Tato stránka popisuje základy slábnutí a typy slábnutí v bezdrátové komunikaci. Typy slábnutí se dělí na slábnutí ve velkém měřítku a slábnutí v malém měřítku (vícecestné šíření zpoždění a dopplerovské šíření).
Ploché slábnutí a slábnutí při výběru frekvence jsou součástí vícecestného slábnutí, kde rychlé a pomalé slábnutí jsou součástí dopplerovského šíření. Tyto typy slábnutí jsou implementovány podle distribucí nebo modelů Rayleigh, Rician, Nakagami a Weibull.
Zavedení:
Jak víme, bezdrátový komunikační systém se skládá z vysílače a přijímače. Cesta od vysílače k přijímači není plynulá a vysílaný signál může procházet různými druhy útlumu včetně ztráty cesty, vícecestného útlumu atd. Útlum signálu přes cestu závisí na různých faktorech. Jsou to čas, rádiová frekvence a cesta nebo poloha vysílače/přijímače. Kanál mezi vysílačem a přijímačem může být časově proměnný nebo pevný v závislosti na tom, zda jsou vysílač/přijímač pevné nebo se vzájemně pohybují.
Co bledne?
Časová změna výkonu přijímaného signálu v důsledku změn přenosového média nebo cest je známá jako únik. Vyblednutí závisí na různých faktorech, jak je uvedeno výše. Ve fixním scénáři závisí slábnutí na atmosférických podmínkách, jako jsou srážky, osvětlení atd. V mobilním scénáři závisí slábnutí na překážkách na trase, které se mění v závislosti na čase. Tyto překážky vytvářejí složité přenosové efekty na přenášený signál.
Obrázek 1 znázorňuje graf amplitudy versus vzdálenost pro typy pomalého a rychlého slábnutí, o kterých budeme hovořit později.
Typy blednutí
Vzhledem k různým poruchám souvisejícím s kanálem a poloze vysílače/přijímače jsou následující typy slábnutí v bezdrátovém komunikačním systému.
➤Large Scale Fading: Zahrnuje ztrátu cesty a efekty stínování.
➤Small Scale Fading: Je rozdělen do dvou hlavních kategorií, viz. vícecestné šíření zpoždění a dopplerovské šíření. Šíření vícecestného zpoždění se dále dělí na ploché slábnutí a frekvenčně selektivní slábnutí. Dopplerovské šíření se dělí na rychlé mizení a pomalé blednutí.
➤ Modely slábnutí: Výše uvedené typy slábnutí jsou implementovány v různých modelech nebo distribucích, které zahrnují Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull atd.
Jak víme, signály slábnoucí se vyskytují v důsledku odrazů od země a okolních budov a také v důsledku rozptýlených signálů od stromů, lidí a věží přítomných v rozsáhlé oblasti. Existují dva typy vyblednutí, tj. blednutí ve velkém měřítku a blednutí v malém měřítku.
1.) Vyblednutí ve velkém měřítku
Velké vyblednutí nastane, když se mezi vysílač a přijímač dostane překážka. Tento typ interference způsobuje značné snížení síly signálu. Je to proto, že EM vlna je zastíněna nebo blokována překážkou. Souvisí to s velkými výkyvy signálu na vzdálenost.
1.a) Ztráta cesty
Ztrátu cesty volného prostoru lze vyjádřit následovně.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Kde,
Pt = vysílací výkon
Pr = Přijímací výkon
λ = vlnová délka
d = vzdálenost mezi vysílací a přijímací anténou
c = rychlost světla, tj. 3 x 108
Z rovnice vyplývá, že vysílaný signál se na vzdálenost zeslabuje, jak se signál šíří po větší a větší ploše od vysílacího konce k přijímacímu konci.
1.b) Efekt stínování
• Je pozorován při bezdrátové komunikaci. Stínování je odchylka přijímaného výkonu EM signálu od průměrné hodnoty.
• Je to důsledek překážek na cestě mezi vysílačem a přijímačem.
• Závisí na geografické poloze a také na rádiové frekvenci EM (elektromagnetických) vln.
2. Vyblednutí v malém měřítku
Útlum v malém měřítku se týká rychlých kolísání síly přijímaného signálu na velmi krátkou vzdálenost a krátkou dobu.
Na základěvícecestné šíření zpožděníexistují dva typy blednutí v malém měřítku, viz. ploché blednutí a frekvenčně selektivní blednutí. Tyto vícecestné typy slábnutí závisí na prostředí šíření.
2.a) Ploché vyblednutí
O bezdrátovém kanálu se říká, že je plochý, pokud má konstantní zisk a lineární fázovou odezvu v šířce pásma, která je větší než šířka pásma přenášeného signálu.
Při tomto typu zeslabování kolísají všechny frekvenční složky přijímaného signálu současně ve stejných proporcích. Je také známé jako neselektivní vyblednutí.
• Signál ČB << Kanál ČB
• Perioda symbolu >> Delay Spread
Účinek plochého vyblednutí je viděn jako snížení SNR. Tyto ploché slábnoucí kanály jsou známé jako kanály s proměnnou amplitudy nebo úzkopásmové kanály.
2.b) Frekvenční selektivní slábnutí
Ovlivňuje různé spektrální složky rádiového signálu s různými amplitudami. Odtud název selektivní vyblednutí.
• Signál BW > Channel BW
• Perioda symbolu < Delay Spread
Na základědopplerovské šířeníexistují dva typy vyblednutí viz. rychlé blednutí a pomalé blednutí. Tyto typy dopplerovského šíření závisí na mobilní rychlosti, tj. rychlosti přijímače vzhledem k vysílači.
2.c) Rychlé vyblednutí
Fenomén rychlého úniku je reprezentován rychlými fluktuacemi signálu na malých plochách (tj. šířce pásma). Když signály dorazí ze všech směrů v rovině, bude pozorováno rychlé slábnutí pro všechny směry pohybu.
K rychlému slábnutí dochází, když se impulzní odezva kanálu mění velmi rychle během trvání symbolu.
• Vysoký dopplerovský rozptyl
• Perioda symbolu > Doba soudržnosti
• Variace signálu < Variace kanálu
Tyto parametry mají za následek frekvenční disperzi nebo časově selektivní slábnutí v důsledku dopplerovského šíření. Rychlé blednutí je výsledkem odrazů místních objektů a pohybu objektů vzhledem k těmto objektům.
Při rychlém slábnutí je přijímaný signál součtem mnoha signálů, které se odrážejí od různých povrchů. Tento signál je součtem nebo rozdílem více signálů, které mohou být konstruktivní nebo destruktivní na základě relativního fázového posunu mezi nimi. Fázové vztahy závisí na rychlosti pohybu, frekvenci přenosu a relativní délce dráhy.
Rychlé slábnutí deformuje tvar pulsu v základním pásmu. Toto zkreslení je lineární a vytváříISI(Inter Symbol Interference). Adaptivní ekvalizace snižuje ISI odstraněním lineárního zkreslení vyvolaného kanálem.
2.d) Pomalé blednutí
Pomalé blednutí je výsledkem zastínění budov, kopců, hor a dalších objektů nad cestou.
• Nízký dopplerovský rozptyl
• Období symbolu <
• Variace signálu >> Variace kanálu
Implementace Fading modelů nebo Fading distribucí
Implementace modelů slábnutí nebo distribuce slábnutí zahrnují slábnutí Rayleigh, slábnutí Rician, slábnutí Nakagami a slábnutí Weibulla. Tyto distribuce kanálů nebo modely jsou navrženy tak, aby zahrnovaly únik v datovém signálu v základním pásmu podle požadavků profilu úniku.
Rayleigh bledne
• V modelu Rayleigh jsou mezi vysílačem a přijímačem simulovány pouze komponenty Non Line of Sight (NLOS). Předpokládá se, že mezi vysílačem a přijímačem neexistuje žádná cesta LOS.
• MATLAB poskytuje funkci "rayleighchan" pro simulaci modelu kanálu rayleigh.
• Výkon je exponenciálně distribuován.
• Fáze je rovnoměrně rozložena a nezávislá na amplitudě. Jedná se o nejpoužívanější typ Fading v bezdrátové komunikaci.
Rician blednutí
• V ricianském modelu jsou mezi vysílačem a přijímačem simulovány jak složky přímé viditelnosti (LOS), tak složky nepřímé viditelnosti (NLOS).
• MATLAB poskytuje funkci "ricianchan" pro simulaci modelu rician channel.
Nakagami mizí
Nakagami únikový kanál je statistický model používaný k popisu bezdrátových komunikačních kanálů, ve kterých přijímaný signál prochází vícecestným únikem. Představuje prostředí se středním až silným vyblednutím, jako jsou městské nebo příměstské oblasti. Následující rovnici lze použít k simulaci modelu slábnoucího kanálu Nakagami.
• V tomto případě značíme h = r*ejΦa úhel Φ je rovnoměrně rozložen na [-π, π]
• Předpokládá se, že proměnné r a Φ jsou vzájemně nezávislé.
• Nakagami pdf je vyjádřen jako výše.
• V Nakagami pdf, 2σ2= E{r2}, Γ(.) je funkce gama a k >= (1/2) je doznívající číslo (stupně volnosti související s počtem přidaných Gaussionových náhodných proměnných).
• Původně byl vyvinut empiricky na základě měření.
• Okamžitý příjem energie je distribuován gama. • S k = 1 Rayleigh = Nakagami
Weibull bledne
Tento kanál je dalším statistickým modelem používaným k popisu bezdrátového komunikačního kanálu. Weibullův kanál slábnutí se běžně používá k reprezentaci prostředí s různými typy podmínek slábnutí, včetně slabého i silného slábnutí.
Kde,
2σ2= E{r2}
• Weibullovo rozdělení představuje další zobecnění Rayleighova rozdělení.
• Když X a Y jsou iid nulové střední gaussovské proměnné, obálka R = (X2+ Y2)1/2je distribuován Rayleigh. • Nicméně obálka je definována R = (X2+ Y2)1/2, a odpovídající pdf (profil distribuce energie) je distribuován Weibull.
• Následující rovnici lze použít k simulaci Weibullova modelu slábnutí.
Na této stránce jsme prošli různými tématy slábnutí, například co je slábnoucí kanál, jeho typy, modely slábnutí, jejich aplikace, funkce a tak dále. Informace uvedené na této stránce lze použít k porovnání a odvození rozdílu mezi blednutím v malém měřítku a blednutím ve velkém měřítku, rozdíl mezi plochým blednutím a frekvenčně selektivním blednutím, rozdíl mezi rychlým blednutím a pomalým blednutím, rozdíl mezi blednutím rayleigh a ricianovým blednutím a tak dále.
E-mail:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Webové stránky: www.rf-miso.com
Čas odeslání: 14. srpna 2023
