Tato stránka popisuje základy slábnutí a typy slábnutí v bezdrátové komunikaci. Typy slábnutí se dělí na velké slábnutí a malé slábnutí (rozptyl vícecestného zpoždění a Dopplerův rozptyl).
Ploché slábnutí a slábnutí s výběrem frekvence jsou součástí vícecestného slábnutí, zatímco rychlé a pomalé slábnutí jsou součástí Dopplerova rozprostření slábnutí. Tyto typy slábnutí jsou implementovány podle Rayleighova, Ricianova, Nakagamiho a Weibullova rozdělení nebo modelů.
Zavedení:
Jak víme, bezdrátový komunikační systém se skládá z vysílače a přijímače. Cesta od vysílače k přijímači není plynulá a přenášený signál může procházet různými druhy útlumů, včetně ztráty signálu na cestě, vícecestného útlumu atd. Útlum signálu na cestě závisí na různých faktorech. Jsou to čas, rádiová frekvence a dráha 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 vůči sobě navzájem pohybují.
Co je to blednutí?
Časová změna výkonu přijímaného signálu v důsledku změn v přenosovém médiu nebo cestách se nazývá slábnutí. Slábnutí závisí na různých faktorech, jak je uvedeno výše. V pevném scénáři závisí slábnutí na atmosférických podmínkách, jako jsou srážky, blesky atd. V mobilním scénáři závisí slábnutí na překážkách na cestě, které se mění v závislosti na čase. Tyto překážky vytvářejí komplexní přenosové efekty pro přenášený signál.
Obrázek 1 znázorňuje graf amplitudy versus vzdálenosti pro typy pomalého a rychlého slábnutí, o kterých budeme diskutovat později.
Typy slábnutí
Vzhledem k různým poruchám souvisejícím s kanály a poloze vysílače/přijímače jsou v bezdrátovém komunikačním systému uvedeny následující typy slábnutí.
➤Rozsáhlé blednutí: Zahrnuje ztrátu signálu a efekty stínování.
➤Malorozměrné slábnutí: Dělí se do dvou hlavních kategorií, a to vícecestného zpoždění a Dopplerova šíření. Vícecestné zpoždění se dále dělí na ploché slábnutí a frekvenčně selektivní slábnutí. Dopplerovo šíření se dělí na rychlé slábnutí a pomalé slábnutí.
➤Modely slábnutí: Výše uvedené typy slábnutí jsou implementovány v různých modelech nebo distribucích, mezi které patří Rayleighovo, Riciánovo, Nakagamiho, Weibullovo atd.
Jak víme, k slábnutí signálu dochází v důsledku odrazů od země a okolních budov, stejně jako rozptýlených signálů od stromů, lidí a věží přítomných ve velké oblasti. Existují dva typy slábnutí, a to slábnutí ve velkém měřítku a slábnutí v malém měřítku.
1.) Rozsáhlé slábnutí
K velkému slábnutí signálu dochází, když se mezi vysílač a přijímač dostane překážka. Tento typ rušení způsobuje značné snížení síly signálu. Je to proto, že elektromagnetická vlna je zastíněna nebo blokována překážkou. Souvisí to s velkými fluktuacemi signálu na vzdálenost.
1.a) Ztráta signálu
Ztráta ve volném prostoru může být vyjádřena 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 přenášený signál se s rostoucí vzdáleností zeslabuje, protože se šíří po stále větší ploše od vysílací strany směrem k přijímací.
1.b) Efekt stínování
• Pozoruje se to v bezdrátové komunikaci. Stínování je odchylka přijímaného výkonu elektromagnetického signálu od průměrné hodnoty.
• Je to důsledek překážek na cestě mezi vysílačem a přijímačem.
• Záleží na geografické poloze a také na rádiové frekvenci EM (elektromagnetických) vln.
2. Malé blednutí
Malé slábnutí se týká rychlých výkyvů síly přijímaného signálu na velmi krátkou vzdálenost a za krátký časový úsek.
Na základěrozptyl vícecestného zpožděníExistují dva typy malorozměrného úniku, a to plochý únik a frekvenčně selektivní únik. Tyto typy vícecestného úniku závisí na prostředí šíření.
2.a) Ploché prolínání
Bezdrátový kanál se nazývá kanál s plochým slábnutím, pokud má konstantní zesílení a lineární fázovou odezvu v šířce pásma, která je větší než šířka pásma přenášeného signálu.
U tohoto typu slábnutí všechny frekvenční složky přijímaného signálu kolísají současně ve stejných poměrech. Je také známé jako neselektivní slábnutí.
• Šířka signálu << Šířka kanálu
• Perioda symbolu >> Rozpětí zpoždění
Vliv plochého slábnutí se projevuje jako pokles poměru signálu k šumu (SNR). Tyto kanály s plochým slábnutím jsou známé jako kanály s proměnnou amplitudou nebo úzkopásmové kanály.
2.b) Frekvenčně selektivní slábnutí
Ovlivňuje různé spektrální složky rádiového signálu s různými amplitudami. Odtud název selektivní slábnutí.
• Šířka signálu > Šířka kanálu
• Perioda symbolu < Rozpětí zpoždění
Na základěDopplerův rozptylExistují dva typy slábnutí, a to rychlé slábnutí a pomalé slábnutí. Tyto typy Dopplerova rozptylu závisí na rychlosti mobilního zařízení, tj. na rychlosti přijímače vzhledem k vysílači.
2.c) Rychlé slábnutí
Fenomén rychlého slábnutí je reprezentován rychlými fluktuacemi signálu v malých oblastech (tj. šířce pásma). Když signály přicházejí ze všech směrů v rovině, bude pozorován rychlý slábnutí pro všechny směry pohybu.
K rychlému slábnutí dochází, když se impulsní odezva kanálu během trvání symbolu velmi rychle mění.
• Vysoký Dopplerův rozptyl
• Perioda symbolu > Doba koherence
• Variace signálu < Variace kanálu
Tyto parametry vedou k frekvenční disperzi neboli časově selektivnímu slábnutí v důsledku Dopplerova rozptylu. Rychlé slábnutí je výsledkem odrazů lokálních 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 relativních délkách dráhy.
Rychlé slábnutí zkresluje tvar impulsu v základním pásmu. Toto zkreslení je lineární a vytváříISI(Intersymbolová interference). Adaptivní ekvalizace snižuje ISI odstraněním lineárního zkreslení indukovaného kanálem.
2.d) Pomalé slábnutí
Pomalé blednutí je výsledkem stínování budovami, kopci, horami a dalšími objekty na cestě.
• Nízké Dopplerovo rozptylování
• Perioda symbolu <
• Variace signálu >> Variace kanálu
Implementace modelů slábnutí nebo distribucí slábnutí
Mezi implementace modelů slábnutí nebo distribucí slábnutí patří Rayleighovo slábnutí, Ricianovo slábnutí, Nakagamiho slábnutí a Weibullovo slábnutí. Tato rozdělení kanálů nebo modely jsou navrženy tak, aby zahrnovaly slábnutí do datového signálu v základním pásmu podle požadavků profilu slábnutí.
Rayleighův úbytek
• V Rayleighově modelu se simulují pouze složky mimo přímou viditelnost (NLOS) mezi vysílačem a přijímačem. Předpokládá se, že mezi vysílačem a přijímačem neexistuje žádná cesta LOS.
• MATLAB poskytuje funkci „rayleighchan“ pro simulaci modelu Rayleighova kanálu.
• Výkon je exponenciálně rozložen.
• Fáze je rovnoměrně rozložená a nezávislá na amplitudě. Jedná se o nejpoužívanější typ slábnutí v bezdrátové komunikaci.
Rician bledne
• V Ricianově modelu jsou simulovány jak složky v přímé viditelnosti (LOS), tak i složky mimo viditelnost (NLOS) mezi vysílačem a přijímačem.
• MATLAB poskytuje funkci „ricianchan“ pro simulaci modelu ricianského kanálu.
Nakagamiho slábnutí
Nakagamiho únik signálu je statistický model používaný k popisu bezdrátových komunikačních kanálů, ve kterých přijímaný signál podléhá vícecestnému úniku signálu. Představuje prostředí se středním až silným únikem signálu, jako jsou městské nebo příměstské oblasti. Následující rovnice lze použít k simulaci modelu Nakagamiho úniku signálu.
• V tomto případě označujeme h = r*ejΦa úhel Φ je rovnoměrně rozložený na [-π, π]
• Proměnné r a Φ se považují za vzájemně nezávislé.
• Nakagamiho pdf je vyjádřen výše uvedeným způsobem.
• V Nakagamiho pdf, 2σ2= E{r2}, Γ(.) je gama funkce a k >= (1/2) je údaj o slábnutí (stupně volnosti vztažené k počtu přidaných Gaussonových náhodných proměnných).
• Původně byl vyvinut empiricky na základě měření.
• Okamžitý přijímaný výkon má gama rozdělení. • Pro k = 1 má Rayleighovo rozdělení Nakagamiho
Weibullovo slábnutí
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.
• Pokud jsou X a Y neidentifikované gaussovské proměnné s nulovou střední hodnotou, obálka R = (X2+ Y2)1/2je Rayleighovo rozdělené. • Obálka je však definována jako R = (X2+ Y2)1/2a odpovídající pdf (profil rozdělení výkonu) má Weibullovo rozdělení.
• Následující rovnici lze použít k simulaci Weibullova modelu slábnutí.
Na této stránce jsme probrali různá témata týkající se úniku, jako například co je to únikový kanál, jeho typy, modely úniku, jejich aplikace, funkce atd. Informace uvedené na této stránce lze použít k porovnání a odvození rozdílů mezi malým a velkým únikem, rozdílem mezi plochým únikem a frekvenčně selektivním únikem, rozdílem mezi rychlým a pomalým únikem, rozdílem mezi Rayleighovým a Ricianovým únikem atd.
E-mail:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Webová stránka: www.rf-miso.com
Čas zveřejnění: 14. srpna 2023
