Denne siden beskriver det grunnleggende om fading og typer fading i trådløs kommunikasjon. Fading-typene er delt inn i storskala fading og litenskala fading (flerveisforsinkelsesspredning og dopplerspredning).
Flat fading og frekvensvalg-fading er en del av flerveisfading, mens rask fading og langsom fading er en del av doppler-spredningsfading. Disse fading-typene implementeres i henhold til Rayleigh-, Rician-, Nakagami- og Weibull-fordelinger eller -modeller.
Introduksjon:
Som vi vet består trådløse kommunikasjonssystemer av en sender og en mottaker. Banen fra sender til mottaker er ikke jevn, og det overførte signalet kan gå gjennom ulike typer dempinger, inkludert banefall, flerbanedemping osv. Signaldempingen gjennom banen avhenger av ulike faktorer. Disse er tid, radiofrekvens og banen eller posisjonen til sender/mottaker. Kanalen mellom sender og mottaker kan variere i tid eller være fast, avhengig av om senderen/mottakeren er faste eller beveger seg i forhold til hverandre.
Hva er det som falmer?
Tidsvariasjonen i mottatt signaleffekt på grunn av endringer i overføringsmedium eller -baner er kjent som fading. Fading avhenger av ulike faktorer som nevnt ovenfor. I et fast scenario avhenger fading av atmosfæriske forhold som nedbør, lyn osv. I et mobilt scenario avhenger fading av hindringer langs banen som varierer med tid. Disse hindringene skaper komplekse overføringseffekter på det overførte signalet.
Figur 1 viser amplitude versus avstandsdiagram for langsom og rask fading, som vi vil diskutere senere.
Falmende typer
Med tanke på ulike kanalrelaterte svekkelser og plasseringen av sender/mottaker er følgende typer falming i trådløse kommunikasjonssystemer.
➤Storskala falming: Inkluderer baneforsvinning og skyggeeffekter.
➤Småskala fading: Den er delt inn i to hovedkategorier, nemlig flerveisforsinkelsesspredning og dopplerspredning. Flerveisforsinkelsesspredningen er videre delt inn i flat fading og frekvensselektiv fading. Dopplerspredning er delt inn i rask fading og langsom fading.
➤Fadingmodeller: Ovennevnte fadingtyper er implementert i forskjellige modeller eller distribusjoner som inkluderer Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull osv.
Som vi vet, oppstår falming av signaler på grunn av refleksjoner fra bakken og omkringliggende bygninger, samt spredte signaler fra trær, mennesker og tårn som er tilstede i et stort område. Det finnes to typer falming, nemlig storskala falming og litenskala falming.
1.) Storskala falming
Storskala falming oppstår når en hindring kommer mellom sender og mottaker. Denne typen interferens forårsaker betydelig reduksjon av signalstyrken. Dette er fordi elektromagnetiske bølger skygges over eller blokkeres av hindringen. Det er relatert til store fluktuasjoner i signalet over avstand.
1.a) Tap av vei
Tapet av friromsbanen kan uttrykkes som følger.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Hvor,
Pt = Sendeeffekt
Pr = Mottakereffekt
λ = bølgelengde
d = avstand mellom sender- og mottakerantenne
c = lysets hastighet, dvs. 3 x 108
Fra ligningen impliserer det at overført signal svekkes over avstand ettersom signalet spres over et større og større område fra senderenden mot mottakerenden.
1.b) Skyggeeffekt
• Det observeres i trådløs kommunikasjon. Skygging er avvik i mottatt effekt fra EM-signal fra gjennomsnittsverdi.
• Det er et resultat av hindringer i veien mellom sender og mottaker.
• Det avhenger av geografisk posisjon samt radiofrekvensen til EM (elektromagnetiske) bølger.
2. Småskala falming
Liten fading handler om raske svingninger i mottatt signalstyrke over svært kort avstand og kort tidsperiode.
Basert påflerveisforsinkelsesspredningDet finnes to typer liten fading, nemlig flat fading og frekvensselektiv fading. Disse typene med flerveis fading avhenger av forplantningsmiljøet.
2.a) Flat fading
En trådløs kanal sies å ha flat fading hvis den har konstant forsterkning og lineær faserespons over en båndbredde som er større enn båndbredden til det overførte signalet.
I denne typen fading svinger alle frekvenskomponentene i det mottatte signalet i samme proporsjoner samtidig. Det er også kjent som ikke-selektiv fading.
• Signal BW << Kanal BW
• Symbolperiode >> Forsinkelsesspredning
Effekten av flat fading sees som en reduksjon i signal-støy-forhold (SNR). Disse flat fading-kanalene 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 < Forsinkelsesspredning
Basert pådopplerspredningDet finnes to typer fading, nemlig rask fading og langsom fading. Disse dopplersprednings-fadingtypene avhenger av mobilhastigheten, dvs. mottakerens hastighet i forhold til senderens.
2.c) Rask falming
Fenomenet med rask fading er representert ved raske fluktuasjoner i signalet over små områder (dvs. båndbredde). Når signalene ankommer fra alle retninger i planet, vil rask fading observeres for alle bevegelsesretninger.
Rask fading oppstår når kanalimpulsresponsen endres veldig raskt innenfor symbolvarigheten.
• Høy dopplerspredning
• Symbolperiode > Koherenstid
• Signalvariasjon < Kanalvariasjon
Disse parameterne resulterer i frekvensdispersjon eller tidsselektiv fading på grunn av dopplerspredning. Rask fading er et resultat av refleksjoner fra lokale objekter og bevegelse av objekter i forhold til disse objektene.
Ved rask fading er mottakssignalet summen av en rekke signaler som reflekteres fra forskjellige overflater. Dette signalet er summen eller differansen av flere signaler som kan være konstruktive eller destruktive basert på relativ faseforskyvning mellom dem. Faseforhold avhenger av bevegelseshastighet, overføringsfrekvens og relative banelengder.
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) Langsom falming
Langsom falming er et resultat av skyggelegging fra bygninger, åser, fjell og andre objekter langs stien.
• Lav Doppler-spredning
• Symbolperiode <
• Signalvariasjon >> Kanalvariasjon
Implementering av fading-modeller eller fading-distribusjoner
Implementeringer av fadingmodeller eller fadingdistribusjoner inkluderer Rayleigh-fading, Riciansk fading, Nakagami-fading og Weibull-fading. Disse kanaldistribusjonene eller modellene er utformet for å innlemme fading i basebånddatasignalet i henhold til kravene til fadingprofilen.
Rayleigh-falming
• I Rayleigh-modellen simuleres kun komponenter uten siktlinje (NLOS) mellom sender og mottaker. Det antas at det ikke finnes noen siktlinje mellom sender og mottaker.
• MATLAB tilbyr funksjonen «rayleighchan» for å simulere Rayleigh-kanalmodellen.
• Kraften er eksponensielt fordelt.
• Fasen er jevnt fordelt og uavhengig av amplituden. Det er den mest brukte typen fading i trådløs kommunikasjon.
Ricansk falming
• I den amerikanske modellen simuleres både siktlinjekomponenter (LOS) og komponenter uten siktlinje (NLOS) mellom sender og mottaker.
• MATLAB tilbyr funksjonen «ricianchan» for å simulere Riciansk kanalmodell.
Nakagami falmer
Nakagami fadding-kanal er en statistisk modell som brukes til å beskrive trådløse kommunikasjonskanaler der det mottatte signalet gjennomgår flerveisfading. Den representerer miljøer med moderat til alvorlig fading, for eksempel by- eller forstadsområder. Følgende ligning kan brukes til å simulere Nakagami fading-kanalmodell.
• 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-en, 2σ2= E{r2}, Γ(.) er Gamma-funksjonen og k >= (1/2) er fading-tallet (frihetsgrader relatert til antall tilføyd Gaussion-tilfeldige variabler).
• Den ble opprinnelig utviklet empirisk basert på målinger.
• Momentan mottakseffekt er gammafordelt. • Med k = 1 Rayleigh = Nakagami
Weibull-falming
Denne kanalen er en annen statistisk modell som brukes til å beskrive trådløs kommunikasjonskanal. Weibull-fadingkanalen brukes ofte til å representere miljøer med ulike typer fadingforhold, inkludert både svak og alvorlig fading.
Hvor,
2σ2= E{r2}
• Weibull-fordelingen representerer en annen generalisering av Rayleigh-fordelingen.
• Når X og Y er iid null gjennomsnittlige gaussiske variabler, er omhyllingshyllen til R = (X2+ Y2)1/2er Rayleigh-fordelt. • Imidlertid er konvolutten definert R = (X2+ Y2)1/2, og den tilhørende pdf-en (kraftfordelingsprofil) er Weibull-distribuert.
• Følgende ligning kan brukes til å simulere Weibull-fadingmodellen.
På denne siden har vi gått gjennom ulike emner om fading, som hva en fadingkanal er, dens typer, fadingmodeller, deres bruksområder, funksjoner og så videre. Man kan bruke informasjonen på denne siden for å sammenligne og utlede forskjellen mellom liten skala fading og stor skala fading, forskjellen mellom flat fading og frekvensselektiv fading, forskjellen mellom rask fading og langsom fading, forskjellen mellom Rayleigh-fading og American-fading og så videre.
E-mail:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Nettsted: www.rf-miso.com
Publisert: 14. august 2023
