Denne side beskriver det grundlæggende om fading og typer af fading i trådløs kommunikation. Fading-typerne er opdelt i storskala fading og lilleskala fading (multipath delay spread og doppler spread).
Flad fading og frekvensvalgsfading er en del af multipath-fading, mens hurtig fading og langsom fading er en del af doppler spread-fading. Disse fading-typer implementeres i henhold til Rayleigh-, Rician-, Nakagami- og Weibull-fordelinger eller -modeller.
Indledning:
Som vi ved, består et trådløst kommunikationssystem af en sender og en modtager. Vejen fra sender til modtager er ikke jævn, og det transmitterede signal kan gennemgå forskellige former for dæmpning, herunder signaltab, flervejsdæmpning osv. Signaldæmpningen gennem vejen afhænger af forskellige faktorer. Disse er tid, radiofrekvens og sender/modtagers vej eller position. Kanalen mellem sender og modtager kan variere i tid eller være fast afhængigt af, om sender/modtager er faste eller bevæger sig i forhold til hinanden.
Hvad falmer?
Tidsvariationen af den modtagede signaleffekt på grund af ændringer i transmissionsmediet eller -vejene kaldes fading. Fading afhænger af forskellige faktorer som nævnt ovenfor. I et fast scenarie afhænger fading af atmosfæriske forhold såsom nedbør, lyn osv. I et mobilt scenarie afhænger fading af forhindringer på vejen, som varierer med tiden. Disse forhindringer skaber komplekse transmissionseffekter på det transmitterede signal.
Figur 1 viser amplitude versus afstandsdiagram for langsom fading og hurtig fading-typer, som vi vil diskutere senere.
Fading-typer
I betragtning af forskellige kanalrelaterede forringelser og placeringen af sender/modtager er følgende typer af fading i trådløse kommunikationssystemer.
➤Storskala-fading: Det inkluderer stitab og skyggeeffekter.
➤Småskala fading: Det er opdelt i to hovedkategorier, nemlig flervejsforsinkelsesspredning og dopplerspredning. Flervejsforsinkelsesspredningen er yderligere opdelt i flad fading og frekvensselektiv fading. Dopplerspredning er opdelt i hurtig fading og langsom fading.
➤Fading-modeller: Ovenstående fading-typer er implementeret i forskellige modeller eller distributioner, herunder Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull osv.
Som vi ved, opstår fading-signaler på grund af refleksioner fra jorden og omkringliggende bygninger samt spredte signaler fra træer, mennesker og tårne i et større område. Der er to typer fading, nemlig storskala-fading og lilleskala-fading.
1.) Storskala falmning
Storskala fading opstår, når en forhindring kommer mellem sender og modtager. Denne type interferens forårsager en betydelig reduktion af signalstyrken. Dette skyldes, at elektromagnetiske bølger overskygges eller blokeres af forhindringen. Det er relateret til store udsving i signalet over afstand.
1.a) Tab af sti
Tabet af frirumsvejen kan udtrykkes som følger.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Hvor,
Pt = Sendeeffekt
Pr = Modtageeffekt
λ = bølgelængde
d = afstand mellem sendende og modtagende antenne
c = lysets hastighed, dvs. 3 x 108
Ud fra ligningen antydes det, at det transmitterede signal dæmpes over afstand, efterhånden som signalet spredes over et større og større område fra transmitterenden mod modtagerenden.
1.b) Skyggeeffekt
• Det observeres i trådløs kommunikation. Skygning er en afvigelse af den modtagede effekt fra et elektromagnetisk signal fra en gennemsnitsværdi.
• Det er et resultat af forhindringer på vejen mellem sender og modtager.
• Det afhænger af geografisk position samt radiofrekvensen af EM (elektromagnetiske) bølger.
2. Fading i lille skala
Lille skala-fading handler om hurtige udsving i den modtagede signalstyrke over meget kort afstand og kort tidsperiode.
Baseret påflervejsforsinkelsesspredningDer er to typer af lilleskala fading, nemlig flad fading og frekvensselektiv fading. Disse flervejsfadingtyper afhænger af udbredelsesmiljøet.
2.a) Flad fading
En trådløs kanal siges at have flat fading, hvis den har konstant forstærkning og lineær faserespons over en båndbredde, der er større end båndbredden af det transmitterede signal.
Ved denne type fading svinger alle frekvenskomponenterne i det modtagne signal i samme proportioner samtidigt. Det er også kendt som ikke-selektiv fading.
• Signal BW << Kanal BW
• Symbolperiode >> Forsinkelsesspredning
Effekten af flat fading ses som et fald i signal-støj-forhold (SNR). Disse flat fading-kanaler er kendt som amplitudevarierende kanaler eller smalbåndskanaler.
2.b) Frekvensselektiv fading
Det påvirker forskellige spektrale komponenter i et radiosignal med forskellige amplituder. Deraf navnet selektiv fading.
• Signal BW > Kanal BW
• Symbolperiode < Forsinkelsesspredning
Baseret pådoppler-spredningDer er to typer fading, nemlig hurtig fading og langsom fading. Disse doppler-spredningsfadingtyper afhænger af mobilhastigheden, dvs. modtagerens hastighed i forhold til senderens.
2.c) Hurtig falmning
Fænomenet hurtig fading er repræsenteret ved hurtige fluktuationer i signalet over små områder (dvs. båndbredde). Når signalerne ankommer fra alle retninger i planet, vil der observeres hurtig fading i alle bevægelsesretninger.
Hurtig fading opstår, når kanalens impulsrespons ændrer sig meget hurtigt inden for symbolets varighed.
• Høj dopplerspredning
• Symbolperiode > Kohærens tid
• Signalvariation < Kanalvariation
Disse parametre resulterer i frekvensdispersion eller tidsselektiv fading på grund af dopplerspredning. Hurtig fading er et resultat af refleksioner af lokale objekter og objekters bevægelse i forhold til disse objekter.
Ved hurtig fading er modtagesignalet summen af talrige signaler, der reflekteres fra forskellige overflader. Dette signal er summen eller forskellen af flere signaler, der kan være konstruktive eller destruktive baseret på den relative faseforskydning mellem dem. Faseforholdene afhænger af bevægelseshastighed, transmissionsfrekvens og relative banelængder.
Hurtig fading forvrænger formen på basebåndspulsen. Denne forvrængning er lineær og skaberISI(Intersymbolinterferens). Adaptiv equalisering reducerer ISI ved at fjerne lineær forvrængning induceret af kanalen.
2.d) Langsom falmning
Langsom falmning er et resultat af skygger fra bygninger, bakker, bjerge og andre genstande på stien.
• Lav Doppler-spredning
• Symbolperiode <
• Signalvariation >> Kanalvariation
Implementering af fadingmodeller eller fadingfordelinger
Implementeringer af fadingmodeller eller fadingfordelinger omfatter Rayleigh-fading, Riciansk fading, Nakagami-fading og Weibull-fading. Disse kanalfordelinger eller modeller er designet til at inkorporere fading i baseband-datasignalet i henhold til fadingprofilkravene.
Rayleigh-falmning
• I Rayleigh-modellen simuleres kun Non Line of Sight (NLOS) komponenter mellem sender og modtager. Det antages, at der ikke er nogen LOS-sti mellem sender og modtager.
• MATLAB tilbyder funktionen "rayleighchan" til at simulere Rayleigh-kanalmodellen.
• Effekten er eksponentielt fordelt.
• Fasen er ensartet fordelt og uafhængig af amplituden. Det er den mest anvendte type fading i trådløs kommunikation.
Ricansk falmning
• I den amerikanske model simuleres både sigtelinjekomponenter (LOS) og ikke-sigtelinjekomponenter (NLOS) mellem sender og modtager.
• MATLAB tilbyder funktionen "ricianchan" til at simulere Riciansk kanalmodel.
Nakagami-falmning
Nakagami fadding-kanal er en statistisk model, der bruges til at beskrive trådløse kommunikationskanaler, hvor den modtagne signal undergår multipath-fading. Den repræsenterer miljøer med moderat til alvorlig fading, såsom by- eller forstadsområder. Følgende ligning kan bruges til at simulere Nakagami fading-kanalmodellen.
• I dette tilfælde betegner vi h = r*ejΦog vinkel Φ er jævnt fordelt på [-π, π]
• Variablerne r og Φ antages at være indbyrdes uafhængige.
• Nakagami-pdf'en er udtrykt som ovenfor.
• I Nakagami pdf'en, 2σ2= E{r2}, Γ(.) er Gamma-funktionen, og k >= (1/2) er fading-tallet (frihedsgrader relateret til antallet af tilføjede Gaussion-stokastiske variabler).
• Den blev oprindeligt udviklet empirisk baseret på målinger.
• Den øjeblikkelige modtageeffekt er gammafordelt. • Med k = 1 Rayleigh = Nakagami
Weibull-falmning
Denne kanal er en anden statistisk model, der bruges til at beskrive trådløs kommunikationskanal. Weibull-fadingkanalen bruges almindeligvis til at repræsentere miljøer med forskellige typer fadingforhold, herunder både svag og kraftig fading.
Hvor,
2σ2= E{r2}
• Weibull-fordelingen repræsenterer endnu en generalisering af Rayleigh-fordelingen.
• Når X og Y er iid nul gennemsnitlige gaussiske variabler, er indhyllingskurven for R = (X2+ Y2)1/2er Rayleigh-fordelt. • Imidlertid er indhyllingskurven defineret R = (X2+ Y2)1/2, og den tilsvarende pdf (strømfordelingsprofil) er Weibull-distribueret.
• Følgende ligning kan bruges til at simulere Weibull-fadingmodellen.
På denne side har vi gennemgået forskellige emner om fading, såsom hvad en fadingkanal er, dens typer, fadingmodeller, deres anvendelser, funktioner og så videre. Man kan bruge oplysningerne på denne side til at sammenligne og udlede forskellen mellem fading i lille skala og fading i stor skala, forskellen mellem flad fading og frekvensselektiv fading, forskellen mellem hurtig fading og langsom fading, forskellen mellem Rayleigh-fading og American-fading og så videre.
E-mail:info@rf-miso.com
Telefon: 0086-028-82695327
Hjemmeside: www.rf-miso.com
Opslagstidspunkt: 14. august 2023
