'è un grado di diffrazione attorno all'ostruzione e probabilmente una trasmissione attraverso di essa. L'onda radio incidente potrebbe essere leggermente attenuata e potrebbe esserci qualche interazione tra i fronti d'onda diffratti.

Se l'ostruzione ha dimensioni di molte lunghezze d'onda, le onde del piano incidente dipendono fortemente dalle proprietà elettriche del materiale che costituisce l'ostruzione.

Proprietà elettriche degli ostacoli che possono causare NLOS

Le proprietà elettriche del materiale che forma un ostacolo alle onde radio potrebbero variare da un conduttore perfetto ad un estremo a un isolante perfetto all'altro. La maggior parte dei materiali ha proprietà sia del conduttore che dell'isolante. Possono essere mescolati: ad esempio, molti percorsi NLOS risultano dal percorso LOS ostruito da edifici in cemento armato costruiti in cemento e acciaio. Il calcestruzzo è un buon isolante quando asciutto e l'acciaio è un buon conduttore. In alternativa, il materiale può essere un materiale omogeneo con perdita .

Il parametro che descrive in che misura un materiale è un conduttore o un isolante è noto come tan⁡δ {\ displaystyle \ tan \ delta}, o la perdita tangente , data da

tan⁡δ = σωϵ0ϵr {\ displaystyle \ tan \ delta = {\ frac {\ sigma} {\ omega \ epsilon _ {0} \ epsilon _ {r}}}}

dove

σ {\ displaystyle \ sigma} è la conduttività del materiale in siemens per metro (S / m) ω = 2πf {\ displaystyle \ omega = 2 \ pi f} è la frequenza angolare dell'onda del piano RF in radianti al secondo ( rad / s) ef {\ displaystyle f} è la sua frequenza in hertz (Hz) .ϵ0 {\ displaystyle \ epsilon _ {0}} è la permittività assoluta dello spazio libero in farad per metro (F / m)

e

{r {\ displaystyle \ epsilon _ {r}} è la permittività relativa del materiale (noto anche come costante dielettrica) e non ha unità. Buoni conduttori (isolanti scadenti)

Se σ≫ωϵ0ϵr {\ displaystyle \ sigma \ gg \ omega \ epsilon _ {0} \ epsilon _ {r}} il materiale è un buon conduttore o un cattivo isolante e riflette sostanzialmente le onde radio che si verificano su di esso con quasi il stessa potenza. Pertanto, praticamente nessuna potenza RF viene assorbita dal materiale stesso e praticamente nessuna viene trasmessa, anche se è molto sottile. Tutti i metalli sono buoni conduttori e ci sono ovviamente molti esempi che causano riflessi significativi delle onde radio nell'ambiente urbano, ad esempio ponti, edifici rivestiti di metallo, magazzini di stoccaggio, torri o piloni per la trasmissione di energia elettrica e aeromobili.

Buoni isolanti (cattivi conduttori)

Se σ≪ωϵ0ϵr {\ displaystyle \ sigma \ ll \ omega \ epsilon _ {0} \ epsilon _ {r}} il materiale è un buon isolante (o dielettrico) o un cattivo conduttore e sostanzialmente trasmette onde che si verificano su di esso. Praticamente nessuna potenza RF viene assorbita, ma alcuni possono essere riflessi ai suoi confini a seconda della sua permittività relativa rispetto a quella dello spazio libero, che è l'unità. Questo utilizza il concetto di impedenza intrinseca, che è descritto di seguito. Esistono pochi oggetti fisici di grandi dimensioni che sono anche buoni isolanti, con l'interessante eccezione degli iceberg d'acqua dolce, ma questi di solito non sono presenti nella maggior parte degli ambienti urbani. Tuttavia, grandi volumi di gas si comportano generalmente come dielettrici. Esempi di questi sono le regioni dell'atmosfera terrestre, che si riducono gradualmente di densità ad altitudini crescenti fino a 10-20 km. A maggiori altitudini da circa 50 km a 200 km anche vari strati ionosferici si comportano come dielettrici e sono fortemente dipendenti dall'influenza del Sole. Gli strati ionosferici non sono gas ma plasmi.

Onde piane e impedenza intrinseca

Anche se un ostacolo è un isolante perfetto, può avere alcune proprietà riflettenti a causa della sua permittività relativa ϵr {\ displaystyle \ epsilon _ {r}} diverso da quello dell'atmosfera. I materiali elettrici attraverso i quali le onde piane possono propagarsi hanno una proprietà chiamata impedenza intrinseca (η {\ displaystyle \ eta}) o impedenza elettromagnetica, che è analoga all'impedenza caratteristica di un cavo nella teoria della linea di trasmissione. L'impedenza intrinseca di un materiale omogeneo è data da:

η = μ0μrϵ0ϵr {\ displaystyle \ eta = {\ sqrt {\ frac {\ mu _ {0} \ mu _ {r}} {\ epsilon _ {0} \ epsilon _ {r}}}}}

dove

μ0 {\ displaystyle \ mu _ {0}} è la permeabilità assoluta in henries per metro (H / m) ed è una costante fissata a 4π⋅10−7 {\ displaystyle 4 \ pi \ cdot 10 ^ {- 7}} H / mμr {\ displaystyle \ mu _ {r}} è la permeabilità relativa (senza unità) ϵ0 {\ displaystyle \ epsilon _ {0}} è la permittività assoluta in farad per metro (F / m) ed è una costante fissata a 8.85⋅10-12 {{displaystyle 8.85 \ cdot 10 ^ {- 12}} F / mϵr {\ displaystyle \ epsilon _ {r}} è la permittività relativa o costante dielettrica (senza unità)

Per lo spazio libero μr = 1 {\ displaystyle \ mu _ {r} = 1} e ϵr = 1 {\ displaystyle \ epsilon _ {r} = 1}, quindi l'impedenza intrinseca dello spazio libero η0 {\ displaystyle \ eta _ { 0}} è dato da

η0 = μ0ϵ0 {\ displaystyle \ eta _ {0} = {\ sqrt {\ frac {\ mu _ {0}} {\ epsilon _ {0}}}}}

che corrisponde a circa 377 Ω {\ displaystyle \ Omega}.

Perdite di riflessione ai confini dielettrici

In un'analogia della teoria delle onde piane e della teoria delle linee di trasmissione, la definizione del coefficiente di riflessione Γ {\ displaystyle \ Gamma} è una misura del livello di riflessione normalmente al confine quando un'onda piana passa da un mezzo dielettrico a un altro. Ad esempio, se l'impedenza intrinseca del primo e del secondo supporto erano rispettivamente η1 {\ displaystyle \ eta _ {1}} e η2 {\ displaystyle \ eta _ {2}}, il coefficiente di riflessione del mezzo 2 rispetto a 1, Γ21 {\ displaystyle \ Gamma _ {21}}, è dato da:

Γ21 = η2 − η1η2 + η1 {\ displaystyle \ Gamma _ {21} = {\ frac {\ eta _ {2} - \ eta _ {1}} {\ eta _ {2} + \ eta _ {1}} }}

La misura logaritmica in decibel (Tr {\ displaystyle T_ {r}}) di come il segnale RF trasmesso sul collegamento NLOS è influenzato da tale riflessione è data da:

Tref = 10log10⁡ (1− | Γ21 | 2) dB {\ displaystyle T_ {ref} = 10 \ log _ {10} (1- \ left | \ Gamma _ {21} \ right | ^ {2}) dB}

Materiali intermedi con conducibilità finita

La maggior parte dei materiali del tipo che influenza la trasmissione di onde radio su collegamenti NLOS sono intermedi: non sono né buoni isolanti né buoni conduttori. Le onde radio che si verificano su un'ostruzione comprendente un materiale intermedio sottile sono in parte riflesse su entrambi i confini dell'incidente e dell'uscita e parzialmente assorbite, a seconda dello spessore. Se l'ostruzione è abbastanza spessa, l'onda radio potrebbe essere completamente assorbita. A causa dell'assorbimento, questi sono spesso chiamati materiali con perdita, sebbene il grado di perdita sia generalmente estremamente variabile e spesso molto dipendente dal livello di umidità presente. Sono spesso eterogenei e comprendono una miscela di materiali con vari gradi di proprietà del conduttore e dell'isolante. Tali esempi sono le colline, i versanti della valle, le montagne (con una vegetazione notevole) e gli edifici costruiti in pietra, mattoni o cemento ma senza acciaio rinforzato. Più spessi sono, maggiore è la perdita. Ad esempio, un muro assorbe molta meno potenza RF da un'onda normalmente incidente rispetto a un edificio costruito con lo stesso materiale.

Mezzi per ottenere una trasmissione senza linea di vista

Riflessioni casuali passive

Le riflessioni casuali passive si ottengono quando le onde piane sono soggette a uno o più percorsi riflettenti attorno a un oggetto che trasforma un percorso radio LOS altrimenti in NLOS. I percorsi riflettenti potrebbero essere causati da vari oggetti che potrebbero essere metallici (conduttori molto buoni come un ponte in acciaio o un aeroplano) o conduttori relativamente buoni per planare onde come grandi distese di pareti di edifici in cemento, pareti ecc. A volte questo è considerato un metodo di forza bruta perché, ad ogni riflessione, l'onda piana subisce una perdita di trasmissione che deve essere compensata da una potenza di uscita maggiore dall'antenna di trasmissione rispetto a se il collegamento fosse stato LOS. Tuttavia, la tecnica è economica e facile da utilizzare e le riflessioni casuali passive sono ampiamente sfruttate nelle aree urbane per raggiungere la NLOS. I servizi di comunicazione che utilizzano riflessioni passive includono WiFi, WiMax, WiMAX MIMO, comunicazioni mobili (cellulari) e trasmissione terrestre verso le aree urbane.

Ripetitori passivi

I ripetitori passivi possono essere utilizzati per ottenere collegamenti NLOS installando deliberatamente un riflettore progettato con precisione in una posizione critica per fornire un percorso attorno all'ostruzione. Tuttavia, sono inaccettabili nella maggior parte degli ambienti urbani a causa del voluminoso riflettore che richiede un posizionamento critico in un luogo forse inaccessibile o in uno non accettabile per le autorità di pianificazione o il proprietario dell'edificio. Anche i collegamenti NLOS con riflettore passivo comportano una perdita sostanziale a causa del fatto che il segnale ricevuto è una funzione di "legge a doppio quadrato inverso" del segnale di trasmissione, uno per ciascun salto dall'antenna di trasmissione all'antenna di ricezione. Tuttavia, sono stati utilizzati con successo nelle aree montuose rurali per estendere la gamma di collegamenti a microonde LOS intorno alle montagne, creando così collegamenti NLOS. In tali casi, l'installazione del più comune ripetitore attivo non era di solito possibile a causa di problemi nell'ottenere un adeguato alimentatore.

Ripetitori attivi

Un ripetitore attivo è un'apparecchiatura alimentata che comprende essenzialmente un'antenna ricevente, un ricevitore, un trasmettitore e un'antenna trasmittente. Se le estremità del collegamento NLOS sono nelle posizioni A e C, il ripetitore si trova nella posizione B dove i collegamenti AB e BC sono in realtà LOS. Il ripetitore attivo può semplicemente amplificare il segnale ricevuto e ritrasmetterlo non alterato alla stessa frequenza o a una frequenza diversa. Il primo caso è più semplice ed economico, ma richiede un buon isolamento tra due antenne per evitare il feedback, tuttavia ciò significa che la fine del collegamento NLOS su A o C non richiede di cambiare la frequenza di ricezione da quella utilizzata per un collegamento LOS. Un'applicazione tipica potrebbe essere quella di ripetere o ritrasmettere i segnali per i veicoli che utilizzano autoradio nelle gallerie. Un ripetitore che cambia frequenza eviterebbe qualsiasi problema di feedback ma sarebbe più difficile da progettare e costoso e richiederebbe a un ricevitore di cambiare frequenza quando si sposta dalla zona LOS alla zona NLOS.

Un satellite di comunicazione è un esempio di un ripetitore attivo che cambia frequenza. I satelliti per le comunicazioni, nella maggior parte dei casi, sono in orbita geosincrona ad un'altitudine di 3500 km (22.300 miglia) sopra l'equatore.

Propagazione delle onde sotterranee

L'applicazione del Poynting Vector alle onde del piano polarizzate verticalmente a LF (da 30 kHz a 300 kHz) e VLF (da 3 kHz a 30 kHz) indica che un componente del campo viene propagato di alcuni metri sulla superficie della Terra. La propagazione è una perdita molto bassa e sono possibili comunicazioni su migliaia di miglia tramite collegamenti NLOS. Tuttavia, tali basse frequenze per definizione (teorema di campionamento di Nyquist-Shannon) sono una larghezza di banda molto bassa, quindi questo tipo di comunicazione non è ampiamente utilizzato.

Link a dispersione troposferica

Un collegamento NLOS a dispersione troposferica funziona in genere a pochi gigahertz utilizzando potenze di trasmissione potenzialmente molto elevate (in genere da 3 kW a 30 kW, a seconda delle condizioni), ricevitori molto sensibili e antenne a riflettore molto elevate, di solito fisse, di grandi dimensioni. Il raggio di trasmissione è diretto nella troposfera appena sopra l'orizzonte con una densità di flusso di potenza sufficiente che le molecole di gas e vapore acqueo causano la dispersione in una regione nel percorso del fascio nota come volume di dispersione. Alcuni componenti dell'energia dispersa viaggiano nella direzione delle antenne del ricevitore e formano il segnale di ricezione. Dato che ci sono molte particelle che causano la dispersione in questa regione, il modello statico di dissolvenza di Rayleigh può prevedere utilmente comportamento e prestazioni in questo tipo di sistema.

Rifrazione attraverso l'atmosfera terrestre

L'ostruzione che crea un collegamento NLOS potrebbe essere la Terra stessa, come esisterebbe se l'altra estremità del collegamento fosse oltre l'orizzonte ottico. Una proprietà molto utile dell'atmosfera terrestre è che, in media, la densità delle molecole di gas aria si riduce all'aumentare dell'altitudine fino a circa 30 km. La sua permittività relativa o costante dielettrica si riduce costantemente da circa 1.00536 sulla superficie terrestre. Per modellare la variazione dell'indice di rifrazione con l'altitudine, l'atmosfera può essere approssimata a molti strati d'aria sottili, ognuno dei quali ha un indice di rifrazione leggermente più piccolo di quello sottostante. La traiettoria delle onde radio che avanzano attraverso un tale modello di atmosfera in corrispondenza di ciascuna interfaccia, è analoga ai raggi ottici che passano da un mezzo ottico a un altro, come previsto dalla Legge di Snell. Quando il raggio passa da un indice di rifrazione superiore a uno inferiore, tende a piegarsi o rifrangersi lontano dalla normale al limite secondo la Legge di Snell. Quando si tiene conto della curvatura della Terra, si scopre che, in media, le onde radio la cui traiettoria iniziale è verso l'orizzonte ottico segue un percorso che non ritorna sulla superficie terrestre all'orizzonte, ma leggermente al di là di esso. La distanza dall'antenna di trasmissione a dove ritorna è approssimativamente equivalente all'orizzonte ottico, se il raggio terrestre fosse 4/3 del suo valore reale . Il "raggio terrestre 4/3" è un'utile regola empirica per gli ingegneri delle comunicazioni radio durante la progettazione di tale collegamento NLOS.

La regola empirica del raggio terrestre 4/3 è una media dell'atmosfera terrestre, supponendo che sia ragionevolmente omogeneizzata, assente da strati di inversione di temperatura o condizioni meteorologiche insolite. I collegamenti NLOS che sfruttano la rifrazione atmosferica in genere operano a frequenze nelle bande VHF e UHF, inclusi i servizi di trasmissione terrestre FM e TV.

Propagazione anomala

Il fenomeno sopra descritto che l'indice di rifrazione atmosferica, la permittività relativa o la costante dielettrica si riduce gradualmente all'aumentare dell'altezza è dovuto alla riduzione della densità dell'aria atmosferica all'aumentare dell'altezza. La densità dell'aria è anche una funzione della temperatura, che normalmente si riduce anche con l'aumentare dell'altezza. Tuttavia, queste sono solo condizioni nella media; condizioni meteorologiche locali possono creare fenomeni come strati di inversione di temperatura in cui uno strato d'aria caldo si deposita sopra uno strato freddo. All'interfaccia tra loro esiste una variazione relativamente brusca dell'indice di rifrazione da un valore più piccolo nello strato freddo a un valore più grande nello strato caldo. In analogia con la Legge dell'annusata ottica, ciò può causare riflessi significativi delle onde radio verso la superficie terrestre dove sono ulteriormente riflessi, causando così un effetto di canalizzazione. Il risultato è che le onde radio possono propagarsi ben oltre la loro area di servizio prevista con attenuazione inferiore al normale. Questo effetto è evidente solo negli spettri VHF e UHF ed è spesso sfruttato dagli appassionati di radioamatori per ottenere comunicazioni su distanze insolitamente lunghe per le frequenze coinvolte. Per i servizi di comunicazione commerciale non può essere sfruttato perché non è affidabile (le condizioni possono formarsi e disperdersi in pochi minuti) e può causare interferenze ben al di fuori dell'area di servizio normale.

L'inversione della temperatura e la propagazione anomala possono verificarsi alla maggior parte delle latitudini, ma sono più comuni nei climi tropicali rispetto ai climi temperati, generalmente associati ad aree ad alta pressione (anticicloni).

Propagazione ionosferica

Il meccanismo di propagazione ionosferica nel supporto dei collegamenti NLOS è simile a quello per la rifrazione atmosferica ma, in questo caso, la rifrazione delle onde radio non si verifica nell'atmosfera ma nella ionosfera ad altitudini molto maggiori. Come la sua controparte troposferica, la propagazione ionosferica può talvolta essere statisticamente modellata usando la dissolvenza di Rayleigh.

La ionosfera si estende da un'altitudine di circa 50 km a 400 km ed è divisa in distinti strati di plasma indicati con D, E, F1 e F2 in aumento dell'altitudine. La rifrazione delle onde radio da parte della ionosfera piuttosto che dell'atmosfera può quindi consentire collegamenti NLOS di distanza molto maggiore per un solo percorso di rifrazione o "hop" attraverso uno degli strati. In determinate condizioni le onde radio che hanno subito un luppolo possono riflettersi sulla superficie terrestre e sperimentare più salti, aumentando così la portata. Le posizioni di queste e della loro densità ionica sono significativamente controllate dalla radiazione incidente del Sole e quindi cambiano diurno, stagionale e durante l'attività del Sole. La scoperta iniziale che le onde radio potrebbero viaggiare oltre l'orizzonte da parte di Marconi all'inizio del XX secolo ha portato a numerosi studi sulla propagazione ionosferica per i successivi 50 anni circa, che hanno prodotto varie tabelle e grafici di predizione del canale di collegamento HF.

Le frequenze che sono influenzate dalla propagazione ionosferica vanno da circa 500 kHz a 50 MHz, ma la maggior parte di tali collegamenti NLOS operano nelle bande di frequenza "onde corte" o alta frequenza (HF) tra 3 MHz e 30 MHz.

Nella seconda metà del ventesimo secolo, furono sviluppati mezzi alternativi di comunicazione su grandi distanze NLOS come comunicazioni satellitari e fibra ottica sottomarina, entrambe le quali potenzialmente trasportavano larghezze di banda molto più grandi di HF e sono molto più affidabili. Nonostante i loro limiti, le comunicazioni HF necessitano solo di apparecchiature e antenne relativamente economiche, quindi vengono utilizzate principalmente come backup dei principali sistemi di comunicazione e in aree remote scarsamente popolate dove altri metodi di comunicazione non sono convenienti.

Assorbimento finito

Se un oggetto che cambia un collegamento LOS in NLOS non è un buon conduttore ma un materiale intermedio, assorbe parte dell'incidente di potenza RF su di esso. Tuttavia, se ha uno spessore finito, anche l'assorbimento è finito e l'attenuazione risultante delle onde radio può essere tollerabile e un collegamento NLOS può essere impostato usando onde radio che attraversano effettivamente il materiale. Ad esempio, le reti locali senza fili (WLAN) utilizzano spesso collegamenti NLOS ad assorbimento finito per comunicare tra un punto di accesso WLAN e i client WLAN nel tipico ambiente di ufficio. Le radiofrequenze utilizzate, in genere pochi gigahertz (GHz) normalmente passano attraverso alcune pareti sottili di uffici e pareti divisorie con attenuazione tollerabile. Dopo molti di questi muri o dopo alcuni spessi muri di cemento o simili (non metallici) il collegamento NLOS diventa inattuabile.

Altri metodi

La comunicazione Terra-Luna-Terra, le comunicazioni di scoppio di meteore e la propagazione E sporadica sono anche altri metodi per ottenere comunicazioni oltre l'orizzonte radio.

In che modo l'accuratezza del posizionamento è influenzata dalle condizioni NLOS?

Nella maggior parte dei recenti sistemi di localizzazione, si presume che i segnali ricevuti si propaghino attraverso un percorso LOS. Tuttavia, la violazione di questo presupposto può comportare dati di posizionamento imprecisi. Per il sistema di localizzazione basato sull'ora di arrivo, il segnale emesso può arrivare al ricevitore solo attraverso i suoi percorsi NLOS. L'errore NLOS è definito come la distanza aggiuntiva percorsa dal segnale ricevuto rispetto al percorso LOS. L'errore NLOS è sempre influenzato positivamente con la grandezza dipendente dall'ambiente di propagazione.