Ez az oldal a vezeték nélküli kommunikációban előforduló fading alapjait és típusait ismerteti. A fading típusai nagymértékű fadingre és kismértékű fadingre oszlanak (többutas késleltetés szórása és Doppler-szórás).
A lapos fading és a frekvenciaválasztásos fading a többutas fading részét képezi, míg a gyors és a lassú fading a Doppler-szórású fading részét. Ezeket a fadingtípusokat Rayleigh, Rician, Nakagami és Weibull eloszlások vagy modellek szerint valósítják meg.
Bevezetés:
Mint tudjuk, a vezeték nélküli kommunikációs rendszer adóból és vevőből áll. Az adótól a vevőig tartó út nem egyenletes, és az átvitt jel különféle csillapításokon mehet keresztül, beleértve az útvonalveszteséget, a többutas csillapítást stb. A jel csillapítása az útvonalon keresztül számos tényezőtől függ. Ezek az idő, a rádiófrekvencia és az adó/vevő útvonala vagy helyzete. Az adó és a vevő közötti csatorna lehet időben változó vagy rögzített attól függően, hogy az adó/vevő rögzített vagy mozog-e egymáshoz képest.
Mi a fakulás?
A vett jel teljesítményének időbeli változását az átviteli közeg vagy az útvonalak változásai miatt fadingnek nevezzük. A fading a fent említett számos tényezőtől függ. Fix helyzetben a fading a légköri viszonyoktól, például a csapadéktól, a villámlástól stb. függ. Mobil helyzetben a fading az útvonalon lévő akadályoktól függ, amelyek idővel változnak. Ezek az akadályok összetett átviteli hatásokat hoznak létre az átvitt jelben.
Az 1. ábra a lassú és gyors fading típusok amplitúdójának távolságfüggvényét mutatja, amelyeket később tárgyalunk.
Halványuló típusok
Figyelembe véve a különféle csatornával kapcsolatos károsodásokat és az adó/vevő helyzetét, a vezeték nélküli kommunikációs rendszerekben a fading típusai a következők.
➤Nagyléptékű elhalványulás: Útvonalvesztést és árnyékolási effektusokat tartalmaz.
➤Kisléptékű fading: Két fő kategóriába sorolható, nevezetesen a többutas késleltetés szórása és a Doppler-szórás. A többutas késleltetés szórása tovább oszlik lapos fadingre és frekvenciaszelektív fadingre. A Doppler-szórás gyors fadingre és lassú fadingre oszlik.
➤Fading modellek: A fenti fading típusok különféle modellekben vagy disztribúciókban valósulnak meg, beleértve a Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull stb. modelleket.
Mint tudjuk, a jelek gyengülése a talajról és a környező épületekről való visszaverődések, valamint a nagy területen jelen lévő fákról, emberekről és tornyokról szórt jelek miatt következik be. A gyengülésnek két típusa van, a nagymértékű és a kismértékű gyengülés.
1.) Nagyléptékű fakulás
Nagymértékű fading akkor következik be, amikor egy akadály kerül az adó és a vevő közé. Ez az interferenciatípus jelentős jelerősség-csökkenést okoz. Ez azért van, mert az elektromágneses hullámot az akadály árnyékolja vagy blokkolja. Ez a jel távolságfüggő nagyfokú ingadozásával függ össze.
1.a) Útvonalveszteség
A szabad térbeli útveszteség a következőképpen fejezhető ki.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)}2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Ahol,
Pt = Átviteli teljesítmény
Pr = Vételi 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 függvényében gyengül, mivel a jel egyre nagyobb területre terjed az adó végétől a vételi vég felé.
1.b) Árnyékoló hatás
• A vezeték nélküli kommunikációban figyelhető meg. Az árnyékolás az EM jel vett teljesítményének eltérése az átlagértéktől.
• Az adó és a vevő közötti útvonalon lévő akadályok eredménye.
• Függ a földrajzi helyzettől, valamint az EM (elektromágneses) hullámok rádiófrekvenciájától.
2. Kis léptékű elhalványulás
A kisléptékű fading a vett jel erősségének gyors ingadozásával kapcsolatos nagyon rövid távolságon és rövid időtartamon belül.
Alapjántöbbutas késleltetés terjedéseA kisléptékű fadingnek két típusa van, a lapos fading és a frekvenciaszelektív fading. Ezek a többutas fading típusok a terjedési környezettől függenek.
2.a) Lapos fakulás
Egy vezeték nélküli csatornát lapos fadingnek nevezünk, ha állandó erősítéssel és lineáris fázisválaszjellel rendelkezik egy olyan sávszélességen, amely nagyobb, mint az átvitt jel sávszélessége.
Az ilyen típusú fadingnél a vett jel összes frekvenciakomponense egyszerre, azonos arányban ingadozik. Nem szelektív fadingnek is nevezik.
• Jel BW << Csatorna BW
• Szimbólum periódus >> Késleltetés Spread
A lapos fading hatása a jel-zaj arány (SNR) csökkenésében nyilvánul meg. Ezeket a lapos fading csatornákat amplitúdóváltozó csatornáknak vagy keskenysávú csatornáknak nevezik.
2.b) Frekvencia szelektív fading
A rádiójel különböző spektrális komponenseit eltérő amplitúdóval befolyásolja. Innen ered a szelektív fading elnevezés.
• Jel BW > Csatorna BW
• Szimbólum periódus < Késleltetési terjedés
AlapjánDoppler-szórásA fadingnek két típusa van, a gyors és a lassú fading. Ezek a Doppler-szórású fading típusok a mobil sebességétől, azaz a vevő sebességétől függenek az adóhoz képest.
2.c) Gyors fakulás
A gyors fading jelenségét a jel gyors ingadozása jelenti kis területeken (azaz sávszélességben). Amikor a jelek a sík minden irányából érkeznek, a gyors fading minden mozgásirányban megfigyelhető.
Gyors fading akkor fordul elő, amikor a csatorna impulzusválasza nagyon gyorsan változik a szimbólum időtartamán belül.
• Magas Doppler-szórás
• Szimbólum periódus > Koherencia idő
• Jelváltozás < Csatornaváltozás
Ezek a paraméterek frekvencia-diszperziót vagy idő-szelektív fadinget eredményeznek a Doppler-szórás miatt. A gyors fading a lokális objektumok visszaverődésének és az objektumok ezen objektumokhoz viszonyított mozgásának eredménye.
Gyors fading esetén a vételi jel számos, különböző felületekről visszaverődő jel összege. Ez a jel több jel összege vagy különbsége, amelyek a közöttük lévő relatív fáziseltolódás alapján lehetnek konstruktívak vagy destruktívak. A fázisviszonyok a mozgási sebességtől, az átviteli frekvenciától és a relatív úthosszaktól függenek.
A gyors fading torzítja az alapsávi impulzus alakját. Ez a torzítás lineáris és hoz létreISI(Szimbólumok Közötti Interferencia). Az adaptív kiegyenlítés csökkenti az ISI-t a csatorna által indukált lineáris torzítás eltávolításával.
2.d) Lassú elhalványulás
A lassú elhalványulás az épületek, dombok, hegyek és más, az ösvényen lévő tárgyak által vetített árnyék eredménye.
• Alacsony Doppler-szórás
• Szimbólum periódus <
• Jelváltozás >> Csatornaváltozás
Fading modellek vagy fading eloszlások megvalósítása
A fading modellek vagy fading eloszlások megvalósításai közé tartozik a Rayleigh-fading, a Rician-fading, a Nakagami-fading és a Weibull-fading. Ezeket a csatornaeloszlásokat vagy modelleket úgy tervezték, hogy a fadinget a fadingprofil követelményeinek megfelelően beépítsék az alapsávi adatjelbe.
Rayleigh-halványulás
• A Rayleigh-modellben csak a nem rálátásos (NLOS) komponenseket szimulálják az adó és a vevő között. Feltételezzük, hogy nincs LOS útvonal az adó és a vevő között.
• A MATLAB „rayleighchan” függvényt biztosít a Rayleigh csatornamodell szimulálásához.
• A teljesítmény exponenciálisan oszlik el.
• A fázis egyenletesen oszlik el és független az amplitúdótól. Ez a leggyakrabban használt fading-típus a vezeték nélküli kommunikációban.
Rician fakulás
• A Rician modellben mind a rálátási vonal (LOS), mind a rálátáson kívüli (NLOS) komponenseket szimulálják az adó és a vevő között.
• A MATLAB „ricianchan” függvényt biztosít a rician csatornamodell szimulálásához.
Nakagami elhalványulása
A Nakagami fading csatorna egy statisztikai modell, amelyet olyan vezeték nélküli kommunikációs csatornák leírására használnak, amelyekben a vett jel többutas fadingen megy keresztül. Mérsékelt vagy erős fadinggel rendelkező környezeteket ábrázol, például városi vagy külvárosi területeket. A következő egyenlet használható a Nakagami fading csatornamodell szimulálására.
• Ebben az esetben h = r*ejΦés a Φ szög egyenletes eloszlású a [-π, π] intervallumon
• Az r és a Φ változókat egymástól függetlennek feltételezzük.
• A Nakagami pdf a fentiek szerint van kifejezve.
• A Nakagami pdf-ben, 2σ2= E{r2}, Γ(.) a Gamma-függvény, k >= (1/2) pedig a fading-szám (a hozzáadott Gaussion-valószínűségi változók számához kapcsolódó szabadsági fokok).
• Eredetileg empirikusan, mérések alapján fejlesztették ki.
• A pillanatnyi vételi teljesítmény gamma-eloszlású. • k = 1 esetén Rayleigh = Nakagami
Weibull-halványulás
Ez a csatorna egy másik statisztikai modell, amelyet a vezeték nélküli kommunikációs csatorna leírására használnak. A Weibull-féle fading-csatornát általában különféle fading-feltételekkel rendelkező környezetek ábrázolására használják, beleértve a gyenge és az erős fadinget is.
Ahol,
2σ2= E{r2}
• A Weibull-eloszlás a Rayleigh-eloszlás egy másik általánosítását jelenti.
• Amikor X és Y iid nulla várható Gauss-változók, az R burkológörbéje = (X2+ Y2)1/2Rayleigh-eloszlású. • Azonban a burkológörbe definiálva van: R = (X2+ Y2)1/2, és a hozzá tartozó pdf (teljesítményeloszlási profil) Weibull-eloszlású.
• A következő egyenlet használható a Weibull-féle fading modell szimulálására.
Ezen az oldalon a fadinggel kapcsolatos különféle témákat vettünk át, például mi a fadingcsatorna, típusai, fadingmodelljeik, alkalmazásuk, funkcióik stb. Az oldalon található információk felhasználhatók a kismértékű és nagymértékű fading, a lapos és a frekvenciaszelektív fading, a gyors és a lassú fading, a Rayleigh-fading és a Rician-fading közötti különbségek összehasonlítására és meghatározására.
E-mail:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Weboldal: www.rf-miso.com
Közzététel ideje: 2023. augusztus 14.
