Na tej stronie opisano podstawy i rodzaje zanikania sygnału w komunikacji bezprzewodowej. Rodzaje zanikania dzielą się na zanikanie na dużą skalę i zanikanie na małą skalę (wielościeżkowe rozproszenie opóźnienia i rozproszenie Dopplera).
Płaskie zanikanie i zanikanie z wyborem częstotliwości są częścią zanikania wielościeżkowego, podczas gdy szybkie zanikanie i powolne zanikanie są częścią zanikania rozproszonego Dopplera. Te typy zanikania są realizowane zgodnie z rozkładami lub modelami Rayleigha, Riciana, Nakagamiego i Weibulla.
Wstęp:
Jak wiemy system komunikacji bezprzewodowej składa się z nadajnika i odbiornika. Droga od nadajnika do odbiornika nie jest gładka, a przesyłany sygnał może podlegać różnym rodzajom tłumień, w tym utracie ścieżki, tłumieniu wielodrożnemu itp. Tłumienie sygnału w ścieżce zależy od różnych czynników. Są to czas, częstotliwość radiowa i droga lub pozycja nadajnika/odbiornika. Kanał między nadajnikiem a odbiornikiem może zmieniać się w czasie lub być stały w zależności od tego, czy nadajnik/odbiornik są nieruchome, czy też poruszają się względem siebie.
Co zanika?
Zmiana w czasie mocy odbieranego sygnału spowodowana zmianami medium transmisyjnego lub ścieżek nazywana jest zanikaniem. Blaknięcie zależy od różnych czynników, jak wspomniano powyżej. W scenariuszu stałym zanikanie zależy od warunków atmosferycznych, takich jak opady deszczu, wyładowania atmosferyczne itp. W scenariuszu mobilnym zanikanie zależy od przeszkód na ścieżce, które zmieniają się w czasie. Przeszkody te powodują złożone efekty transmisji przesyłanego sygnału.
Rysunek 1 przedstawia wykres amplitudy w funkcji odległości dla typów powolnego i szybkiego zanikania, które omówimy później.
Typy blaknące
Biorąc pod uwagę różne zaburzenia związane z kanałem i pozycję nadajnika/odbiornika, można określić rodzaje zaniku sygnału w systemie komunikacji bezprzewodowej.
➤Zanikanie na dużą skalę: Obejmuje efekty utraty ścieżki i cieniowania.
➤Zanikanie na małą skalę: Jest podzielone na dwie główne kategorie, a mianowicie. wielościeżkowe rozproszenie opóźnienia i rozproszenie Dopplera. Rozprzestrzenianie się opóźnienia wielościeżkowego jest dalej podzielone na zanikanie płaskie i zanikanie selektywne częstotliwościowo. Rozproszenie Dopplera dzieli się na szybkie zanikanie i powolne zanikanie.
➤Modele zanikania: Powyższe typy zanikania są realizowane w różnych modelach lub dystrybucjach, w tym Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull itp.
Jak wiemy, zanikanie sygnałów następuje na skutek odbić od podłoża i otaczających budynków, a także rozproszonych sygnałów od drzew, ludzi i wież znajdujących się na dużym obszarze. Istnieją dwa rodzaje blaknięcia, tj. blaknięcie na dużą skalę i blaknięcie na małą skalę.
1.) Zanikanie na dużą skalę
Zanik sygnału na dużą skalę ma miejsce, gdy pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem pojawia się przeszkoda. Ten typ zakłóceń powoduje znaczne zmniejszenie siły sygnału. Dzieje się tak dlatego, że fala elektromagnetyczna jest zasłonięta lub zablokowana przez przeszkodę. Związane jest to z dużymi wahaniami sygnału na odległość.
1.a) Utrata ścieżki
Stratę ścieżki wolnej przestrzeni można wyrazić w następujący sposób.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Gdzie,
Pt = moc nadawania
Pr = Odbierz moc
λ = długość fali
d = odległość pomiędzy anteną nadawczą i odbiorczą
c = prędkość światła, tj. 3 x 108
Z równania wynika, że transmitowany sygnał tłumi się wraz z odległością, w miarę jak sygnał jest rozprzestrzeniany na coraz większym obszarze od końca nadawczego do końca odbiorczego.
1.b) Efekt cieniowania
• Jest to obserwowane w komunikacji bezprzewodowej. Zacienienie to odchylenie mocy odbieranego sygnału EM od wartości średniej.
• Jest to spowodowane przeszkodami na drodze pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem.
• Zależy to od położenia geograficznego oraz częstotliwości radiowej fal EM (elektromagnetycznych).
2. Zanikanie na małą skalę
Zanik na małą skalę dotyczy szybkich wahań siły odbieranego sygnału na bardzo małej odległości i w krótkim czasie.
Na podstawiewielościeżkowe rozprzestrzenianie się opóźnieniaistnieją dwa rodzaje blaknięcia na małą skalę, a mianowicie. zanikanie płaskie i zanikanie selektywne częstotliwościowo. Te wielościeżkowe typy zanikania zależą od środowiska propagacji.
2.a) Płaskie blaknięcie
Mówi się, że kanał bezprzewodowy ma płaskie zanikanie, jeśli ma stałe wzmocnienie i liniową odpowiedź fazową w paśmie większym niż szerokość pasma transmitowanego sygnału.
W tym typie zaniku wszystkie składowe częstotliwości odbieranego sygnału zmieniają się jednocześnie w tych samych proporcjach. Nazywa się to również zanikaniem nieselektywnym.
• Sygnał BW << Kanał BW
• Okres symbolu >> Rozprzestrzenianie opóźnienia
Efekt płaskiego zanikania jest postrzegany jako spadek współczynnika SNR. Te płaskie kanały zanikające są znane jako kanały o zmiennej amplitudzie lub kanały wąskopasmowe.
2.b) Zanik selektywny częstotliwościowo
Wpływa na różne składowe widmowe sygnału radiowego o różnych amplitudach. Stąd nazwa selektywne zanikanie.
• Sygnał BW > Kanał BW
• Okres symbolu < Rozprzestrzenianie opóźnienia
Na podstawierozproszenie Doppleraistnieją dwa rodzaje blaknięcia, tj. szybkie blaknięcie i powolne blaknięcie. Te typy zanikania rozproszenia Dopplera zależą od prędkości mobilnej, tj. prędkości odbiornika względem nadajnika.
2.c) Szybkie blaknięcie
Zjawisko szybkiego zanikania jest reprezentowane przez szybkie wahania sygnału na małych obszarach (tj. szerokości pasma). Gdy sygnały dotrą ze wszystkich kierunków płaszczyzny, we wszystkich kierunkach ruchu będzie można zaobserwować szybkie ich zanikanie.
Szybkie zanikanie ma miejsce, gdy odpowiedź impulsowa kanału zmienia się bardzo szybko w czasie trwania symbolu.
• Wysoki rozrzut Dopplera
• Okres symbolu > Czas koherencji
• Odchylenie sygnału < Odchylenie kanału
Parametry te powodują rozproszenie częstotliwości lub selektywne czasowo zanikanie spowodowane rozpraszaniem dopplerowskim. Szybkie blaknięcie jest wynikiem odbić lokalnych obiektów i ruchu obiektów względem tych obiektów.
Przy szybkim zanikaniu, odbierany sygnał jest sumą wielu sygnałów odbijanych od różnych powierzchni. Sygnał ten jest sumą lub różnicą wielu sygnałów, które mogą być konstruktywne lub destrukcyjne w oparciu o względne przesunięcie fazowe między nimi. Zależności fazowe zależą od prędkości ruchu, częstotliwości transmisji i względnych długości ścieżek.
Szybkie zanikanie zniekształca kształt impulsu pasma podstawowego. To zniekształcenie jest liniowe i tworzyISI(Interferencja między symbolami). Korekcja adaptacyjna zmniejsza ISI poprzez usuwanie zniekształceń liniowych wywołanych przez kanał.
2.d) Powolne zanikanie
Powolne zanikanie jest wynikiem cieniowania przez budynki, wzgórza, góry i inne obiekty znajdujące się na ścieżce.
• Niski rozrzut Dopplera
• Okres symbolu <
• Zmiany sygnału >> Zmiany kanałów
Implementacja modeli Fading lub rozkładów Fading
Implementacje modeli zanikania lub rozkładów zanikania obejmują zanikanie Rayleigha, zanikanie Riciana, zanikanie Nakagamiego i zanikanie Weibulla. Te rozkłady lub modele kanałów są zaprojektowane tak, aby uwzględnić zanik sygnału danych pasma podstawowego zgodnie z wymaganiami profilu zaniku.
Blaknięcie Rayleigha
• W modelu Rayleigha pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem symulowane są tylko komponenty niewidoczne na linii wzroku (NLOS). Zakłada się, że pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem nie istnieje żadna ścieżka LOS.
• MATLAB udostępnia funkcję „rayleighchan” do symulacji modelu kanału Rayleigha.
• Moc jest rozkładana wykładniczo.
• Faza jest równomiernie rozłożona i niezależna od amplitudy. Jest to najczęściej używany rodzaj zanikania w komunikacji bezprzewodowej.
Zanik Riciana
• W modelu Rician pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem symulowane są zarówno komponenty w zasięgu wzroku (LOS), jak i elementy nie w zasięgu wzroku (NLOS).
• MATLAB udostępnia funkcję „ricianchan” do symulacji modelu kanału Rician.
Zanikanie Nakagami
Kanał zanikania Nakagami to model statystyczny używany do opisu kanałów komunikacji bezprzewodowej, w których odebrany sygnał ulega wielościeżkowemu zanikowi. Reprezentuje środowiska o umiarkowanym lub silnym blaknięciu, takie jak obszary miejskie lub podmiejskie. Poniższe równanie można wykorzystać do symulacji modelu kanału zanikania Nakagamiego.
• W tym przypadku oznaczamy h = r*ejΦa kąt Φ jest równomiernie rozłożony na [-π, π]
• Zakłada się, że zmienne r i Φ są wzajemnie niezależne.
• Plik PDF Nakagami ma formę jak powyżej.
• W Nakagami pdf, 2σ2= E{r2}, Γ(.) to funkcja Gamma, a k >= (1/2) to liczba zanikająca (stopnie swobody związane z liczbą dodanych zmiennych losowych Gaussa).
• Pierwotnie został opracowany empirycznie w oparciu o pomiary.
• Chwilowa moc odbioru ma rozkład gamma. • Przy k = 1 Rayleigh = Nakagami
Zanik Weibulla
Kanał ten jest kolejnym modelem statystycznym używanym do opisu kanału komunikacji bezprzewodowej. Kanał zanikania Weibulla jest powszechnie używany do reprezentowania środowisk o różnych typach warunków zaniku, w tym zarówno zaniku słabego, jak i silnego.
Gdzie,
2σ2= E{r2}
• Rozkład Weibulla stanowi kolejne uogólnienie rozkładu Rayleigha.
• Gdy X i Y są średnimi zmiennymi gaussowskimi o wartości zerowej, obwiednia R = (X2+ Y2)1/2jest dystrybucją Rayleigha. • Jednakże zdefiniowano obwiednię R = (X2+ Y2)1/2, a odpowiedni plik PDF (profil dystrybucji mocy) jest dystrybuowany przez firmę Weibull.
• Poniższe równanie można zastosować do symulacji modelu zaniku Weibulla.
Na tej stronie omówiliśmy różne tematy dotyczące zanikania, takie jak czym jest kanał zanikania, jego rodzaje, modele zanikania, ich zastosowania, funkcje i tak dalej. Informacje podane na tej stronie można wykorzystać w celu porównania i wyliczenia różnic między zanikaniem na małą skalę a zanikaniem na dużą skalę, różnicą między zanikaniem płaskim a zanikaniem selektywnym częstotliwościowo, różnicą między zanikaniem szybkim i powolnym, różnicą między zanikaniem Rayleigha a zanikaniem Rician oraz Wkrótce.
E-mail:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Strona internetowa: www.rf-miso.com
Czas publikacji: 14 sierpnia 2023 r
