Op deze pagina worden de basisbeginselen van fading en de soorten fading bij draadloze communicatie beschreven. De Fading-typen zijn onderverdeeld in grootschalige fading en kleinschalige fading (multipath delay spread en doppler spread).
Vlakke fading en frequentieselectiefading maken deel uit van multipadfading, terwijl snelle fading en langzame fading deel uitmaken van dopplerspreidingfading. Deze vervagingstypen worden geïmplementeerd volgens de distributies of modellen van Rayleigh, Rician, Nakagami en Weibull.
Invoering:
Zoals we weten bestaat het draadloze communicatiesysteem uit een zender en een ontvanger. Het pad van zender naar ontvanger is niet gelijkmatig en het verzonden signaal kan verschillende soorten verzwakkingen ondergaan, waaronder padverlies, multipadverzwakking enz. De signaalverzwakking via het pad is afhankelijk van verschillende factoren. Dit zijn tijd, radiofrequentie en pad of positie van zender/ontvanger. Het kanaal tussen zender en ontvanger kan in de tijd variëren of vast zijn, afhankelijk van het feit of de zender/ontvanger vast staat of ten opzichte van elkaar beweegt.
Wat is vervagen?
De tijdsvariatie van het ontvangen signaalvermogen als gevolg van veranderingen in het transmissiemedium of de paden staat bekend als fading. Vervaging is afhankelijk van verschillende factoren, zoals hierboven vermeld. In een vast scenario hangt de vervaging af van atmosferische omstandigheden zoals regenval, bliksem enz. In een mobiel scenario hangt de vervaging af van obstakels op het pad die variëren in de tijd. Deze obstakels creëren complexe transmissie-effecten op het verzonden signaal.
Figuur 1 toont de amplitude versus afstandsgrafiek voor langzame en snelle fading-typen, die we later zullen bespreken.
Vervagende typen
Rekening houdend met verschillende kanaalgerelateerde beperkingen en de positie van zender/ontvanger, zijn dit de soorten fading in draadloze communicatiesystemen.
➤Vervaging op grote schaal: omvat padverlies en schaduweffecten.
➤ Kleinschalige vervaging: het is verdeeld in twee hoofdcategorieën, namelijk. multipath-vertragingsspreiding en dopplerspreiding. De multipath-vertragingsspreiding is verder onderverdeeld in vlakke fading en frequentieselectieve fading. Dopplerspreiding is onderverdeeld in snelle fading en langzame fading.
➤Vervagingsmodellen: bovenstaande vervagingstypen zijn geïmplementeerd in verschillende modellen of distributies, waaronder Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull enz.
Zoals we weten, treden verzwakkingssignalen op als gevolg van reflecties van de grond en omliggende gebouwen, maar ook van verspreide signalen van bomen, mensen en torens die in het grote gebied aanwezig zijn. Er zijn twee soorten vervaging, namelijk. grootschalige vervaging en kleinschalige vervaging.
1.) Vervaging op grote schaal
Grootschalige vervaging treedt op wanneer er een obstakel tussen zender en ontvanger komt. Dit type interferentie veroorzaakt een aanzienlijke vermindering van de signaalsterkte. Dit komt omdat de EM-golf wordt overschaduwd of geblokkeerd door het obstakel. Het houdt verband met grote fluctuaties van het signaal over afstand.
1.a) Padverlies
Het padverlies in de vrije ruimte kan als volgt worden uitgedrukt.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Waar,
Pt = Zendvermogen
Pr = Ontvang stroom
λ = golflengte
d = afstand tussen zend- en ontvangstantenne
c = lichtsnelheid, dwz 3 x 108
Uit de vergelijking blijkt dat het verzonden signaal over de afstand verzwakt naarmate het signaal over een steeds groter gebied wordt verspreid, van het zenduiteinde naar het ontvangstuiteinde.
1.b) Schaduweffect
• Het wordt waargenomen bij draadloze communicatie. Schaduwvorming is de afwijking van het ontvangen vermogen van het EM-signaal ten opzichte van de gemiddelde waarde.
• Het is het gevolg van obstakels op het pad tussen zender en ontvanger.
• Het hangt af van de geografische positie en de radiofrequentie van EM (elektromagnetische) golven.
2. Kleinschalige vervaging
Kleinschalige fading heeft betrekking op snelle fluctuaties in de ontvangen signaalsterkte over zeer korte afstanden en korte tijdsperioden.
Gebaseerd opmultipath-vertragingsspreidinger zijn twee soorten kleinschalige vervaging, namelijk. vlakke fading en frequentieselectieve fading. Deze multipath-fading-typen zijn afhankelijk van de propagatieomgeving.
2.a) Vlakke vervaging
Er wordt gezegd dat het draadloze kanaal vlak fading heeft als het een constante versterking en een lineaire faserespons heeft over een bandbreedte die groter is dan de bandbreedte van het verzonden signaal.
Bij dit type fading fluctueren alle frequentiecomponenten van het ontvangen signaal tegelijkertijd in dezelfde verhoudingen. Het wordt ook wel niet-selectieve vervaging genoemd.
• Signaal BW << Kanaal BW
• Symboolperiode >> Vertragingsspreiding
Het effect van vlakke fading wordt gezien als een afname van de SNR. Deze vlakke fadingkanalen staan bekend als amplitudevariërende kanalen of smalbandkanalen.
2.b) Frequentieselectieve vervaging
Het beïnvloedt verschillende spectrale componenten van een radiosignaal met verschillende amplitudes. Vandaar de naam selectief vervagen.
• Signaal BW > Kanaal BW
• Symboolperiode < Vertragingsspreiding
Gebaseerd opdoppler-verspreidinger zijn twee soorten vervaging, namelijk. snel vervagen en langzaam vervagen. Deze dopplerspreidingsfadingtypen zijn afhankelijk van de mobiele snelheid, dat wil zeggen de snelheid van de ontvanger ten opzichte van de zender.
2.c) Snel vervagen
Het fenomeen van snelle fading wordt weergegeven door snelle fluctuaties van het signaal over kleine gebieden (dwz bandbreedte). Wanneer de signalen vanuit alle richtingen in het vlak binnenkomen, zal voor alle bewegingsrichtingen een snelle vervaging worden waargenomen.
Snelle fading treedt op wanneer de kanaalimpulsrespons zeer snel verandert binnen de symboolduur.
• Hoge dopplerspreiding
• Symboolperiode > Coherentietijd
• Signaalvariatie < Kanaalvariatie
Deze parameters resulteren in frequentiespreiding of tijdselectieve fading als gevolg van dopplerspreiding. Snelle vervaging is het resultaat van reflecties van lokale objecten en beweging van objecten ten opzichte van die objecten.
Bij snelle fading is het ontvangstsignaal de som van talrijke signalen die door verschillende oppervlakken worden gereflecteerd. Dit signaal is de som of het verschil van meerdere signalen die constructief of destructief kunnen zijn op basis van de relatieve faseverschuiving daartussen. Faserelaties zijn afhankelijk van de bewegingssnelheid, de transmissiefrequentie en de relatieve padlengtes.
Snelle fading vervormt de vorm van de basisbandpuls. Deze vervorming is lineair en creëertISI(Inter-symboolinterferentie). Adaptieve egalisatie vermindert ISI door lineaire vervorming veroorzaakt door kanalen te verwijderen.
2.d) Langzaam vervagen
Langzame vervaging is het gevolg van schaduwwerking door gebouwen, heuvels, bergen en andere objecten op het pad.
• Lage Dopplerspreiding
• Symboolperiode <
• Signaalvariatie >> Kanaalvariatie
Implementatie van Fading-modellen of fading-verdelingen
Implementaties van fading-modellen of fading-distributies omvatten Rayleigh-fading, Rician-fading, Nakagami-fading en Weibull-fading. Deze kanaalverdelingen of -modellen zijn ontworpen om fading in het basisbanddatasignaal op te nemen volgens de vereisten van het fadingsprofiel.
Rayleigh vervaagt
• In het Rayleigh-model worden alleen niet-zichtlijncomponenten (NLOS) gesimuleerd tussen zender en ontvanger. Er wordt aangenomen dat er geen LOS-pad bestaat tussen zender en ontvanger.
• MATLAB biedt een "rayleighchan"-functie om het Rayleigh-kanaalmodel te simuleren.
• De macht is exponentieel verdeeld.
• De fase is uniform verdeeld en onafhankelijk van de amplitude. Het is de meest gebruikte vorm van fading bij draadloze communicatie.
Riciaanse vervaging
• In het Riciaanse model worden zowel Line of Sight (LOS) als niet-Line of Sight (NLOS)-componenten gesimuleerd tussen zender en ontvanger.
• MATLAB biedt de functie "ricianchan" om het rician-kanaalmodel te simuleren.
Nakagami vervaagt
Nakagami-faddingkanaal is een statistisch model dat wordt gebruikt om draadloze communicatiekanalen te beschrijven waarin het ontvangen signaal multipath-fading ondergaat. Het vertegenwoordigt omgevingen met matige tot ernstige vervaging, zoals stedelijke of voorstedelijke gebieden. De volgende vergelijking kan worden gebruikt om het Nakagami-fadingkanaalmodel te simuleren.
• In dit geval duiden we h = r*e aanjΦen hoek Φ is uniform verdeeld over [-π, π]
• Er wordt aangenomen dat de variabele r en Φ onderling onafhankelijk zijn.
• De Nakagami-pdf wordt weergegeven zoals hierboven.
• In de Nakagami-pdf, 2σ2= E{r2}, Γ(.) is de Gamma-functie en k >= (1/2) is het vervagende getal (vrijheidsgraden gerelateerd aan het aantal toegevoegde willekeurige Gaussion-variabelen).
• Het is oorspronkelijk empirisch ontwikkeld op basis van metingen.
• Het onmiddellijke ontvangstvermogen is gamma-gedistribueerd. • Met k = 1 Rayleigh = Nakagami
Weibull vervaagt
Dit kanaal is een ander statistisch model dat wordt gebruikt om het draadloze communicatiekanaal te beschrijven. Weibull-fadingkanaal wordt vaak gebruikt om omgevingen weer te geven met verschillende soorten fading-omstandigheden, waaronder zowel zwakke als ernstige fading.
Waar,
2σ2= E{r2}
• De Weibull-verdeling vertegenwoordigt een andere generalisatie van de Rayleigh-verdeling.
• Wanneer X en Y nul-gemiddelde gaussiaanse variabelen zijn, is de omhullende van R = (X2+ Y2)1/2wordt Rayleigh gedistribueerd. • De envelop is echter gedefinieerd R = (X2+ Y2)1/2, en de bijbehorende pdf (stroomverdelingsprofiel) is Weibull-gedistribueerd.
• De volgende vergelijking kan worden gebruikt om het Weibull-fadingmodel te simuleren.
Op deze pagina hebben we verschillende onderwerpen over fading besproken, zoals wat een fading-kanaal is, de typen ervan, fading-modellen, hun toepassingen, functies enzovoort. Men kan de informatie op deze pagina gebruiken om het verschil te vergelijken en af te leiden tussen kleinschalige fading en grootschalige fading, het verschil tussen vlakke fading en frequentieselectieve fading, het verschil tussen snelle fading en langzame fading, het verschil tussen Rayleigh fading en rician fading en spoedig.
E-mail:info@rf-miso.com
Telefoon: 0086-028-82695327
Website: www.rf-miso.com
Posttijd: 14 augustus 2023
