Den här sidan beskriver grunderna i fading och typer av fading i trådlös kommunikation. Fädningstyperna är indelade i storskalig fading och litenskalig fading (flervägsfördröjningsspridning och dopplerspridning).
Platt fädning och frekvensvalsfädning är en del av flervägsfädning medan snabb fädning och långsam fädning är en del av dopplerspridningsfädning. Dessa fädningstyper implementeras enligt Rayleigh-, Rician-, Nakagami- och Weibull-fördelningar eller -modeller.
Introduktion:
Som vi vet består trådlösa kommunikationssystem av en sändare och en mottagare. Vägen från sändare till mottagare är inte jämn och den överförda signalen kan gå igenom olika typer av dämpningar, inklusive vägförlust, flervägsdämpning etc. Signaldämpningen genom vägen beror på olika faktorer. Dessa är tid, radiofrekvens och sändarens/mottagarens väg eller position. Kanalen mellan sändare och mottagare kan vara tidsvarierande eller fast beroende på om sändaren/mottagaren är fasta eller rör sig i förhållande till varandra.
Vad bleknar?
Tidsvariationen av mottagen signaleffekt på grund av förändringar i överföringsmedium eller -vägar kallas fädning. Fädning beror på olika faktorer som nämnts ovan. I ett fast scenario beror fädningen på atmosfäriska förhållanden som regn, blixtar etc. I ett mobilt scenario beror fädningen på hinder längs vägen som varierar med tiden. Dessa hinder skapar komplexa överföringseffekter på den sända signalen.
Figur 1 visar diagram över amplitud kontra avstånd för långsam och snabb fädning, vilket vi kommer att diskutera senare.
Blekningstyper
Med hänsyn till olika kanalrelaterade försämringar och sändarens/mottagarens position följer följande typer av fädning i trådlösa kommunikationssystem.
➤Storskalig toning: Inkluderar banförlust och skuggningseffekter.
➤Småskalig fädning: Den är indelad i två huvudkategorier, nämligen flervägsfördröjningsspridning och dopplerspridning. Flervägsfördröjningsspridningen är vidare indelad i platt fädning och frekvensselektiv fädning. Dopplerspridningen är indelad i snabb fädning och långsam fädning.
➤Fadingmodeller: Ovanstående fading-typer implementeras i olika modeller eller distributioner som Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull etc.
Som vi vet uppstår fädning av signaler på grund av reflektioner från marken och omgivande byggnader samt spridda signaler från träd, människor och torn som finns i ett stort område. Det finns två typer av fädning, storskalig fädning och litenskalig fädning.
1.) Storskalig blekning
Storskalig fädning uppstår när ett hinder kommer mellan sändare och mottagare. Denna typ av störning orsakar en betydande minskning av signalstyrkan. Detta beror på att elektromagnetiska vågor skuggas eller blockeras av hindret. Det är relaterat till stora fluktuationer i signalen över avstånd.
1.a) Förlust av väg
Förlusten i det fria utrymmet kan uttryckas enligt följande.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Där,
Pt = Sändningseffekt
Pr = Mottagningseffekt
λ = våglängd
d = avståndet mellan sändnings- och mottagningsantennen
c = ljusets hastighet, dvs. 3 x 108
Av ekvationen antyds att den sända signalen dämpas över avståndet allt eftersom signalen sprids över ett större och större område från sändaränden till mottagaränden.
1.b) Skuggningseffekt
• Det observeras i trådlös kommunikation. Skuggning är en avvikelse i mottagen effekt från en elektromagnetisk signal från medelvärdet.
• Det är ett resultat av hinder på vägen mellan sändare och mottagare.
• Det beror på geografisk position samt radiofrekvensen för EM (elektromagnetiska) vågor.
2. Småskalig blekning
Småskalig fädning handlar om snabba fluktuationer i mottagen signalstyrka över mycket korta avstånd och korta tidsperioder.
Baserat påflervägsfördröjningsspridningDet finns två typer av småskalig fädning, nämligen platt fädning och frekvensselektiv fädning. Dessa typer av flervägsfädning beror på utbredningsmiljön.
2.a) Platt fading
En trådlös kanal sägs ha flat fading om den har konstant förstärkning och linjär fasrespons över en bandbredd som är större än bandbredden för den sända signalen.
Vid denna typ av fading fluktuerar alla frekvenskomponenter i den mottagna signalen i samma proportioner samtidigt. Det är också känt som icke-selektiv fading.
• Signal BW << Kanal BW
• Symbolperiod >> Fördröjningsspridning
Effekten av flat fading ses som en minskning av signal-brusförhållandet (SNR). Dessa flat fading-kanaler är kända som amplitudvarierande kanaler eller smalbandskanaler.
2.b) Frekvensselektiv fading
Det påverkar olika spektralkomponenter i en radiosignal med olika amplituder. Därav namnet selektiv fädning.
• Signal BW > Kanal BW
• Symbolperiod < Fördröjningsspridning
Baserat pådopplerspridningDet finns två typer av fädning, nämligen snabb fädning och långsam fädning. Dessa dopplerspridningsfädningstyper beror på mobilhastigheten, dvs. mottagarens hastighet i förhållande till sändarens.
2.c) Snabb blekning
Fenomenet snabb fädning representeras av snabba fluktuationer i signalen över små områden (dvs. bandbredd). När signalerna anländer från alla riktningar i planet kommer snabb fädning att observeras för alla rörelseriktningar.
Snabb fädning inträffar när kanalens impulssvar ändras mycket snabbt inom symbolens varaktighet.
• Hög dopplerspridning
• Symbolperiod > Koherenstid
• Signalvariation < Kanalvariation
Denna parameter resulterar i frekvensdispersion eller tidsselektiv fädning på grund av dopplerspridning. Snabb fädning är ett resultat av reflektioner från lokala objekt och objekts rörelse i förhållande till dessa objekt.
Vid snabb fädning är mottagna signaler summan av ett flertal 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. Fasförhållandena beror på rörelsehastighet, överföringsfrekvens och relativa väglängder.
Snabb fädning förvränger formen på basbandspulsen. Denna förvrängning är linjär och skaparISI(Intersymbolstörning). Adaptiv utjämning minskar ISI genom att ta bort linjär distorsion inducerad av kanalen.
2.d) Långsam blekning
Långsam blekning är ett resultat av skuggning från byggnader, kullar, berg och andra föremål längs vägen.
• Låg Doppler-spridning
• Symbolperiod <
• Signalvariation >> Kanalvariation
Implementering av fadingmodeller eller fadingdistributioner
Implementeringar av fädningsmodeller eller fädningsdistributioner inkluderar Rayleigh-fädning, Riciansk fädning, Nakagami-fädning och Weibull-fädning. Dessa kanaldistributioner eller modeller är utformade för att införliva fädning i basbandsdatasignalen enligt fädningsprofilkraven.
Rayleigh-blekning
• I Rayleigh-modellen simuleras endast komponenter utan siktlinje (NLOS) mellan sändare och mottagare. Det antas att det inte finns någon siktlinje mellan sändare och mottagare.
• MATLAB tillhandahåller funktionen "rayleighchan" för att simulera Rayleigh-kanalmodellen.
• Effekten är exponentiellt fördelad.
• Fasen är jämnt fördelad och oberoende av amplituden. Det är den mest använda typen av fading inom trådlös kommunikation.
Ricansk blekning
• I den amerikanska modellen simuleras både siktlinjekomponenter (LOS) och komponenter som inte är siktlinjekomponenter (NLOS) mellan sändare och mottagare.
• MATLAB tillhandahåller funktionen "ricianchan" för att simulera Riciansk kanalmodell.
Nakagami bleknar
Nakagami fadding channel är en statistisk modell som används för att beskriva trådlösa kommunikationskanaler där den mottagna signalen genomgår flervägsfädning. Den representerar miljöer med måttlig till kraftig fädning, såsom stads- eller förortsområden. Följande ekvation kan användas för att simulera Nakagami fading channel-modellen.
• I detta fall betecknar vi h = r*ejΦoch vinkeln Φ är jämnt fördelad på [-π, π]
• Variabeln r och Φ antas vara ömsesidigt oberoende.
• Nakagami-pdf:n uttrycks som ovan.
• I Nakagami-pdf:n, 2σ2= E{r2}, Γ(.) är gammafunktionen och k >= (1/2) är fädningstalet (frihetsgrader relaterade till antalet tillagda Gaussion-slumpvariabler).
• Den utvecklades ursprungligen empiriskt baserat på mätningar.
• Momentan mottagningseffekt är gammafördelad. • Med k = 1 Rayleigh = Nakagami
Weibull-blekning
Denna kanal är en annan statistisk modell som används för att beskriva trådlös kommunikationskanal. Weibull-fädningskanalen används ofta för att representera miljöer med olika typer av fädningsförhållanden, inklusive både svag och kraftig fädning.
Där,
2σ2= E{r2}
• Weibullfördelningen representerar ytterligare en generalisering av Rayleighfördelningen.
• När X och Y är iid nollmedelvärden Gaussiska variabler, är enveloppen för R = (X2+ Y2)1/2är Rayleigh-fördelad. • Emellertid definieras enveloppen R = (X2+ Y2)1/2, och motsvarande pdf (effektfördelningsprofil) är Weibull-distribuerad.
• Följande ekvation kan användas för att simulera Weibull-fadingmodellen.
På den här sidan har vi gått igenom olika ämnen om fading, såsom vad en fadingkanal är, dess typer, fadingmodeller, deras tillämpningar, funktioner och så vidare. Man kan använda informationen på den här sidan för att jämföra och härleda skillnaden mellan liten skalig fading och storskalig fading, skillnaden mellan flat fading och frekvensselektiv fading, skillnaden mellan snabb fading och långsam fading, skillnaden mellan Rayleigh-fading och American-fading och så vidare.
E-mail:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Hemsida: www.rf-miso.com
Publiceringstid: 14 augusti 2023
