Această pagină descrie noțiunile de bază despre fading și tipurile de fading în comunicațiile wireless. Tipurile de fading sunt împărțite în fading la scară largă și fading la scară mică (împrăștiere de întârziere pe mai multe căi și răspândire Doppler).
Fadingul plat și fadingul prin selectarea frecvenței fac parte din fadingul multipath, în timp ce fadingul rapid și fadingul lent fac parte din fadingul prin dispersie Doppler. Aceste tipuri de fading sunt implementate conform distribuțiilor sau modelelor Rayleigh, Rician, Nakagami și Weibull.
Introducere:
După cum știm, sistemul de comunicații wireless este format dintr-un emițător și un receptor. Calea de la emițător la receptor nu este lină, iar semnalul transmis poate trece prin diverse tipuri de atenuări, inclusiv pierderi pe cale, atenuare multipath etc. Atenuarea semnalului pe cale depinde de diverși factori. Aceștia sunt timpul, frecvența radio și calea sau poziția emițătorului/receptorului. Canalul dintre emițător și receptor poate varia în timp sau poate fi fix, în funcție de dacă emițătorul/receptorul sunt fixe sau se mișcă unul față de celălalt.
Ce este estomparea?
Variația în timp a puterii semnalului recepționat din cauza modificărilor mediului sau căilor de transmisie este cunoscută sub numele de fading. Fading-ul depinde de diverși factori, așa cum s-a menționat mai sus. În scenariul fix, fading-ul depinde de condițiile atmosferice, cum ar fi ploaia, fulgerele etc. În scenariul mobil, fading-ul depinde de obstacolele de pe cale, care variază în funcție de timp. Aceste obstacole creează efecte complexe de transmisie asupra semnalului transmis.
Figura 1 prezintă diagrama amplitudine în funcție de distanță pentru tipurile de fading lent și fading rapid, pe care le vom discuta mai târziu.
Tipuri de estompare
Tipurile de fading în sistemul de comunicații wireless sunt luate în considerare diversele deficiențe legate de canal și urmărirea poziției emițătorului/receptorului.
➤Decolorare la scară largă: Include pierderea traiectoriei și efecte de umbrire.
➤Fading la scară mică: Se împarte în două categorii principale, și anume, dispersia întârzierii pe căi multiple și dispersia Doppler. Dispersia întârzierii pe căi multiple este în continuare împărțită în fading plat și fading selectiv în frecvență. Dispersia Doppler este împărțită în fading rapid și fading lent.
➤Modele de fading: Tipurile de fading de mai sus sunt implementate în diverse modele sau distribuții, care includ Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull etc.
După cum știm, semnalele de fading apar din cauza reflexiilor de la sol și de la clădirile din jur, precum și a semnalelor împrăștiate de la copaci, oameni și turnuri prezente în zona extinsă. Există două tipuri de fading, și anume fading la scară largă și fading la scară mică.
1.) Decolorare la scară largă
Fadingul la scară largă apare atunci când un obstacol se interpune între emițător și receptor. Acest tip de interferență provoacă o reducere semnificativă a intensității semnalului. Acest lucru se datorează faptului că unda EM este umbrită sau blocată de obstacol. Este legată de fluctuații mari ale semnalului pe distanță.
1.a) Pierderea de cale
Pierderea pe calea liberă poate fi exprimată după cum urmează.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Unde,
Pt = Putere de transmisie
Pr = Putere de recepție
λ = lungime de undă
d = distanța dintre antena de emisie și cea de recepție
c = viteza luminii, adică 3 x 108
Din ecuație, se implică faptul că semnalul transmis se atenuează pe distanță, pe măsură ce semnalul este răspândit pe o suprafață din ce în ce mai mare de la capătul transmisiei către capătul receptorului.
1.b) Efect de umbrire
• Se observă în comunicațiile fără fir. Umbrirea este abaterea puterii recepționate a semnalului EM de la valoarea medie.
• Este rezultatul obstacolelor de pe calea dintre emițător și receptor.
• Depinde de poziția geografică, precum și de frecvența radio a undelor EM (electromagnetice).
2. Decolorare la scară mică
Fadingul la scară mică se referă la fluctuații rapide ale intensității semnalului recepționat pe distanțe foarte scurte și perioade de timp scurte.
Bazat perăspândirea întârzierii pe mai multe căiExistă două tipuri de fading la scară mică, și anume fading plat și fading selectiv în frecvență. Aceste tipuri de fading pe căi multiple depind de mediul de propagare.
2.a) Decolorare plată
Se spune că un canal wireless are fading plat dacă are un câștig constant și un răspuns de fază liniar pe o lățime de bandă mai mare decât lățimea de bandă a semnalului transmis.
În acest tip de fading, toate componentele de frecvență ale semnalului recepționat fluctuează simultan în aceleași proporții. Este cunoscut și sub numele de fading neselectiv.
• Lățime de bandă a semnalului << Lățime de bandă a canalului
• Perioada simbolului >> Întârziere la răspândire
Efectul fadingului plat se observă ca o scădere a raportului semnal-zgomot (SNR). Aceste canale de fading plat sunt cunoscute sub numele de canale cu amplitudine variabilă sau canale cu bandă îngustă.
2.b) Fading selectiv în frecvență
Afectează diferite componente spectrale ale unui semnal radio cu amplitudini diferite. De aici și denumirea de fading selectiv.
• Lățime de bandă semnal > Lățime de bandă canal
• Perioada simbolului < Întârziere de răspândire
Bazat perăspândirea DopplerExistă două tipuri de fading, și anume fading rapid și fading lent. Aceste tipuri de fading prin dispersie Doppler depind de viteza mobilului, adică de viteza receptorului în raport cu emițătorul.
2.c) Decolorare rapidă
Fenomenul de fading rapid este reprezentat de fluctuații rapide ale semnalului pe suprafețe mici (adică lățime de bandă). Când semnalele sosesc din toate direcțiile planului, se va observa un fading rapid pentru toate direcțiile de mișcare.
Fadingul rapid apare atunci când răspunsul la impuls al canalului se modifică foarte rapid în durata simbolului.
• Răspândire Doppler ridicată
• Perioada simbolului > Timp de coerență
• Variația semnalului < Variația canalului
Acești parametri duc la dispersie de frecvență sau la fading selectiv în timp datorat dispersiei Doppler. Fading-ul rapid este rezultatul reflexiilor obiectelor locale și al mișcării obiectelor în raport cu aceste obiecte.
În cazul fadingului rapid, semnalul recepționat este suma numeroaselor semnale reflectate de diverse suprafețe. Acest semnal este suma sau diferența mai multor semnale care pot fi constructive sau distructive pe baza schimbării de fază relative dintre ele. Relațiile de fază depind de viteza de mișcare, frecvența de transmisie și lungimile relative ale traseului.
Fading-ul rapid distorsionează forma impulsului în banda de bază. Această distorsiune este liniară și creeazăISI(Interferență între simboluri). Egalizarea adaptivă reduce ISI prin eliminarea distorsiunii liniare induse de canal.
2.d) Decolorare lentă
Estomparea lentă este rezultatul umbririi de către clădiri, dealuri, munți și alte obiecte de pe cale.
• Răspândire Doppler scăzută
• Perioada simbolului <
• Variația semnalului >> Variația canalului
Implementarea modelelor de fading sau a distribuțiilor de fading
Implementările modelelor de fading sau ale distribuțiilor de fading includ fading-ul Rayleigh, fading-ul Rician, fading-ul Nakagami și fading-ul Weibull. Aceste distribuții sau modele de canal sunt concepute pentru a încorpora fading-ul în semnalul de date din banda de bază, conform cerințelor profilului de fading.
Falingul Rayleigh
• În modelul Rayleigh, doar componentele care nu sunt în linie dreaptă (Non Line of Sight - NLOS) sunt simulate între emițător și receptor. Se presupune că nu există o cale LOS între emițător și receptor.
• MATLAB oferă funcția „rayleighchan” pentru simularea modelului de canal Rayleigh.
• Puterea este distribuită exponențial.
• Faza este distribuită uniform și independentă de amplitudine. Este cel mai utilizat tip de fading în comunicațiile wireless.
Decolorarea Ricianului
• În modelul rician, atât componentele liniare de vizibilitate (LOS), cât și cele non-linia de vizibilitate (NLOS) sunt simulate între emițător și receptor.
• MATLAB oferă funcția „ricianchan” pentru a simula modelul de canal rician.
Nakagami se estompează
Canalul de fading Nakagami este un model statistic utilizat pentru a descrie canalele de comunicații wireless în care semnalul recepționat suferă un fading multipath. Acesta reprezintă medii cu fading moderat până la sever, cum ar fi zonele urbane sau suburbane. Următoarea ecuație poate fi utilizată pentru a simula modelul canalului de fading Nakagami.
• În acest caz notăm h = r*ejΦși unghiul Φ este distribuit uniform pe [-π, π]
• Se presupune că variabila r și Φ sunt reciproc independente.
• Fișierul pdf Nakagami este exprimat ca mai sus.
• În fișierul PDF Nakagami, 2σ2= E{r2}, Γ(.) este funcția Gamma și k >= (1/2) este cifra de fading (grade de libertate legate de numărul de variabile aleatoare Gaussion adăugate).
• A fost inițial dezvoltat empiric pe baza măsurătorilor.
• Puterea de recepție instantanee este distribuită Gamma. • Cu k = 1, Rayleigh = Nakagami
Decolorarea Weibull
Acest canal este un alt model statistic utilizat pentru a descrie canalul de comunicații wireless. Canalul de fading Weibull este utilizat în mod obișnuit pentru a reprezenta medii cu diverse tipuri de condiții de fading, inclusiv fading slab și sever.
Unde,
2σ2= E{r2}
• Distribuția Weibull reprezintă o altă generalizare a distribuției Rayleigh.
• Când X și Y sunt variabile gaussiene iid cu medie zero, anvelopa lui R = (X2+ Y2)1/2este distribuită Rayleigh. • Totuși, anvelopa este definită R = (X2+ Y2)1/2, iar profilul de distribuție a puterii (pdf) corespunzător este distribuit de Weibull.
• Următoarea ecuație poate fi utilizată pentru a simula modelul de fading Weibull.
În această pagină am parcurs diverse subiecte despre fading, cum ar fi ce este un canal de fading, tipurile sale, modelele de fading, aplicațiile, funcțiile acestora și așa mai departe. Se pot folosi informațiile furnizate pe această pagină pentru a compara și a obține diferența dintre fadingul la scară mică și fadingul la scară largă, diferența dintre fadingul plat și fadingul selectiv în frecvență, diferența dintre fadingul rapid și fadingul lent, diferența dintre fadingul Rayleigh și fadingul Rician și așa mai departe.
E-mail:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Site web: www.rf-miso.com
Data publicării: 14 august 2023
