На этой странице описаны основы замирания и типы замираний в беспроводной связи. Различают крупномасштабное и мелкомасштабное замирание (многолучевое запаздывание и доплеровское замирание).
Плоское замирание и замирание с частотной селекцией являются частью многолучевого замирания, тогда как быстрое и медленное замирание являются частью доплеровского замирания. Эти типы замирания реализуются в соответствии с распределениями Рэлея, Райса, Накагами и Вейбулла.
Введение:
Как известно, система беспроводной связи состоит из передатчика и приёмника. Путь от передатчика к приёмнику неровный, и передаваемый сигнал может подвергаться различным видам затухания, включая потери в тракте, многолучевое затухание и т.д. Затухание сигнала на этом пути зависит от различных факторов: времени, радиочастоты, а также пути распространения или положения передатчика/приёмника. Канал между передатчиком и приёмником может быть как изменяющимся во времени, так и фиксированным в зависимости от того, неподвижны ли передатчик и приёмник или движутся относительно друг друга.
Что такое затухание?
Изменение мощности принимаемого сигнала во времени, вызванное изменениями в среде передачи или путях распространения, называется замиранием. Замирание зависит от различных факторов, упомянутых выше. В стационарном режиме замирание зависит от атмосферных условий, таких как осадки, молнии и т. д. В мобильном режиме замирание зависит от препятствий на пути распространения сигнала, которые меняются со временем. Эти препятствия создают сложные помехи 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 ухудшения, 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: многолучевое замирание и доплеровское замирание. Многолучевое замирание, в свою очередь, подразделяется на плоское замирание и частотно-избирательное замирание. Доплеровское замирание подразделяется на быстрое и медленное замирание.
➤Модели замирания: Вышеуказанные типы замирания реализованы в различных моделях или распределениях, включая модели Рэлея, Райса, Накагами, Вейбулла и т. д.
Как известно, затухание сигналов происходит из-за отражений от земли и окружающих зданий, а также из-за рассеянного сигнала от деревьев, людей и вышек, расположенных на большой площади. Существует два типа затухания: крупномасштабное и мелкомасштабное.
1.) Масштабное затухание
Масштабное затухание сигнала происходит при наличии препятствия между передатчиком и приёмником. Этот тип помех приводит к значительному снижению уровня сигнала. Это происходит из-за того, что электромагнитная волна затеняется или блокируется препятствием. Это связано со значительными 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 антеннами
c = скорость света, т.е. 3 x 108
Из уравнения следует, что передаваемый сигнал затухает с расстоянием, поскольку сигнал распространяется на все большую площадь от передающего конца к принимающему концу.
1.б) Эффект затенения
• Наблюдается в беспроводной связи. Затенение — это отклонение мощности принимаемого электромагнитного 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. Мелкомасштабное выцветание
Замирание небольшого масштаба связано с быстрыми колебаниями уровня принимаемого сигнала на очень коротком расстоянии и за короткий период времени.
На основемноголучевое распространение задержкиСуществует два типа мелкомасштабных замираний: плоские замирания и частотно-избирательные замирания. Эти типы многолучевого замирания зависят от условий распространения.
2.a) Плоское затухание
Говорят, что беспроводной канал имеет плавное замирание, если он имеет постоянный коэффициент усиления и линейную фазовую характеристику в полосе пропускания, которая больше полосы пропускания передаваемого сигнала.
При этом типе замирания все частотные компоненты принимаемого сигнала флуктуируют в одинаковых пропорциях одновременно. Это явление также известно как неселективное замирание.
• Полоса пропускания сигнала << Полоса пропускания канала
• Период символа >> Задержка спреда
Эффект плавного замирания проявляется в снижении отношения сигнал/шум. Такие каналы с плавным замиранием известны как каналы с переменной амплитудой или узкополосные каналы.
2.б) Частотно-избирательное замирание
Он воздействует на различные спектральные компоненты радиосигнала с разной амплитудой. Отсюда и название — селективное замирание.
• Ширина полосы сигнала > Ширина полосы канала
• Период символа < Задержка спреда
На основедопплеровское распространениеСуществует два типа замирания: быстрое и медленное. Эти типы замирания зависят от скорости движения, то есть скорости приёмника относительно передатчика.
2.c) Быстрое затухание
Явление быстрого замирания характеризуется быстрыми флуктуациями сигнала в небольших областях (полосах пропускания). Когда сигналы поступают со всех направлений в плоскости, быстрое замирание будет наблюдаться во всех направлениях 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 избирательному замиранию сигнала во времени из-за доплеровского эффекта. Быстрое замирание сигнала возникает из-за отражений от локальных объектов и движения самих объектов относительно них.
При быстром замирании принимаемый сигнал представляет собой сумму множества сигналов, отражённых от различных поверхностей. Этот сигнал представляет собой сумму или разность нескольких 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 замирание искажает форму импульса основной полосы. Это искажение линейно и создаётИСИ(Межсимвольная интерференция). Адаптивная коррекция уменьшает межсимвольные интерференции (ISI) за счёт устранения линейных искажений, вносимых каналом.
2.d) Медленное затухание
Медленное затухание является результатом затенения зданиями, холмами, горами и другими объектами на пути.
• Низкое доплеровское рассеяние
• Период символа <
• Изменение сигнала >> Изменение канала
Реализация моделей затухания или распределений затухания
Реализации моделей замирания или распределений замирания включают замирание Рэлея, замирание Райса, замирание Накагами и замирание Вейбулла. Эти распределения или модели каналов разработаны для учета замирания в сигнале данных основной полосы в соответствии с требованиями к профилю замирания.
Рэлеевское замирание
• В модели Рэлея моделируются только компоненты, не находящиеся в прямой видимости (NLOS), между передатчиком и приёмником. Предполагается, что между передатчиком и приёмником нет прямой видимости.
• MATLAB предоставляет функцию «rayleighchan» для моделирования модели канала Рэлея.
• Мощность распределена экспоненциально.
• Фаза распределена равномерно и не зависит от амплитуды. Это наиболее распространённый тип замирания в беспроводной связи.
Райсийский угасающий
• 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 с замираниями Накагами — это статистическая модель, используемая для описания беспроводных каналов связи, в которых принимаемый сигнал подвергается многолучевому замиранию. Она описывает условия с умеренным или сильным замиранием, например, городские или пригородные зоны. Для моделирования модели канала с замираниями Накагами можно использовать следующее уравнение.
• 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 представлен 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 приёма распределена по закону гамма. • При k = 1 Рэлей = Накагами
затухание Вейбулла
Этот канал — ещё одна статистическая модель, используемая для описания беспроводного канала связи. Канал замирания Вейбулла обычно используется для описания сред с различными типами замираний, включая как слабые, так и сильные.
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 по закону 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, связанные с замиранием, такие как: что такое канал замирания, его типы, модели замирания, их применение, функции и т. д. Информация, представленная на этой странице, поможет вам сравнить и выявить различия между мелкомасштабным и крупномасштабным замиранием, между плоским замиранием и частотно-избирательным замиранием, между быстрым и медленным замиранием, между рэлеевским и райсовским замиранием и так далее.
E-mail:info@rf-miso.com
Телефон: 0086-028-82695327
Сайт:www.rf-miso.com
Время публикации: 14 августа 2023 г.
