На этой странице описаны основы замирания и типы замирания в беспроводной связи. Типы замираний делятся на крупномасштабные и мелкомасштабные (многолучевое распространение задержки и доплеровское распространение).
Плоское замирание и замирание с выбором частоты являются частью многолучевого замирания, тогда как быстрое и медленное замирание являются частью замирания с доплеровским распространением. Эти типы замираний реализуются в соответствии с распределениями или моделями Рэлея, Райсиана, Накагами и Вейбулла.
Введение:
Как мы знаем, система беспроводной связи состоит из передатчика и приемника. Путь от передатчика к приемнику не является гладким, и передаваемый сигнал может претерпевать различные виды затухания, включая потери на трассе, затухание из-за многолучевого распространения и т. д. Затухание сигнала на пути зависит от различных факторов. Это время, радиочастота и путь или положение передатчика/приемника. Канал между передатчиком и приемником может изменяться во времени или быть фиксированным в зависимости от того, неподвижны ли передатчик/приемник или движутся относительно друг друга.
Что такое затухание?
Изменение мощности принимаемого сигнала во времени из-за изменений в среде передачи или трактах известно как замирание. Как упоминалось выше, затухание зависит от различных факторов. В фиксированном сценарии замирание зависит от атмосферных условий, таких как осадки, освещение и т. д. В мобильном сценарии замирание зависит от препятствий на пути, которые изменяются во времени. Эти препятствия создают сложные эффекты передачи передаваемого сигнала.
На рисунке 1 изображена диаграмма зависимости амплитуды от расстояния для типов медленного и быстрого замирания, которые мы обсудим позже.
Типы затухания
Учитывая различные ухудшения, связанные с каналом, и положение передатчика/приемника, отслеживание является типом замирания в системе беспроводной связи.
➤Крупномасштабное затухание: включает в себя эффекты потери траектории и затенения.
➤Маломасштабное затухание: оно разделено на две основные категории, а именно. Распространение задержки при многолучевом распространении и доплеровское распространение. Разброс задержки при многолучевом распространении далее делится на плоское замирание и частотно-избирательное замирание. Допплеровский разброс делится на быстрое и медленное замирание.
➤ Модели затухания. Вышеуказанные типы затухания реализованы в различных моделях или дистрибутивах, включая Рэлея, Рициана, Накагами, Вейбулла и т. д.
Как мы знаем, затухание сигналов происходит из-за отражений от земли и окружающих зданий, а также рассеянных сигналов от деревьев, людей и вышек, находящихся на большой территории. Существует два типа затухания, а именно. крупномасштабное замирание и мелкомасштабное замирание.
1.) Крупномасштабное затухание
Крупномасштабное замирание происходит, когда между передатчиком и приемником возникает препятствие. Этот тип помех приводит к значительному снижению мощности сигнала. Это связано с тем, что электромагнитная волна затеняется или блокируется препятствием. Это связано с большими колебаниями сигнала на расстоянии.
1.а) Потеря пути
Потери на пути в свободном пространстве можно выразить следующим образом.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Где,
Pt = мощность передачи
Pr = получить мощность
λ = длина волны
d = расстояние между передающей и приемной антенной
c = скорость света, т.е. 3 x 108
Из уравнения следует, что передаваемый сигнал затухает с расстоянием, поскольку сигнал распространяется на все большую и большую площадь от передающей стороны к принимающей стороне.
1.б) Эффект затенения
• Наблюдается при беспроводной связи. Затенение – это отклонение принимаемой мощности ЭМ сигнала от среднего значения.
• Это результат препятствий на пути между передатчиком и приемником.
• Это зависит от географического положения, а также от радиочастоты ЭМ (электромагнитных) волн.
2. Небольшое затухание
Мелкомасштабное замирание связано с быстрыми колебаниями мощности принимаемого сигнала на очень коротком расстоянии и в течение короткого периода времени.
На основеразброс задержки при многолучевом распространенииСуществует два типа мелкомасштабного замирания, а именно. плоское замирание и частотно-избирательное замирание. Эти типы многолучевого замирания зависят от среды распространения.
2.а) Плоское замирание
Говорят, что беспроводной канал имеет плоское замирание, если он имеет постоянное усиление и линейную фазовую характеристику в полосе пропускания, превышающей полосу пропускания передаваемого сигнала.
При этом типе замирания все частотные составляющие принимаемого сигнала колеблются одновременно в одинаковых пропорциях. Это также известно как неселективное затухание.
• Полоса сигнала << Полоса пропускания канала
• Период символа >> Распространение задержки
Эффект плоского замирания проявляется в уменьшении SNR. Эти каналы с плоским замиранием известны как каналы с изменяющейся амплитудой или узкополосные каналы.
2.b) Частотно-селективное замирание
Он влияет на разные спектральные составляющие радиосигнала с разной амплитудой. Отсюда и название «селективное затухание».
• Полоса сигнала > Ширина полосы канала
• Период символа < Разброс задержки
На основедопплеровское распространениеесть два типа затухания, а именно. быстрое затухание и медленное затухание. Эти типы замираний с доплеровским расширением зависят от скорости мобильного устройства, т. е. скорости приемника относительно передатчика.
2.c) Быстрое затухание
Явление быстрого замирания представляет собой быстрые колебания сигнала на небольших участках (т. е. в полосе пропускания). При поступлении сигналов со всех направлений в плоскости будет наблюдаться быстрое замирание для всех направлений движения.
Быстрое затухание происходит, когда импульсная характеристика канала изменяется очень быстро в пределах продолжительности символа.
• Высокий доплеровский разброс
• Период символа > Время когерентности
• Изменение сигнала < Изменение канала
Эти параметры приводят к частотной дисперсии или избирательному по времени замиранию из-за доплеровского расширения. Быстрое затухание является результатом отражений локальных объектов и движения объектов относительно этих объектов.
При быстром замирании принимаемый сигнал представляет собой сумму множества сигналов, отраженных от различных поверхностей. Этот сигнал представляет собой сумму или разность нескольких сигналов, которые могут быть конструктивными или деструктивными в зависимости от относительного фазового сдвига между ними. Фазовые соотношения зависят от скорости движения, частоты передачи и относительной длины пути.
Быстрое замирание искажает форму импульса основной полосы. Это искажение линейно и создаетИСИ(Интерференция символов). Адаптивный эквалайзер снижает ISI за счет устранения линейных искажений, вызванных каналом.
2.d) Медленное затухание
Медленное затухание является результатом затенения зданий, холмов, гор и других объектов на пути.
• Низкий допплеровский разброс
• Период символа <
• Изменение сигнала >> Изменение канала
Реализация моделей замирания или распределений замираний
Реализации моделей замираний или распределений замираний включают замирание Рэлея, замирание Райса, замирание Накагами и замирание Вейбулла. Эти распределения каналов или модели предназначены для включения замирания в сигнале данных основной полосы частот в соответствии с требованиями профиля замирания.
Рэлеевское затухание
• В модели Рэлея между передатчиком и приемником моделируются только компоненты вне прямой видимости (NLOS). Предполагается, что между передатчиком и приемником не существует пути LOS.
• MATLAB предоставляет функцию «rayleighchan» для моделирования модели релеевского канала.
• Мощность распределяется экспоненциально.
• Фаза распределена равномерно и не зависит от амплитуды. Это наиболее часто используемый тип затухания в беспроводной связи.
Райсиан исчезает
• В модели Райса между передатчиком и приемником моделируются компоненты как прямой видимости (LOS), так и компоненты прямой видимости (NLOS).
• MATLAB предоставляет функцию «ricianchan» для моделирования модели канала rician.
Накагами исчезает
Канал замирания Накагами — это статистическая модель, используемая для описания каналов беспроводной связи, в которых принятый сигнал подвергается многолучевому замиранию. Он представляет собой среду с умеренным или сильным затуханием, например, городские или пригородные районы. Следующее уравнение можно использовать для моделирования модели канала замирания Накагами.
• В этом случае мы обозначаем h = r*ejΦи угол Φ равномерно распределен на [-π, π]
• Предполагается, что переменные r и Φ взаимно независимы.
• PDF-файл Накагами имеет вид, указанный выше.
• В PDF-файле Накагами 2σ.2= Е{г2}, Γ(.) — гамма-функция, а k >= (1/2) — фигура затухания (степени свободы, связанные с количеством добавленных гауссионских случайных величин).
• Первоначально он был разработан эмпирически на основе измерений.
• Мгновенная мощность приема распределяется по гамма-распределению. • При k = 1 Рэлей = Накагами
Затухание Вейбулла
Этот канал представляет собой еще одну статистическую модель, используемую для описания канала беспроводной связи. Канал замирания Вейбулла обычно используется для представления сред с различными типами условий замирания, включая как слабое, так и сильное замирание.
Где,
2σ2= Е{г2}
• Распределение Вейбулла представляет собой еще одно обобщение распределения Рэлея.
• Когда X и Y являются гауссовскими переменными с нулевым средним значением, огибающая R = (X2+ Д2)1/2распределена по Рэлею. • Однако конверт определен R = (X2+ Д2)1/2, а соответствующий PDF-файл (профиль распределения мощности) является распределенным по Вейбуллу.
• Следующее уравнение можно использовать для моделирования модели затухания Вейбулла.
На этой странице мы рассмотрели различные темы, посвященные замиранию, например, что такое канал замирания, его типы, модели замирания, их приложения, функции и так далее. Можно использовать информацию, представленную на этой странице, для сравнения и определения разницы между мелкомасштабным и крупномасштабным замиранием, разницей между плоским замиранием и частотно-избирательным замиранием, разницей между быстрым и медленным замиранием, разницей между релеевским замиранием и замиранием по Райсу и скоро.
E-mail:info@rf-miso.com
Телефон: 0086-028-82695327
Сайт: www.rf-miso.com.
Время публикации: 14 августа 2023 г.
