Ez az oldal a fading alapjait és a vezeték nélküli kommunikáció fading típusait ismerteti. A fading típusok nagy léptékű halványításra és kis léptékű fadingra (többutas késleltetési szórás és doppler szórás) vannak felosztva.
A lapos fading és a frekvenciaválasztó fading a többutas fading része, ahol a gyors fading és a lassú fading a Doppler-szórás fading része. Ezek a fading típusok Rayleigh, Rician, Nakagami és Weibull disztribúciók vagy modellek szerint vannak megvalósítva.
Bevezetés:
Mint tudjuk, a vezeték nélküli kommunikációs rendszer adóból és vevőből áll. Az út az adótól a vevőig nem zökkenőmentes, és az átvitt jel különféle csillapításokon mehet keresztül, beleértve az útveszteséget, a többutas csillapítást stb. Az útvonalon keresztüli jelgyengülés különböző tényezőktől függ. Ezek az idő, a rádiófrekvencia és az adó/vevő útja vagy pozíciója. Az adó és a vevő közötti csatorna lehet időben változó vagy rögzített attól függően, hogy az adó/vevő fix vagy mozog egymáshoz képest.
Mi az elhalványulás?
A vett jelteljesítmény időbeli változását az átviteli közeg vagy az utak változásai miatt fadingnak nevezik. A fakulás számos tényezőtől függ, amint azt fentebb említettük. Fix forgatókönyv esetén az elhalványulás a légköri viszonyoktól függ, mint például csapadék, világosság stb. Mobil forgatókönyv esetén az elhalványulás az útvonalon lévő akadályoktól függ, amelyek időben változnak. Ezek az akadályok összetett átviteli hatásokat hoznak létre a továbbított jelben.
Az 1. ábra az amplitúdó-távolság diagramot ábrázolja a lassú fading és a gyors fading típusokhoz, amelyeket később tárgyalunk.
Fading típusok
Figyelembe véve a különféle csatornákkal kapcsolatos károsodásokat és az adó/vevő helyzetét, a következőkben ismertetjük a vezeték nélküli kommunikációs rendszer fading típusait.
➤Large Scale Fading: Tartalmazza az útvesztést és az árnyékolási effektusokat.
➤Kis léptékű fading: Két fő kategóriába sorolható, nevezetesen. többutas késleltetési terjedés és doppler terjedés. A többutas késleltetési szórást tovább osztják lapos fadingra és frekvenciaszelektív fadingra. A Doppler-szórást gyors és lassú halványulásra osztják.
➤Fading modellek: A fenti fading típusok különféle modellekben vagy disztribúciókban vannak megvalósítva, beleértve a Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull stb.
Mint tudjuk, az elhalványuló jelek a földről és a környező épületekről való visszaverődések, valamint a nagy területen jelen lévő fák, emberek és tornyok szórt jelei miatt jelentkeznek. Az elhalványulásnak két típusa van, pl. nagy léptékű fading és kis léptékű fading.
1.) Nagy léptékű fading
Nagy léptékű fading akkor lép fel, ha akadály kerül az adó és a vevő közé. Ez az interferencia típus jelentős mértékben csökkenti a jelerősséget. Ennek az az oka, hogy az EM hullámot árnyékolja vagy blokkolja az akadály. Ez a jel nagy távolságbeli ingadozásaihoz kapcsolódik.
1.a) Útvesztés
A szabad tér útvesztesége a következőképpen fejezhető ki.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Ahol,
Pt = Átviteli teljesítmény
Pr = Fogadási teljesítmény
λ = hullámhossz
d = az adó- és vevőantenna közötti távolság
c = fénysebesség, azaz 3 x 108
Az egyenletből az következik, hogy az átvitt jel a távolság felett gyengül, ahogy a jel egyre nagyobb területen terjed az adási végtől a vételi vég felé.
1.b) Árnyékoló hatás
• Vezeték nélküli kommunikációban figyelhető meg. Az árnyékolás az EM jel vett teljesítményének eltérése az átlagos értéktől.
• Az adó és a vevő közötti úton lévő akadályok eredménye.
• Függ a földrajzi helyzettől, valamint az EM (elektromágneses) hullámok rádiófrekvenciájától.
2. Kis léptékű fading
A kis léptékű fading a vett jel erősségének gyors ingadozására vonatkozik nagyon rövid távolságon és rövid időn belül.
alapjántöbbutas késleltetés terjedésekétféle kis léptékű fading létezik, ti. lapos fading és frekvencia szelektív fading. Ezek a többutas fading típusok a terjedési környezettől függenek.
2.a) Lapos fakulás
A vezeték nélküli csatornát lapos fadingnak nevezzük, ha állandó erősítéssel és lineáris fázisválaszsal rendelkezik olyan sávszélességen, amely nagyobb, mint az átvitt jel sávszélessége.
Az ilyen típusú fading esetén a vett jel összes frekvenciakomponense azonos arányban ingadozik egyszerre. Nem szelektív fadingként is ismert.
• BW jel << BW csatorna
• Szimbólum periódus >> Késleltetett terjedés
A lapos fading hatása az SNR csökkenésének tekinthető. Ezeket a lapos fading csatornákat amplitúdó változó csatornáknak vagy keskeny sávú csatornáknak nevezzük.
2.b) Frekvencia Szelektív fading
A rádiójel különböző amplitúdójú spektrális összetevőit érinti. Innen ered a szelektív fading elnevezés.
• Jel BW > Channel BW
• Szimbólum periódusa < Késleltetett szórás
alapjándoppler terjedésekétféle elhalványulás létezik, ti. gyors fakulás és lassú fakulás. Ezek a Doppler szórási fading típusok a mobil sebességtől függenek, azaz a vevő sebességétől az adóhoz viszonyítva.
2.c) Gyors fakulás
A gyors fading jelenségét a jel gyors ingadozása jelenti kis területeken (pl. sávszélességen). Amikor a sík minden irányából megérkeznek a jelek, minden mozgásirányban gyors halványulás figyelhető meg.
Gyors fading akkor fordul elő, ha a csatorna impulzusválasza nagyon gyorsan változik a szimbólum időtartamán belül.
• Magas doppler terjedés
• Szimbólum periódus > Koherencia idő
• Signal Variation < Channel variation
Ezek a paraméterek frekvencia diszperziót vagy időszelektív fadingot eredményeznek a Doppler-szórás miatt. A gyors elhalványulás a helyi objektumok visszaverődésének és az objektumoknak az objektumokhoz viszonyított mozgásának eredménye.
Gyors fading esetén a vételi jel számos, különböző felületekről visszaverődő jel összege. Ez a jel több jel összege vagy különbsége, amely lehet konstruktív vagy destruktív a köztük lévő relatív fáziseltolódás alapján. A fázisviszonyok a mozgás sebességétől, az átvitel gyakoriságától és a relatív úthossztól függenek.
A gyors fakulás torzítja az alapsávi impulzus alakját. Ez a torzítás lineáris és létrehozzaISI(Inter Symbol Interference). Az adaptív kiegyenlítés csökkenti az ISI-t a csatorna által kiváltott lineáris torzítás eltávolításával.
2.d) Lassú halványulás
A lassú fakulás az épületek, dombok, hegyek és más, az ösvény feletti objektumok árnyékolásának eredménye.
• Alacsony Doppler-szórás
• Szimbólum időszak <
• Jelváltozás >> Csatornaváltoztatás
Fading modellek vagy fading disztribúciók megvalósítása
A fading modellek vagy a fading disztribúciók megvalósításai közé tartozik a Rayleigh fading, a Rician fading, a Nakagami fading és a Weibull fading. Ezeket a csatornaeloszlásokat vagy modelleket úgy tervezték, hogy az alapsávi adatjelben fadingot építsenek be a fadingprofil követelményeinek megfelelően.
Rayleigh elhalványul
• A Rayleigh-modellben csak az NLOS (Non Line of Sight) komponenseket szimulálja az adó és a vevő között. Feltételezzük, hogy nincs LOS útvonal az adó és a vevő között.
• A MATLAB "rayleighchan" funkciót biztosít a Rayleigh csatorna modelljének szimulálásához.
• A teljesítmény exponenciálisan oszlik el.
• A fázis egyenletes eloszlású és független az amplitúdótól. Ez a leggyakrabban használt fading típus a vezeték nélküli kommunikációban.
Rician elhalványul
• A rician modellben mind a Line of Sight (LOS) és a nem Line of Sight (NLOS) összetevőket szimulálják az adó és a vevő között.
• A MATLAB "ricianchan" funkciót biztosít a rician csatorna modelljének szimulálásához.
Nakagami elhalványul
A Nakagami fading csatorna egy statisztikai modell, amelyet olyan vezeték nélküli kommunikációs csatornák leírására használnak, amelyekben a vett sgnal többutas fadingon megy keresztül. Mérsékelten vagy erősen halványodó környezeteket, például városi vagy külvárosi területeket jelöl. A következő egyenlet használható a Nakagami fading csatorna modelljének szimulálására.
• Ebben az esetben h = r*e-t jelölünkjΦés a Φ szög egyenletesen oszlik el a [-π, π]-n
• Feltételezzük, hogy az r és Φ változó egymástól független.
• A Nakagami pdf a fentiek szerint van kifejezve.
• A Nakagami pdf-ben, 2σ2= E{r2}, Γ(.) a gamma-függvény és k >= (1/2) a fading szám (a hozzáadott Gaussion valószínűségi változók számához kapcsolódó szabadsági fok).
• Eredetileg empirikusan, mérések alapján fejlesztették ki.
• A pillanatnyi vételi teljesítmény gamma eloszlású. • A k = 1 Rayleigh = Nakagami
Weibull elhalványul
Ez a csatorna egy másik statisztikai modell, amelyet a vezeték nélküli kommunikációs csatorna leírására használnak. A Weibull elhalványulási csatornát általában olyan környezetek ábrázolására használják, ahol különféle típusú fading feltételek vannak, beleértve a gyenge és súlyos fadingot is.
Ahol,
2σ2= E{r2}
• Weibull-eloszlás a Rayleigh-eloszlás egy másik általánosítása.
• Ha X és Y iid nulla Gauss változók, akkor az R burkológörbéje = (X2+ Y2)1/2van Rayleigh elosztva. • A burkológörbe azonban R = (X2+ Y2)1/2, és a megfelelő pdf (energiaelosztási profil) Weibull terjesztésű.
• A következő egyenlet használható a Weibull-fading modell szimulálására.
Ezen az oldalon különböző témákat jártunk át az elhalványulással kapcsolatban, például mi az elhalványuló csatorna, típusai, fading modellek, alkalmazásaik, funkcióik stb. Az ezen az oldalon található információk felhasználhatók a kis léptékű fading és a nagy léptékű fading közötti különbségek összehasonlítására és származtatására, a lapos fading és a frekvencia szelektív fading közötti különbségre, a gyors és lassú fading közötti különbségre, a rayleigh fading és a rician fading közötti különbségre, így tovább.
E-mail:info@rf-miso.com
Telefon:0086-028-82695327
Weboldal: www.rf-miso.com
Feladás időpontja: 2023. augusztus 14
