Fading Grunderna och typer av fading i trådlös kommunikation

Med tanke på olika kanalrelaterade försämringar och positionen för sändaren/mottagaren följer följande typer av fading i trådlösa kommunikationssystem.
➤Large Scale Fading: Det inkluderar banförlust och skuggeffekter.
➤Small Scale Fading: Den är indelad i två huvudkategorier, nämligen. flervägsfördröjningsspridning och dopplerspridning. Flervägsfördröjningsspridningen är vidare uppdelad i platt fädning och frekvensselektiv fädning. Dopplerspridning delas in i snabb blekning och långsam blekning.
➤Fedningsmodeller: Ovanstående blekningstyper implementeras i olika modeller eller distributioner som inkluderar Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull etc.

Som vi vet uppstår blekningssignaler på grund av reflektioner från mark och omgivande byggnader samt spridda signaler från träd, människor och torn som finns i det stora området. Det finns två typer av blekning, dvs. storskalig blekning och småskalig blekning.

1.) Storskalig blekning

Storskalig fading uppstår när ett hinder kommer in mellan sändare och mottagare. Denna interferenstyp orsakar en betydande minskning av signalstyrkan. Detta beror på att EM-vågen skuggas eller blockeras av hindret. Det är relaterat till stora fluktuationer i signalen över avstånd.

1.a) Banförlust

Förlusten av fritt utrymmesväg kan uttryckas på följande sätt.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)²/ λ²} = (4*π*f*d)²/c²
Där,
Pt = Sändningseffekt
Pr = Ta emot kraft
λ = våglängd
d = avståndet mellan sändande och mottagande antenn
c = ljusets hastighet dvs 3 x 10⁸

Från ekvationen antyder det att sänd signal dämpas över avstånd när signalen sprids över ett större och större område från sändningsänden till mottagaränden.

1.b) Skuggeffekt

• Det observeras vid trådlös kommunikation. Skuggning är avvikelsen mellan den mottagna effekten hos EM-signalen från medelvärdet.
• Det är ett resultat av hinder över vägen mellan sändare och mottagare.
• Det beror på geografisk position såväl som radiofrekvensen för EM (elektromagnetiska) vågor.

2. Småskalig blekning

Småskalig fädning handlar om snabba fluktuationer av mottagen signalstyrka över mycket korta avstånd och korta tidsperioder.

Baserat påflervägsfördröjningsspridningdet finns två typer av småskalig blekning, dvs. flat fading och frekvensselektiv fading. Dessa flervägsfädningstyper beror på spridningsmiljön.

2.a) Platt blekning

Den trådlösa kanalen sägs vara flatfading om den har konstant förstärkning och linjär fassvar över en bandbredd som är större än bandbredden för den sända signalen.

Vid denna typ av fädning fluktuerar alla frekvenskomponenterna i den mottagna signalen i samma proportioner samtidigt. Det är också känt som icke-selektiv blekning.

• Signal BW << Kanal BW
• Symbolperiod >> Fördröjd spridning

Effekten av platt blekning ses som en minskning av SNR. Dessa platta fädningskanaler är kända som amplitudvarierande kanaler eller smalbandskanaler.

2.b) Frekvensselektiv fading

Det påverkar olika spektrala komponenter i en radiosignal med olika amplituder. Därav namnet selektiv blekning.

• Signal BW > Kanal BW
• Symbolperiod < Fördröjd spridning

Baserat pådopplerspridningdet finns två typer av blekning, dvs. snabb blekning och långsam blekning. Dessa dopplerspridningsfadingtyper beror på mobilhastighet, dvs mottagarens hastighet i förhållande till sändaren.

2.c) Snabb blekning

Fenomenet snabb fädning representeras av snabba signalfluktuationer över små ytor (dvs. bandbredd). När signalerna kommer från alla riktningar i planet kommer snabb fädning att observeras för alla rörelseriktningar.

Snabb fädning inträffar när kanalimpulssvaret ändras mycket snabbt inom symbolens varaktighet.

• Hög dopplerspridning
• Symbolperiod > Koherenstid
• Signalvariation < Kanalvariation

Dessa parametrar resulterar i frekvensspridning eller tidsselektiv fädning på grund av dopplerspridning. Snabb blekning är resultatet av reflektioner av lokala objekt och rörelse av objekt i förhållande till dessa objekt.

Vid snabb fädning är mottagningssignalen summan av ett stort antal signaler som reflekteras från olika ytor. Denna signal är summan eller skillnaden av flera signaler som kan vara konstruktiva eller destruktiva baserat på relativ fasförskjutning mellan dem. Fasförhållanden beror på rörelsehastighet, överföringsfrekvens och relativa väglängder.

Snabb fading förvränger formen på basbandspulsen. Denna förvrängning är linjär och skaparISI(Intersymbolinterferens). Adaptiv utjämning minskar ISI genom att ta bort linjär distorsion inducerad av kanalen.

2.d) Långsam blekning

Långsam blekning är resultatet av skuggning av byggnader, kullar, berg och andra föremål över stigen.

• Låg dopplerspridning
• Symbolperiod <
• Signalvariation >> Kanalvariation

Implementering av fading-modeller eller fading-distributioner

Implementeringar av blekningsmodeller eller blekningsdistributioner inkluderar Rayleigh-fading, Rician-fading, Nakagami-fading och Weibull-fading. Dessa kanalfördelningar eller modeller är utformade för att inkorporera fädning i basbandsdatasignalen enligt fädningsprofilkraven.

Rayleigh bleknar

• I Rayleigh-modellen simuleras endast Non Line of Sight (NLOS) komponenter mellan sändare och mottagare. Det antas att det inte finns någon LOS-väg mellan sändare och mottagare.
• MATLAB tillhandahåller "rayleighchan"-funktion för att simulera rayleigh-kanalmodell.
• Effekten är exponentiellt fördelad.
• Fasen är jämnt fördelad och oberoende av amplituden. Det är den mest använda typen av blekning i trådlös kommunikation.

Rician bleknar

• I rician-modellen simuleras både Line of Sight (LOS) och icke Line of Sight (NLOS) komponenter mellan sändare och mottagare.
• MATLAB tillhandahåller "ricianchan"-funktion för att simulera rician-kanalmodell.

Nakagami bleknar

Nakagami-fadingkanal är en statistisk modell som används för att beskriva trådlösa kommunikationskanaler där den mottagna sgnalen genomgår flervägsfading. Det representerar miljöer med måttlig till kraftig blekning som stads- eller förortsområden. Följande ekvation kan användas för att simulera Nakagami-fadingkanalmodell.