На этой странице описаны основы и типы замирания сигнала в беспроводной связи. Типы замирания делятся на крупномасштабное и мелкомасштабное (многолучевое распространение с задержкой и доплеровское распространение).
Плоское замирание и частотно-селективное замирание являются частью многолучевого замирания, тогда как быстрое и медленное замирание являются частью доплеровского замирания. Эти типы замирания реализуются в соответствии с распределениями или моделями Рэлея, Райса, Накагами и Вейбулла.
Введение:
Как известно, беспроводная система 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 трассе распространения, многолучевое затухание и т. д. Затухание сигнала на пути зависит от различных факторов, таких как время, радиочастота и траектория или положение передатчика/приемника. Канал между передатчиком и приемником может быть изменяющимся во времени или фиксированным в зависимости от того, являются ли передатчик/приемник неподвижными или движущимися относительно друг друга.
Что исчезает?
Изменение мощности принимаемого сигнала во времени вследствие изменений среды передачи или путей называется замиранием. Замирание зависит от различных факторов, упомянутых выше. В стационарных системах замирание зависит от атмосферных условий, таких как дождь, молнии и т. д. В мобильных системах замирание зависит от препятствий на пути передачи, которые меняются со временем. Эти препятствия создают сложные эффекты передачи сигнала.
На рисунке 1 представлена диаграмма зависимости амплитуды от расстояния для медленного и быстрого замирания, которые мы обсудим позже.
Исчезающие типы
С учетом различных помех, связанных с каналом связи, и положения передатчика/приемника, в беспроводной системе связи возникают следующие типы замираний сигнала.
➤Масштабное затухание: включает в себя эффекты потери пути и затенения.
➤Маломасштабное замирание: Оно делится на две основные категории: многолучевое запаздывание и доплеровское замирание. Многолучевое запаздывание, в свою очередь, подразделяется на плоское замирание и частотно-избирательное замирание. Доплеровское замирание делится на быстрое и медленное замирание.
➤Модели затухания: Вышеуказанные типы затухания реализованы в различных моделях или распределениях, включая модели Рэлея, Райса, Накагами, Вейбулла и т. д.
Как известно, затухание сигнала происходит из-за отражений от земли и окружающих зданий, а также рассеянных сигналов от деревьев, людей и башен, находящихся на большой территории. Существует два типа затухания: крупномасштабное и мелкомасштабное.
1.) Масштабное выцветание
Масштабное замирание сигнала происходит, когда между передатчиком и приемником появляется препятствие. Этот тип помех вызывает значительное снижение мощности сигнала. Это происходит потому, что электромагнитная волна затеняется или блокируется препятствием. Это связано с большими колебаниями сигнала на расстоянии.
1.а) Потери на трассе распространения сигнала
Потери на трассе распространения 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 10¹⁰8
Из уравнения следует, что передаваемый сигнал ослабевает с расстоянием, поскольку сигнал распространяется на все большую площадь от передающего конца к принимающему.
1.б) Эффект затенения
• Это явление наблюдается в беспроводной связи. Затенение — это отклонение принимаемой мощности электромагнитного сигнала от среднего значения.
• Это результат наличия препятствий на пути между передатчиком и приемником.
• Это зависит от географического положения, а также от радиочастоты электромагнитных волн.
2. Мелкомасштабное выцветание
Мелкомасштабное замирание связано с быстрыми колебаниями мощности принимаемого сигнала на очень коротком расстоянии и за короткий промежуток времени.
На основемноголучевое распространение задержкиСуществует два типа мелкомасштабного замирания: плоское замирание и частотно-избирательное замирание. Эти типы многолучевого замирания зависят от условий распространения.
2.а) Плоское затухание
Считается, что беспроводной канал имеет плоское замирание, если он обладает постоянным коэффициентом усиления и линейной фазовой характеристикой в полосе пропускания, превышающей полосу пропускания передаваемого сигнала.
При этом типе замирания все частотные составляющие принимаемого сигнала изменяются одновременно в одинаковых пропорциях. Он также известен как неселективное замирание.
• Полоса пропускания сигнала << Полоса пропускания канала
• Период символа >> Задержка распространения
Эффект плоского замирания проявляется в снижении отношения сигнал/шум. Каналы с плоским замиранием известны как каналы с изменяющейся амплитудой или узкополосные каналы.
2.б) Частотно-избирательное замирание
Этот метод воздействует на различные спектральные компоненты радиосигнала с разной амплитудой. Отсюда и название — селективное замирание.
• Пропускная способность сигнала > Пропускная способность канала
• Период символа < Задержка распространения
На основедоплеровское распространениеСуществует два типа замирания сигнала: быстрое и медленное. Эти типы замирания, вызванные эффектом Доплера, зависят от скорости движения устройства, то есть от скорости приемника относительно передатчика.
2.c) Быстрое затухание
Явление быстрого замирания сигнала характеризуется быстрыми флуктуациями сигнала на малых участках (т.е. в полосе пропускания). Когда сигналы поступают со всех направлений в плоскости, быстрое замирание будет наблюдаться для всех направлений движения.
Быстрое замирание сигнала происходит, когда импульсная характеристика канала изменяется очень быстро в течение длительности символа.
• Высокое допплеровское распространение
• Период символа > Время когерентности
• Изменение сигнала < Изменение канала
Эти параметры приводят к частотной дисперсии или временному избирательному замиранию из-за эффекта Доплера. Быстрое замирание является результатом отражения от локальных объектов и движения объектов относительно этих объектов.
При быстром замирании принимаемый сигнал представляет собой сумму многочисленных сигналов, отраженных от различных поверхностей. Этот сигнал является суммой или разностью 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 затухание искажает форму импульса основной полосы частот. Это искажение носит линейный характер и создаетИСИ(Межсимвольные помехи). Адаптивная эквализация уменьшает межсимвольные помехи за счет устранения линейных искажений, вызванных каналом.
2.d) Медленное затухание
Постепенное затухание света является результатом затенения тропы зданиями, холмами, горами и другими объектами.
• Низкий допплеровский разброс
• Период символа <
• Изменение сигнала >> Изменение канала
Реализация моделей затухания или распределений затухания
К числу реализаций моделей замирания или распределений замирания относятся замирание Рэлея, замирание Райса, замирание Накагами и замирание Вейбулла. Эти распределения или модели каналов предназначены для учета замирания в сигнале данных основной полосы частот в соответствии с требованиями профиля замирания.
затухание Рэлея
• В модели Рэлея моделируются только компоненты, не находящиеся в прямой видимости (NLOS), между передатчиком и приемником. Предполагается, что между передатчиком и приемником отсутствует прямой путь видимости.
• MATLAB предоставляет функцию "rayleighchan" для моделирования модели канала Рэлея.
• Распределение мощности имеет экспоненциальное распределение.
• Фаза распределена равномерно и не зависит от амплитуды. Это наиболее часто встречающийся тип замирания в беспроводной связи.
Рисианское угасание
• В модели rician моделируются как компоненты прямой видимости (LOS), так и компоненты, не связанные с прямой видимостью (NLOS), между передатчиком и приемником.
• MATLAB предоставляет функцию "ricianchan" для моделирования модели канала Рициана.
Накагами исчезает
Модель замирания Накагами — это статистическая модель, используемая для описания беспроводных каналов связи, в которых принимаемый сигнал подвергается многолучевому замиранию. Она описывает среды с умеренным или сильным замиранием, такие как городские или пригородные районы. Для моделирования модели замирания Накагами можно использовать следующее уравнение.
• В этом случае мы обозначаем h = r*ejΦи угол Φ равномерно распределен на интервале [-π, π].
• Предполагается, что переменные r и Φ являются взаимно независимыми.
• PDF-файл Накагами представлен в указанном выше виде.
• В PDF-файле Накагами, 2σ2= E{r2}, Γ(.) — гамма-функция, а k >= (1/2) — коэффициент затухания (степени свободы связаны с количеством добавленных случайных величин Гаусса).
• Первоначально он был разработан эмпирическим путем на основе измерений.
• Мгновенная мощность принимаемого сигнала распределена по гамма-распределению. • При k = 1 распределение Рэлея равно распределению Накагами.
Угасание Вейбулла
Этот канал представляет собой еще одну статистическую модель, используемую для описания канала беспроводной связи. Канал с замираниями Вейбулла обычно используется для описания сред с различными типами замираний, включая как слабые, так и сильные замирания.
Где,
2σ2= E{r2}
• Распределение Вейбулла представляет собой еще одно обобщение распределения Рэлея.
• Когда X и Y являются независимыми и одинаково распределенными гауссовыми переменными с нулевым средним, огибающая R = (X2+ Y2)1/2распределено по закону Рэлея. • Однако огибающая определена как R = (X2+ Y2)1/2а соответствующая функция плотности вероятности (профиль распределения мощности) имеет распределение Вейбулла.
• Следующее уравнение можно использовать для моделирования модели затухания Вейбулла.
На этой странице мы рассмотрели различные темы, касающиеся замирания сигнала, такие как что такое замирающий канал, его типы, модели замирания, их применение, функции и так далее. Информация, представленная на этой странице, может быть использована для сравнения и выявления различий между замиранием в малом и большом масштабе, между плоским замиранием и частотно-избирательным замиранием, между быстрым и медленным замиранием, между рэлеевским и рицианским замиранием и так далее.
E-mail:info@rf-miso.com
Телефон: 0086-028-82695327
Веб-сайт: www.rf-miso.com
Дата публикации: 14 августа 2023 г.
