Táto stránka popisuje základy úniku signálu a typy úniku signálu v bezdrôtovej komunikácii. Typy úniku signálu sa delia na únik signálu vo veľkom rozsahu a únik signálu v malom rozsahu (rozptyl viaccestného oneskorenia a Dopplerov rozptyl).
Ploché fading a frekvenčne selektívne fading sú súčasťou viaccestného fadingu, zatiaľ čo rýchle a pomalé fading sú súčasťou Dopplerovho rozptylu fadingu. Tieto typy fadingu sú implementované podľa Rayleighovho, Ricianovho, Nakagamiho a Weibullovho rozdelenia alebo modelov.
Úvod:
Ako vieme, bezdrôtový komunikačný systém pozostáva z vysielača a prijímača. Cesta od vysielača k prijímaču nie je plynulá a prenášaný signál môže prechádzať rôznymi druhmi útlmu vrátane straty signálu, viaccestného útlmu atď. Útlm signálu v ceste závisí od rôznych faktorov. Sú to čas, rádiová frekvencia a cesta alebo poloha vysielača/prijímača. Kanál medzi vysielačom a prijímačom môže byť časovo premenlivý alebo fixný v závislosti od toho, či sú vysielač/prijímač pevné alebo sa pohybujú voči sebe navzájom.
Čo bledne?
Časová zmena výkonu prijatého signálu v dôsledku zmien v prenosovom médiu alebo trasách sa nazýva blednutie. Slabnutie závisí od rôznych faktorov, ako je uvedené vyššie. V pevnom scenári závisí blednutie od atmosférických podmienok, ako sú dážď, blesky atď. V mobilnom scenári závisí blednutie od prekážok na trase, ktoré sa menia v závislosti od času. Tieto prekážky vytvárajú zložité prenosové efekty na prenášaný signál.
Obrázok 1 znázorňuje graf amplitúdy v závislosti od vzdialenosti pre typy pomalého a rýchleho slabnutia, o ktorých budeme hovoriť neskôr.
Typy blednutia
Vzhľadom na rôzne poruchy súvisiace s kanálmi a polohu vysielača/prijímača sú uvedené nasledujúce typy úniku signálu v bezdrôtovom komunikačnom systéme.
➤Veľkoplošné blednutie: Zahŕňa stratu signálu a efekty tieňovania.
➤Malorozmerné blednutie: Delí sa na dve hlavné kategórie, a to viaccestné šírenie oneskorenia a Dopplerovo šírenie. Viaccestné šírenie oneskorenia sa ďalej delí na ploché blednutie a frekvenčne selektívne blednutie. Dopplerovo šírenie sa delí na rýchle blednutie a pomalé blednutie.
➤Modely blednutia: Vyššie uvedené typy blednutia sú implementované v rôznych modeloch alebo distribúciách, medzi ktoré patria Rayleighovo, Ricianovo, Nakagamiho, Weibullovo atď.
Ako vieme, k úniku signálu dochádza v dôsledku odrazov od zeme a okolitých budov, ako aj rozptýlených signálov od stromov, ľudí a veží prítomných vo veľkej oblasti. Existujú dva typy úniku, a to únik vo veľkom meradle a únik v malom meradle.
1.) Rozsiahle blednutie
Rozsiahle rušenie signálu vzniká, keď sa medzi vysielač a prijímač dostane prekážka. Tento typ rušenia spôsobuje výrazné zníženie sily signálu. Je to preto, že elektromagnetická vlna je zatienená alebo blokovaná prekážkou. Súvisí to s veľkými fluktuáciami signálu na diaľku.
1.a) Strata signálu
Strata vo voľnom priestore sa dá vyjadriť nasledovne.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Kde,
Pt = Vysielací výkon
Pr = Prijímaný výkon
λ = vlnová dĺžka
d = vzdialenosť medzi vysielacou a prijímacou anténou
c = rýchlosť svetla, t. j. 3 x 108
Z rovnice vyplýva, že prenášaný signál sa so vzdialenosťou zoslabuje, pretože sa signál šíri na čoraz väčšiu plochu od vysielacieho konca smerom k prijímaciemu koncu.
1.b) Efekt tieňovania
• Pozoruje sa to v bezdrôtovej komunikácii. Tieňovanie je odchýlka prijatého výkonu elektromagnetického signálu od priemernej hodnoty.
• Je to dôsledok prekážok na ceste medzi vysielačom a prijímačom.
• Závisí to od geografickej polohy, ako aj od rádiovej frekvencie EM (elektromagnetických) vĺn.
2. Malé blednutie
Malé úniky súvisia s rýchlymi fluktuáciami sily prijímaného signálu na veľmi krátku vzdialenosť a krátky časový úsek.
Na základerozptyl viaccestného oneskoreniaExistujú dva typy malého úniku signálu, a to plochý únik signálu a frekvenčne selektívny únik signálu. Tieto typy viaccestného úniku závisia od prostredia šírenia signálu.
2.a) Ploché zoslabovanie
Bezdrôtový kanál sa nazýva kanál s plochým zoslabovaním, ak má konštantný zisk a lineárnu fázovú odozvu v šírke pásma, ktorá je väčšia ako šírka pásma prenášaného signálu.
Pri tomto type úniku všetky frekvenčné zložky prijímaného signálu kolíšu súčasne v rovnakých pomeroch. Je tiež známy ako neselektívny únik.
• Šírka signálu << Šírka kanála
• Obdobie symbolu >> Rozpätie oneskorenia
Účinok plochého úniku sa prejavuje ako pokles pomeru signálu k šumu (SNR). Tieto kanály s plochým únikom sú známe ako kanály s premenlivou amplitúdou alebo úzkopásmové kanály.
2.b) Frekvenčne selektívne blednutie
Ovplyvňuje rôzne spektrálne zložky rádiového signálu s rôznymi amplitúdami. Preto názov selektívne blednutie.
• Šírka signálu > Šírka kanála
• Perióda symbolu < Rozpätie oneskorenia
Na základeDopplerov rozptylExistujú dva typy úniku, a to rýchle a pomalé úniky. Tieto typy Dopplerovho rozptylu úniku závisia od rýchlosti mobilného zariadenia, t. j. od rýchlosti prijímača vzhľadom na vysielač.
2.c) Rýchle blednutie
Fenomén rýchleho blednutia je reprezentovaný rýchlymi fluktuáciami signálu v malých oblastiach (t. j. šírke pásma). Keď signály prichádzajú zo všetkých smerov v rovine, rýchle blednutie sa pozoruje pre všetky smery pohybu.
K rýchlemu úniku dochádza, keď sa impulzná odozva kanála veľmi rýchlo mení v rámci trvania symbolu.
• Vysoký Dopplerov rozptyl
• Perióda symbolu > Čas koherencie
• Zmena signálu < Zmena kanála
Tieto parametre vedú k frekvenčnej disperzii alebo časovo selektívnemu blednutiu v dôsledku Dopplerovho rozptylu. Rýchle blednutie je výsledkom odrazov lokálnych objektov a pohybu objektov vzhľadom na tieto objekty.
Pri rýchlom zoslabovaní je prijímaný signál súčtom viacerých signálov, ktoré sa odrážajú od rôznych povrchov. Tento signál je súčtom alebo rozdielom viacerých signálov, ktoré môžu byť konštruktívne alebo deštruktívne na základe relatívneho fázového posunu medzi nimi. Fázové vzťahy závisia od rýchlosti pohybu, frekvencie prenosu a relatívnych dĺžok dráh.
Rýchle skreslenie skresľuje tvar impulzu v základnom pásme. Toto skreslenie je lineárne a vytváraISI(Intersymbolová interferencia). Adaptívne vyrovnanie znižuje ISI odstránením lineárneho skreslenia indukovaného kanálom.
2.d) Pomalé blednutie
Pomalé blednutie je výsledkom tieňovania budovami, kopcami, horami a inými objektmi na ceste.
• Nízky Dopplerov rozptyl
• Obdobie symbolu <
• Zmena signálu >> Zmena kanála
Implementácia modelov blednutia alebo rozdelení blednutia
Implementácie modelov úniku alebo rozdelení úniku zahŕňajú Rayleighovo úniky, Ricianovo úniky, Nakagamiho úniky a Weibullovo úniky. Tieto rozdelenia alebo modely kanálov sú navrhnuté tak, aby zahŕňali únik do dátového signálu základného pásma podľa požiadaviek profilu úniku.
Rayleighov úbytok
• V Rayleighovom modeli sa simulujú iba zložky mimo viditeľnej čiary (NLOS) medzi vysielačom a prijímačom. Predpokladá sa, že medzi vysielačom a prijímačom neexistuje žiadna dráha LOS.
• MATLAB poskytuje funkciu „rayleighchan“ na simuláciu modelu Rayleighovho kanála.
• Výkon je exponenciálne rozložený.
• Fáza je rovnomerne rozložená a nezávislá od amplitúdy. Je to najpoužívanejší typ úniku signálu v bezdrôtovej komunikácii.
Rician bledne
• V Ricianovom modeli sa medzi vysielačom a prijímačom simulujú zložky v línii viditeľnosti (LOS) aj mimo línie viditeľnosti (NLOS).
• MATLAB poskytuje funkciu „ricianchan“ na simuláciu modelu ricianského kanála.
Nakagamiho blednutie
Nakagamiho model úniku signálu je štatistický model používaný na opis bezdrôtových komunikačných kanálov, v ktorých prijatý signál podlieha viaccestnému úniku signálu. Predstavuje prostredia so stredným až silným únikom signálu, ako sú mestské alebo prímestské oblasti. Na simuláciu modelu Nakagamiho kanála možno použiť nasledujúcu rovnicu.
• V tomto prípade označujeme h = r*ejΦa uhol Φ je rovnomerne rozložený na [-π, π]
• Predpokladáme, že premenné r a Φ sú vzájomne nezávislé.
• Nakagamiho súbor PDF je vyjadrený vyššie uvedeným spôsobom.
• V Nakagamiho pdf, 2σ2= E{r2}, Γ(.) je gama funkcia a k >= (1/2) je údaj o slabnutí (stupne voľnosti súvisiace s počtom pridaných Gaussonových náhodných premenných).
• Pôvodne bol vyvinutý empiricky na základe meraní.
• Okamžitý prijímací výkon má gama rozdelenie. • Pre k = 1 má Rayleighovo rozdelenie Nakagamiho rozdelenie
Weibullovo slabnutie
Tento kanál je ďalší štatistický model používaný na opis bezdrôtového komunikačného kanála. Weibullov kanál s únikom sa bežne používa na znázornenie prostredí s rôznymi typmi podmienok úniku vrátane slabého aj silného úniku.
Kde,
2σ2= E{r2}
• Weibullovo rozdelenie predstavuje ďalšie zovšeobecnenie Rayleighovho rozdelenia.
• Keď X a Y sú neidentifikovateľné gaussovské premenné s nulovým priemerom, obálka R = (X2+ Áno2)1/2je Rayleighovo rozdelené. • Obálka je však definovaná ako R = (X2+ Áno2)1/2a zodpovedajúci pdf (profil rozloženia výkonu) má Weibullovo rozdelenie.
• Na simuláciu Weibullovho modelu úniku možno použiť nasledujúcu rovnicu.
Na tejto stránke sme sa venovali rôznym témam o blednutí, ako napríklad čo je to blednúci kanál, jeho typy, modely blednutia, ich aplikácie, funkcie atď. Informácie uvedené na tejto stránke je možné použiť na porovnanie a odvodenie rozdielu medzi malým a veľkým blednutím, rozdielu medzi plochým blednutím a frekvenčne selektívnym blednutím, rozdielu medzi rýchlym a pomalým blednutím, rozdielu medzi Rayleighovým blednutím a Ricianovým blednutím atď.
E-mail:info@rf-miso.com
Telefón: 0086-028-82695327
Webová stránka: www.rf-miso.com
Čas uverejnenia: 14. augusta 2023
