Denne siden beskriver grunnleggende fading og fadingtyper i trådløs kommunikasjon. Fading-typene er delt inn i storskala-fading og liten skala-fading (flerbaneforsinkelsesspredning og dopplerspredning).
Flat fading og frekvensvalgfading er en del av flerveisfading, mens rask fading og langsom fading er en del av dopplerspredningsfading. Disse falmingstypene er implementert i henhold til Rayleigh, Rician, Nakagami og Weibull distribusjoner eller modeller.
Introduksjon:
Som vi vet består trådløst kommunikasjonssystem av sender og mottaker. Veien fra sender til mottaker er ikke jevn og det overførte signalet kan gå gjennom ulike typer dempninger, inkludert banetap, flerveisdempning osv. Signaldempingen gjennom banen avhenger av ulike faktorer. De er tid, radiofrekvens og bane eller posisjon til sender/mottaker. Kanalen mellom sender og mottaker kan være tidsvarierende eller fast avhengig av om senderen/mottakeren er fast eller beveger seg i forhold til hverandre.
Hva er falming?
Tidsvariasjonen av mottatt signaleffekt på grunn av endringer i overføringsmedium eller -baner er kjent som fading. Fading avhenger av ulike faktorer som nevnt ovenfor. I faste scenarier avhenger falming av atmosfæriske forhold som nedbør, lynnedslag osv. I mobilt scenario avhenger falming av hindringer over banen som varierer med tid. Disse hindringene skaper komplekse overføringseffekter til det overførte signalet.
Figur 1 viser amplitude versus avstandsdiagram for langsom fading og rask fading som vi vil diskutere senere.
Fading typer
Tatt i betraktning ulike kanalrelaterte svekkelser og posisjonen til senderen/mottakeren er følgende typer fading i trådløst kommunikasjonssystem.
➤Fasing i stor skala: Det inkluderer banetap og skyggeeffekter.
➤Small Scale Fading: Den er delt inn i to hovedkategorier, nemlig. flerveis forsinkelsesspredning og dopplerspredning. Multipath forsinkelsesspredningen er videre delt inn i flat fading og frekvensselektiv fading. Dopplerspredning er delt inn i rask falming og sakte falming.
➤Fadeningsmodeller: Overtoningstypene er implementert i forskjellige modeller eller distribusjoner som inkluderer Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull etc.
Som kjent oppstår falmingssignaler på grunn av refleksjoner fra bakken og omkringliggende bygninger samt spredte signaler fra trær, mennesker og tårn som finnes i det store området. Det er to typer falming, nemlig. storskala fading og liten skala fading.
1.) Storskala Fading
Storskala fading oppstår når en hindring kommer inn mellom sender og mottaker. Denne interferenstypen forårsaker betydelig reduksjon av signalstyrken. Dette er fordi EM-bølgen skygges eller blokkeres av hindringen. Det er relatert til store svingninger i signalet over avstand.
1.a) Banetap
Banetapet for ledig plass kan uttrykkes som følger.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Hvor,
Pt = Sendeeffekt
Pr = Motta strøm
λ = bølgelengde
d = avstand mellom sender- og mottaksantenne
c = lysets hastighet dvs. 3 x 108
Fra ligningen antyder det at overført signal dempes over avstand ettersom signalet spres over større og større område fra sendeenden til mottaksenden.
1.b) Skyggeeffekt
• Det observeres i trådløs kommunikasjon. Skyggelegging er avvik fra den mottatte effekten til EM-signalet fra gjennomsnittsverdien.
• Det er et resultat av hindringer over veien mellom sender og mottaker.
• Det avhenger av geografisk posisjon så vel som radiofrekvensen til EM (elektromagnetiske) bølger.
2. Fading i liten skala
Småskala-fading er opptatt av raske svingninger av mottatte signalstyrke over svært kort avstand og kort tidsperiode.
Basert påflerveis forsinkelsesspredningdet er to typer småskala fading, nemlig. flat fading og frekvensselektiv fading. Disse flerveisfadingtypene avhenger av forplantningsmiljøet.
2.a) Flat falming
Den trådløse kanalen sies å være flatfading hvis den har konstant forsterkning og lineær faserespons over en båndbredde som er større enn båndbredden til det overførte signalet.
Ved denne typen fading svinger alle frekvenskomponentene til det mottatte signalet i samme proporsjoner samtidig. Det er også kjent som ikke-selektiv fading.
• Signal BW << Kanal BW
• Symbolperiode >> Forsinket spredning
Effekten av flat fading sees som reduksjon i SNR. Disse flate fadingkanalene er kjent som amplitudevarierende kanaler eller smalbåndskanaler.
2.b) Frekvensselektiv fading
Det påvirker forskjellige spektrale komponenter i et radiosignal med forskjellige amplituder. Derav navnet selektiv fading.
• Signal BW > Kanal BW
• Symbolperiode < Delay Spread
Basert pådopplerspredningdet er to typer falming, nemlig. rask falming og sakte falming. Disse dopplerspredningsfadingtypene avhenger av mobilhastighet, dvs. mottakerens hastighet i forhold til senderen.
2.c) Rask falming
Fenomenet rask fading er representert ved raske svingninger i signalet over små områder (dvs. båndbredde). Når signalene kommer fra alle retninger i flyet, vil rask fading bli observert for alle bevegelsesretninger.
Rask fading oppstår når kanalimpulsresponsen endres veldig raskt innenfor symbolvarigheten.
• Høy dopplerspredning
• Symbolperiode > Koherenstid
• Signalvariasjon < Kanalvariasjon
Disse parameterne resulterer i frekvensspredning eller tidsselektiv fading på grunn av dopplerspredning. Rask falming er et resultat av refleksjoner av lokale objekter og bevegelse av objekter i forhold til disse objektene.
Ved rask fading er mottakssignal summen av mange signaler som reflekteres fra forskjellige overflater. Dette signalet er summen eller forskjellen av flere signaler som kan være konstruktive eller destruktive basert på relativ faseforskyvning mellom dem. Faseforhold avhenger av bevegelseshastighet, overføringsfrekvens og relative veilengder.
Rask fading forvrenger formen på basebåndpulsen. Denne forvrengningen er lineær og skaperISI(Intersymbolinterferens). Adaptiv utjevning reduserer ISI ved å fjerne lineær forvrengning indusert av kanalen.
2.d) Sakte falming
Langsom falming er et resultat av skyggelegging av bygninger, åser, fjell og andre gjenstander over stien.
• Lav dopplerspredning
• Symbolperiode <
• Signalvariasjon >> Kanalvariasjon
Implementering av fading-modeller eller fading-distribusjoner
Implementeringer av fading-modeller eller fading-distribusjoner inkluderer Rayleigh-fading, Rician-fading, Nakagami-fading og Weibull-fading. Disse kanaldistribusjonene eller modellene er designet for å inkludere fading i basebånddatasignalet i henhold til kravene til fadingprofil.
Rayleigh blekner
• I Rayleigh-modellen simuleres bare Non Line of Sight (NLOS) komponenter mellom sender og mottaker. Det antas at det ikke er noen LOS-bane mellom sender og mottaker.
• MATLAB gir "rayleighchan"-funksjon for å simulere rayleigh-kanalmodell.
• Kraften er eksponentielt fordelt.
• Fasen er jevnt fordelt og uavhengig av amplituden. Det er den mest brukte typen Fading i trådløs kommunikasjon.
Rician falming
• I rician-modellen simuleres både Line of Sight (LOS) og ikke Line of Sight (NLOS) komponenter mellom sender og mottaker.
• MATLAB gir "ricianchan"-funksjon for å simulere rician-kanalmodell.
Nakagami blekner
Nakagami-fading-kanal er en statistisk modell som brukes til å beskrive trådløse kommunikasjonskanaler der den mottatte sgnalen gjennomgår flerveisfading. Det representerer miljøer med moderat til alvorlig falming, for eksempel urbane eller forstadsområder. Følgende ligning kan brukes til å simulere Nakagami-fadingkanalmodell.
• I dette tilfellet betegner vi h = r*ejΦog vinkelen Φ er jevnt fordelt på [-π, π]
• Variablene r og Φ antas å være gjensidig uavhengige.
• Nakagami-pdf-en er uttrykt som ovenfor.
• I Nakagami pdf, 2σ2= E{r2}, Γ(.) er gamma-funksjonen og k >= (1/2) er falmingstallet (frihetsgrader knyttet til antall tilføyde Gaussion-slumpvariabler).
• Den ble opprinnelig utviklet empirisk basert på målinger.
• Øyeblikkelig mottakskraft er gammafordelt. • Med k = 1 Rayleigh = Nakagami
Weibull blekner
Denne kanalen er en annen statistisk modell som brukes til å beskrive trådløs kommunikasjonskanal. Weibull-fading-kanal brukes ofte til å representere miljøer med forskjellige typer falming, inkludert både svak og alvorlig falming.
Hvor,
2σ2= E{r2}
• Weibull-distribusjonen representerer en annen generalisering av Rayleigh-fordelingen.
• Når X og Y er iid null gjennomsnittlige gaussiske variabler, er omhyllingen til R = (X2+ Y2)1/2er Rayleigh distribuert. • Imidlertid er konvolutt definert R = (X2+ Y2)1/2, og den tilsvarende pdf (kraftfordelingsprofil) er Weibull-distribuert.
• Følgende ligning kan brukes til å simulere Weibull-fadingmodellen.
På denne siden har vi gått gjennom ulike emner om fading, for eksempel hva som er fadingkanal, dens typer, fadingmodeller, deres applikasjoner, funksjoner og så videre. Man kan bruke informasjonen som er gitt på denne siden for å sammenligne og utlede forskjellen mellom liten skala fading og storskala fading, forskjell mellom flat fading og frekvensselektiv fading, forskjell mellom rask fading og sakte fading, forskjell mellom rayleigh fading og rician fading og så videre.
E-mail:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Nettsted: www.rf-miso.com
Innleggstid: 14. august 2023
