На этой странице описываются основы замирания и типы замирания в беспроводной связи. Типы замирания делятся на крупномасштабное замирание и мелкомасштабное замирание (многолучевое распространение задержки и доплеровское распространение).
Flat fading и frequency select fading являются частью multipath fading, тогда как fast fading и slow fading являются частью doppler spread fading. Эти типы fading реализуются в соответствии с распределениями или моделями Рэлея, Райса, 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 проходить через различные виды затухания, включая потери на пути, многолучевое затухание 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 быть изменяющимся во времени или фиксированным в зависимости от того, являются ли передатчик/приемник фиксированными или движутся относительно друг друга.
Что такое выцветание?
Изменение во времени мощности принимаемого сигнала из-за изменений в среде передачи или путях известно как замирание. Замирание зависит от различных факторов, как указано выше. В фиксированном сценарии замирание зависит от атмосферных условий, таких как осадки, молнии и т. д. В мобильном сценарии замирание зависит от препятствий на пути, которые изменяются со временем. Эти препятствия создают сложные эффекты передачи для передаваемого сигнала.
На рисунке 1 изображен график зависимости амплитуды от расстояния для типов медленного и быстрого замирания, которые мы обсудим позже.
Типы выцветания
Принимая во внимание различные нарушения, связанные с каналом, и положение передатчика/приемника, ниже приведены типы замирания в беспроводной системе связи.
➤Крупномасштабное затухание: включает в себя эффекты потери пути и затенения.
➤Мелкомасштабное замирание: оно делится на две основные категории, а именно: многолучевое задержка распространения и доплеровское замирание. Многолучевое задержка распространения далее делится на плоское замирание и частотно-избирательное замирание. Доплеровское замирание делится на быстрое замирание и медленное замирание.
➤Модели затухания: Вышеуказанные типы затухания реализованы в различных моделях или распределениях, включая модели Рэлея, Райса, 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 площади. Существует два типа затухания, а именно: затухание большого масштаба и затухание малого масштаба.
1.) Масштабное выцветание
Крупномасштабное затухание происходит, когда между передатчиком и приемником появляется препятствие. Этот тип помех вызывает значительное снижение мощности сигнала. Это происходит из-за того, что электромагнитная волна затеняется или блокируется препятствием. Это связано с большими колебаниями сигнала на расстоянии.
1.а) Потеря пути
Потери 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 = мощность приема
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 передающего конца к принимающему концу.
1.б) Эффект затенения
• Наблюдается в беспроводной связи. Затенение – это отклонение принимаемой мощности ЭМ сигнала от среднего значения.
• Это результат наличия препятствий на пути между передатчиком и приемником.
• Это зависит от географического положения, а также от радиочастоты ЭМ (электромагнитных) волн.
2. Мелкомасштабное выцветание
Замирание в малых масштабах связано с быстрыми колебаниями уровня принимаемого сигнала на очень коротком расстоянии и в течение короткого периода времени.
На основемноголучевое распространение задержкиСуществует два типа мелкомасштабного замирания, а именно: плоское замирание и частотно-избирательное замирание. Эти типы многолучевого замирания зависят от среды распространения.
2.а) Плоское выцветание
Говорят, что беспроводной канал имеет плавное замирание, если он имеет постоянное усиление и линейную фазовую характеристику в полосе пропускания, которая больше полосы пропускания передаваемого сигнала.
При этом типе замирания все частотные компоненты принимаемого сигнала колеблются в одинаковых пропорциях одновременно. Это также известно как неселективное замирание.
• Полоса пропускания сигнала << Полоса пропускания канала
• Период символа >> Задержка спреда
Эффект плоского замирания проявляется как уменьшение SNR. Эти каналы плоского замирания известны как каналы с переменной амплитудой или узкополосные каналы.
2.б) Частотно-селективное замирание
Он влияет на различные спектральные компоненты радиосигнала с различной амплитудой. Отсюда и название — селективное замирание.
• Полоса пропускания сигнала > Полоса пропускания канала
• Период символа < Задержка спреда
На основедопплеровское распространениеСуществует два типа замирания, а именно: быстрое замирание и медленное замирание. Эти типы замирания с доплеровским распространением зависят от скорости движения, т.е. скорости приемника по отношению к передатчику.
2.c) Быстрое затухание
Явление быстрого замирания представлено быстрыми колебаниями сигнала на небольших участках (т.е. полосе пропускания). Когда сигналы приходят со всех направлений в плоскости, быстрое замирание будет наблюдаться для всех направлений движения.
Быстрое замирание происходит, когда импульсная характеристика канала изменяется очень быстро в течение длительности символа.
• Высокий допплеровский разброс
• Период символа > Время когерентности
• Изменение сигнала < Изменение канала
Эти параметры приводят к частотной дисперсии или селективному замиранию во времени из-за доплеровского расширения. Быстрое замирание является результатом отражений локальных объектов и движения объектов относительно этих объектов.
При быстром замирании принимаемый сигнал представляет собой сумму многочисленных сигналов, отраженных от различных поверхностей. Этот сигнал представляет собой сумму или разность многочисленных сигналов, которые могут быть конструктивными или деструктивными в зависимости от относительного сдвига фаз между ними. Фазовые соотношения зависят от скорости движения, частоты передачи и относительной длины пути.
Быстрое затухание искажает форму импульса основной полосы. Это искажение линейно и создаетИСИ(Межсимвольная интерференция). Адаптивная эквализация уменьшает межсимвольную интерференцию, устраняя линейные искажения, вызванные каналом.
2.d) Медленное затухание
Медленное затухание является результатом затенения зданиями, холмами, горами и другими объектами на пути.
• Низкий доплеровский разброс
• Период символа <
• Изменение сигнала >> Изменение канала
Реализация моделей затухания или распределений затухания
Реализации моделей затухания или распределений затухания включают затухание Рэлея, затухание Райса, затухание Накагами и затухание Вейбулла. Эти распределения или модели каналов разработаны для включения затухания в сигнал данных основной полосы в соответствии с требованиями профиля затухания.
Рэлеевское затухание
• В модели Рэлея моделируются только компоненты Non Line of Sight (NLOS) между передатчиком и приемником. Предполагается, что между передатчиком и приемником не существует пути LOS.
• MATLAB предоставляет функцию «rayleighchan» для моделирования модели канала Рэлея.
• Мощность распределена экспоненциально.
• Фаза равномерно распределена и не зависит от амплитуды. Это наиболее используемый тип замирания в беспроводной связи.
Райсианское затухание
• В модели Райса моделируются как компоненты прямой видимости (LOS), так и компоненты не прямой видимости (NLOS) между передатчиком и приемником.
• MATLAB предоставляет функцию «ricianchan» для моделирования модели канала Райса.
Накагами исчезает
Канал замирания Накагами — это статистическая модель, используемая для описания каналов беспроводной связи, в которых принимаемый сигнал подвергается многолучевому замиранию. Она представляет среды с умеренным или сильным замиранием, такие как 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 отображается так, как указано выше.
• В PDF-файле Накагами 2σ2= Е{р2}, Γ(.) — гамма-функция, а k >= (1/2) — затухающая фигура (степени свободы, связанные с числом добавленных случайных величин Гаусса).
• Первоначально он был разработан эмпирическим путем на основе измерений.
• Мгновенная мощность приема распределена по Гамме. • При k = 1 Рэлей = Накагами
затухание Вейбулла
Этот канал является еще одной статистической моделью, используемой 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{р2}
• Распределение Вейбулла представляет собой еще одно обобщение распределения Рэлея.
• Когда X и Y являются независимыми гауссовыми переменными с нулевым средним, огибающая R = (X2+ Y2)1/2распределено по закону Рэлея. • Однако огибающая определяется R = (X2+ Y2)1/2, а соответствующая pdf (профиль распределения мощности) распределена по закону Вейбулла.
• Следующее уравнение можно использовать для моделирования модели затухания Вейбулла.
На этой странице мы рассмотрели различные темы о замираниях, такие как что такое канал замирания, его типы, модели замирания, их применение, функции и т. д. Информацию, представленную на этой странице, можно использовать для сравнения и выведения различий между мелкомасштабным замиранием и крупномасштабным замиранием, различий между плоским замиранием и частотно-избирательным замиранием, различий между быстрым замиранием и медленным замиранием, различий между замиранием Рэлея и замиранием Райса и т. д.
E-mail:info@rf-miso.com
Телефон:0086-028-82695327
Сайт:www.rf-miso.com
Время публикации: 14-авг-2023
