Aquesta pàgina descriu els conceptes bàsics de l'esvaïment i els tipus d'esvaïment en la comunicació sense fil. Els tipus d'esvaïment es divideixen en esvaïment a gran escala i esvaïment a petita escala (propagació de retard multicamí i propagació Doppler).
L'esvaïment pla i l'esvaïment per selecció de freqüència formen part de l'esvaïment per múltiples camins, mentre que l'esvaïment ràpid i l'esvaïment lent formen part de l'esvaïment per dispersió Doppler. Aquests tipus d'esvaïment s'implementen segons les distribucions o models de Rayleigh, Rician, Nakagami i Weibull.
Introducció:
Com sabem, un sistema de comunicació sense fil consta d'un transmissor i un receptor. El camí des del transmissor fins al receptor no és suau i el senyal transmès pot passar per diversos tipus d'atenuacions, com ara la pèrdua de camí, l'atenuació per múltiples camins, etc. L'atenuació del senyal a través del camí depèn de diversos factors. Són el temps, la freqüència de ràdio i el camí o la posició del transmissor/receptor. El canal entre el transmissor i el receptor pot variar en el temps o ser fix depenent de si el transmissor/receptor són fixos o es mouen l'un respecte a l'altre.
Què s'esvaeix?
La variació temporal de la potència del senyal rebut a causa de canvis en el medi o les trajectòries de transmissió es coneix com a esvaïment. L'esvaïment depèn de diversos factors, tal com s'ha esmentat anteriorment. En un escenari fix, l'esvaïment depèn de les condicions atmosfèriques com ara la pluja, els llamps, etc. En un escenari mòbil, l'esvaïment depèn dels obstacles sobre la trajectòria que varien respecte al temps. Aquests obstacles creen efectes de transmissió complexos al senyal transmès.
La figura 1 mostra un gràfic d'amplitud versus distància per a tipus d'esvaïment lent i esvaïment ràpid, que tractarem més endavant.
Tipus d'esvaïment
Tenint en compte diverses deficiències relacionades amb el canal i la posició del seguiment del transmissor/receptor, hi ha els tipus d'esvaïment en el sistema de comunicació sense fil.
➤Esvaïment a gran escala: Inclou pèrdua de trajectòria i efectes d'ombra.
➤Esvaïment a petita escala: es divideix en dues categories principals, és a dir, dispersió de retard multicamí i dispersió Doppler. La dispersió de retard multicamí es divideix a més en esvaïment pla i esvaïment selectiu de freqüència. La dispersió Doppler es divideix en esvaïment ràpid i esvaïment lent.
➤Models de fading: Els tipus de fading anteriors s'implementen en diversos models o distribucions que inclouen Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull, etc.
Com sabem, els senyals d'esvaïment es produeixen a causa de reflexions del terra i dels edificis circumdants, així com de senyals dispersos d'arbres, persones i torres presents a la gran àrea. Hi ha dos tipus d'esvaïment, és a dir, l'esvaïment a gran escala i l'esvaïment a petita escala.
1.) Esvaïment a gran escala
L'esvaïment a gran escala es produeix quan un obstacle s'interposa entre el transmissor i el receptor. Aquest tipus d'interferència provoca una reducció significativa de la intensitat del senyal. Això es deu al fet que l'ona EM queda eclipsada o bloquejada per l'obstacle. Està relacionada amb grans fluctuacions del senyal al llarg de la distància.
1.a) Pèrdua de trajectòria
La pèrdua de trajectòria en l'espai lliure es pot expressar de la següent manera.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
On,
Pt = Potència de transmissió
Pr = Rebre potència
λ = longitud d'ona
d = distància entre l'antena transmissora i la receptora
c = velocitat de la llum, és a dir, 3 x 108
De l'equació, s'inspira que el senyal transmès s'atenua amb la distància a mesura que el senyal es propaga per una àrea cada cop més gran des de l'extrem transmissor fins a l'extrem receptor.
1.b) Efecte d'ombra
• S'observa en la comunicació sense fil. L'ombrejat és la desviació de la potència rebuda del senyal EM respecte al valor mitjà.
• És el resultat d'obstacles en el camí entre l'emissor i el receptor.
• Depèn de la posició geogràfica, així com de la radiofreqüència de les ones electromagnètiques (EM).
2. Esvaïment a petita escala
L'esvaïment a petita escala es refereix a fluctuacions ràpides de la intensitat del senyal rebut en distàncies molt curtes i períodes de temps curts.
Basat enpropagació de retard multicamíHi ha dos tipus d'esvaïment a petita escala, és a dir, l'esvaïment pla i l'esvaïment selectiu en freqüència. Aquests tipus d'esvaïment per múltiples camins depenen de l'entorn de propagació.
2.a) Esvaïment pla
Es diu que el canal sense fil té un esvaïment pla si té un guany constant i una resposta de fase lineal sobre un ample de banda més gran que l'ample de banda del senyal transmès.
En aquest tipus d'esvaïment, tots els components de freqüència del senyal rebut fluctuen en les mateixes proporcions simultàniament. També es coneix com a esvaïment no selectiu.
• Senyal BW << Canal BW
• Període de símbol >> Propagació de retard
L'efecte de l'esvaïment pla es veu com una disminució de la senyal sonora (SNR). Aquests canals d'esvaïment pla es coneixen com a canals variables d'amplitud o canals de banda estreta.
2.b) Esvaïment selectiu de freqüència
Afecta diferents components espectrals d'un senyal de ràdio amb diferents amplituds. D'aquí el nom esvaïment selectiu.
• Senyal BW > Canal BW
• Període de símbol < Propagació de retard
Basat endispersió DopplerHi ha dos tipus d'esvaïment, és a dir, l'esvaïment ràpid i l'esvaïment lent. Aquests tipus d'esvaïment per dispersió Doppler depenen de la velocitat del mòbil, és a dir, la velocitat del receptor respecte al transmissor.
2.c) Esvaïment ràpid
El fenomen de l'esvaïment ràpid es representa per fluctuacions ràpides del senyal en àrees petites (és a dir, amplada de banda). Quan els senyals arriben de totes les direccions del pla, s'observa un esvaïment ràpid per a totes les direccions de moviment.
L'esvaïment ràpid es produeix quan la resposta a l'impuls del canal canvia molt ràpidament dins de la durada del símbol.
• Alta dispersió Doppler
• Període de símbol > Temps de coherència
• Variació del senyal < Variació del canal
Aquests paràmetres provoquen una dispersió de freqüència o un esvaïment selectiu en el temps a causa de la dispersió Doppler. L'esvaïment ràpid és el resultat de les reflexions d'objectes locals i del moviment dels objectes en relació amb aquests objectes.
En un esvaïment ràpid, el senyal de recepció és la suma de nombrosos senyals que es reflecteixen des de diverses superfícies. Aquest senyal és la suma o diferència de múltiples senyals que poden ser constructius o destructius en funció del canvi de fase relatiu entre ells. Les relacions de fase depenen de la velocitat de moviment, la freqüència de transmissió i les longituds de camí relatives.
L'esvaïment ràpid distorsiona la forma del pols de banda base. Aquesta distorsió és lineal i creaISI(Interferència entre símbols). L'equalització adaptativa redueix la ISI eliminant la distorsió lineal induïda pel canal.
2.d) Esvaïment lent
L'esvaïment lent és el resultat de l'ombra d'edificis, turons, muntanyes i altres objectes sobre el camí.
• Baixa dispersió Doppler
• Període de símbol <
• Variació del senyal >> Variació del canal
Implementació de models de fading o distribucions de fading
Les implementacions de models o distribucions de fading inclouen el fading de Rayleigh, el fading de Rician, el fading de Nakagami i el fading de Weibull. Aquestes distribucions o models de canal estan dissenyats per incorporar el fading en el senyal de dades de banda base segons els requisits del perfil de fading.
Esvaïment de Rayleigh
• En el model de Rayleigh, només es simulen components que no estan en línia de visió (NLOS) entre el transmissor i el receptor. Se suposa que no hi ha cap camí LOS entre el transmissor i el receptor.
• MATLAB proporciona la funció "rayleighchan" per simular el model de canal de Rayleigh.
• La potència es distribueix exponencialment.
• La fase està distribuïda uniformement i és independent de l'amplitud. És el tipus de fading més utilitzat en la comunicació sense fil.
Esvaïment de Rician
• En el model ricià, es simulen tant els components de la línia de visió (LOS) com els que no la tenen (NLOS) entre el transmissor i el receptor.
• MATLAB proporciona la funció "ricianchan" per simular el model de canal rician.
Nakagami s'esvaeix
El canal de fadding de Nakagami és un model estadístic que s'utilitza per descriure canals de comunicació sense fil en què el senyal rebut pateix un esvaïment multicamí. Representa entorns amb esvaïment moderat a sever, com ara zones urbanes o suburbanes. L'equació següent es pot utilitzar per simular el model de canal de fadding de Nakagami.
• En aquest cas denotem h = r*ejΦi l'angle Φ està distribuït uniformement sobre [-π, π]
• Se suposa que la variable r i Φ són mútuament independents.
• La PDF de Nakagami s'expressa com s'ha indicat anteriorment.
• En el pdf de Nakagami, 2σ2= E{r2}, Γ(.) és la funció Gamma i k >= (1/2) és la xifra d'esvaïment (graus de llibertat relacionats amb el nombre de variables aleatòries gaussianes afegides).
• Originalment es va desenvolupar empíricament basant-se en mesures.
• La potència de recepció instantània té una distribució gamma. • Amb k = 1, Rayleigh = Nakagami
Esvaïment de Weibull
Aquest canal és un altre model estadístic utilitzat per descriure el canal de comunicació sense fil. El canal de fading de Weibull s'utilitza habitualment per representar entorns amb diversos tipus de condicions de fading, incloent-hi tant fadings febles com greus.
On,
2σ2= E{r2}
• La distribució de Weibull representa una altra generalització de la distribució de Rayleigh.
• Quan X i Y són variables gaussianes iid de mitjana zero, l'envolupant de R = (X2+ Y2)1/2té una distribució de Rayleigh. • Tanmateix, l'envolupant es defineix R = (X2+ Y2)1/2, i el pdf (perfil de distribució d'energia) corresponent està distribuït per Weibull.
• L'equació següent es pot utilitzar per simular el model d'esvaïment de Weibull.
En aquesta pàgina hem tractat diversos temes sobre l'esvaïment, com ara què és un canal d'esvaïment, els seus tipus, models d'esvaïment, les seves aplicacions, funcions, etc. Es pot utilitzar la informació proporcionada en aquesta pàgina per comparar i derivar la diferència entre l'esvaïment a petita escala i l'esvaïment a gran escala, la diferència entre l'esvaïment pla i l'esvaïment selectiu de freqüència, la diferència entre l'esvaïment ràpid i l'esvaïment lent, la diferència entre l'esvaïment de Rayleigh i l'esvaïment de Rici, etc.
E-mail:info@rf-miso.com
Telèfon: 0086-028-82695327
Lloc web: www.rf-miso.com
Data de publicació: 14 d'agost de 2023
