На цій сторінці описано основи затухання та типи затухання в бездротовому зв'язку. Типи затухання поділяються на великомасштабні та дрібномасштабні (розкид багатопроменевої затримки та доплерівський розкид).
Плоске згасання та згасання з вибором частоти є частиною багатопроменевого згасання, тоді як швидке та повільне згасання є частиною доплерівського розсіювання. Ці типи згасань реалізуються відповідно до розподілів або моделей Релея, Райсіана, Накагамі та Вейбулла.
Вступ:
Як відомо, система бездротового зв'язку складається з передавача та приймача. Шлях від передавача до приймача не є гладким, і переданий сигнал може зазнавати різних видів ослаблення, включаючи втрати на шляху поширення, багатопроменеве ослаблення тощо. Ослаблення сигналу на шляху залежить від різних факторів. Це час, радіочастота та шлях або положення передавача/приймача. Канал між передавачем і приймачем може змінюватися в часі або бути фіксованим залежно від того, чи передавач/приймач нерухомі чи рухаються один відносно одного.
Що таке згасання?
Зміна потужності прийнятого сигналу з часом через зміни в середовищі передачі або шляхах передачі відома як завмирання. Завмирання залежить від різних факторів, як зазначено вище. У стаціонарному сценарії завмирання залежить від атмосферних умов, таких як опади, блискавка тощо. У мобільному сценарії завмирання залежить від перешкод на шляху передачі, які змінюються з часом. Ці перешкоди створюють складні ефекти передачі переданого сигналу.
На рисунку 1 зображено діаграму залежності амплітуди від відстані для повільних та швидких типів згасання, які ми обговоримо пізніше.
Типи затухання
Враховуючи різні порушення, пов'язані з каналом, та положення передавача/приймача, наведено типи згасань у системі бездротового зв'язку.
➤Згасання на великих відстанях: включає в себе втрату сигналу та ефекти затінення.
➤Маломасштабне згасання: Воно поділяється на дві основні категорії, а саме: багатопроменеве розсіювання затримки та доплерівське розсіювання. Багатопроменеве розсіювання затримки далі поділяється на плоске згасання та частотно-селективне згасання. Доплерівське розсіювання поділяється на швидке згасання та повільне згасання.
➤Моделі згасання: Вищезазначені типи згасання реалізовані в різних моделях або розподілах, включаючи Релея, Райсіана, Накагамі, Вейбулла тощо.
Як відомо, згасання сигналів відбувається через відбиття від землі та навколишніх будівель, а також розсіяні сигнали від дерев, людей та веж, розташованих на великій площі. Існує два типи згасання, а саме: масштабне згасання та дрібномасштабне згасання.
1.) Масштабне згасання
Масштабне згасання виникає, коли між передавачем і приймачем з'являється перешкода. Цей тип перешкоди призводить до значного зниження сили сигналу. Це відбувається тому, що електромагнітна хвиля затінюється або блокується перешкодою. Це пов'язано з великими коливаннями сигналу на відстані.
1.a) Втрати на трасі
Втрати на пробігу у вільному просторі можна виразити наступним чином.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Де,
Pt = Потужність передачі
Pr = Потужність прийому
λ = довжина хвилі
d = відстань між передавальною та приймальною антенами
c = швидкість світла, тобто 3 x 108
З рівняння випливає, що переданий сигнал згасає з відстанню, оскільки сигнал поширюється на все більшу площу від передавального кінця до приймального кінця.
1.b) Ефект затінення
• Це спостерігається в бездротовому зв'язку. Затінення – це відхилення прийнятої потужності електромагнітного сигналу від середнього значення.
• Це результат перешкод на шляху між передавачем і приймачем.
• Це залежить від географічного положення, а також радіочастоти електромагнітних (ЕМ) хвиль.
2. Дрібномасштабне згасання
Дрібномасштабне згасання пов'язане зі швидкими коливаннями сили прийнятого сигналу на дуже короткій відстані та за короткий період часу.
На основірозкид затримки багатопроменевостіІснує два типи дрібномасштабних згасань, а саме: плоскі згасання та частотно-селективні згасання. Ці типи багатопроменевих згасань залежать від середовища поширення.
2.a) Плоске згасання
Бездротовий канал називається таким, що має плоске згасання, якщо він має постійне підсилення та лінійну фазову характеристику в діапазоні пропускної здатності, що перевищує пропускну здатність переданого сигналу.
При цьому типі згасання всі частотні складові прийнятого сигналу одночасно коливаються в однакових пропорціях. Це також відомо як неселективне згасання.
• Ширина сигналу << Ширина каналу
• Період символу >> Розкид затримки
Ефект плоского згасання проявляється у зменшенні співвідношення сигнал/шум. Ці канали з плоским згасанням відомі як канали зі змінною амплітудою або вузькосмугові канали.
2.b) Частотно-селективне згасання
Це впливає на різні спектральні компоненти радіосигналу з різною амплітудою. Звідси й назва вибіркове згасання.
• Ширина сигналу > Ширина каналу
• Період символу < Розкид затримки
На основідоплерівський розкидІснує два типи згасання, а саме швидке згасання та повільне згасання. Ці типи доплерівського розсіювання залежать від швидкості мобільного зв'язку, тобто швидкості приймача відносно передавача.
2.c) Швидке згасання
Явище швидкого згасання представлене швидкими коливаннями сигналу на малих ділянках (тобто смугі пропускання). Коли сигнали надходять з усіх напрямків площини, швидке згасання спостерігатиметься для всіх напрямків руху.
Швидке згасання відбувається, коли імпульсна характеристика каналу дуже швидко змінюється протягом тривалості символу.
• Високий доплерівський розкид
• Період символу > Час когерентності
• Варіація сигналу < Варіація каналу
Ці параметри призводять до частотної дисперсії або вибіркового згасання в часі через доплерівське розсіювання. Швидке згасання є результатом відбиттів локальних об'єктів та руху об'єктів відносно цих об'єктів.
При швидкому згасанні сигнал прийому є сумою численних сигналів, що відбиваються від різних поверхонь. Цей сигнал є сумою або різницею кількох сигналів, які можуть бути конструктивними або деструктивними на основі відносного фазового зсуву між ними. Фазові співвідношення залежать від швидкості руху, частоти передачі та відносної довжини шляху.
Швидке згасання спотворює форму імпульсу основної смуги. Це спотворення є лінійним і створюєІСІ(Міжсимвольна інтерференція). Адаптивне вирівнювання зменшує міжсимвольну інтерференцію (МСІ), усуваючи лінійні спотворення, спричинені каналом.
2.d) Повільне згасання
Повільне згасання є результатом затінення будівлями, пагорбами, горами та іншими об'єктами на шляху.
• Низький доплерівський розкид
• Період символу <
• Варіація сигналу >> Варіація каналу
Реалізація моделей згасання або розподілів згасання
Реалізації моделей або розподілів згасань включають згасання Релея, Райса, Накагамі та Вейбулла. Ці розподіли каналів або моделі розроблені для врахування згасань у сигналі даних основної смуги частот відповідно до вимог профілю згасань.
Релеївське згасання
• У моделі Релея моделюються лише компоненти, що не знаходяться на лінії видимості (NLOS), між передавачем і приймачем. Припускається, що шлях LOS між передавачем і приймачем відсутній.
• MATLAB надає функцію "rayleighchan" для моделювання моделі каналу Релея.
• Потужність розподілена експоненціально.
• Фаза рівномірно розподілена та незалежна від амплітуди. Це найпоширеніший тип згасання в бездротовому зв'язку.
Згасання Райсіана
• У моделі Райса моделюються як компоненти прямої видимості (LOS), так і компоненти, що не входять до прямої видимості (NLOS), між передавачем і приймачем.
• MATLAB надає функцію "ricianchan" для моделювання моделі каналу Rician.
Накагамі згасає
Канал із затуханням Накаґамі – це статистична модель, яка використовується для опису бездротових каналів зв'язку, в яких прийнятий сигнал зазнає багатопроменевих затухань. Вона відображає середовища з помірними та сильними затуханнями, такі як міські або приміські райони. Наступне рівняння можна використовувати для моделювання моделі каналу із затуханням Накаґамі.
• У цьому випадку ми позначаємо h = r*ejΦа кут Φ рівномірно розподілений на [-π, π]
• Змінні r та Φ вважаються взаємно незалежними.
• PDF-файл Накагамі виражається, як зазначено вище.
• У PDF-файлі Накагамі, 2σ2= E{r2}, Γ(.) – гамма-функція, а k >= (1/2) – показник згасання (ступені свободи, пов'язані з кількістю доданих гауссонівських випадкових величин).
• Спочатку його було розроблено емпірично на основі вимірювань.
• Миттєва потужність прийому має гамма-розподіл. • При k = 1 розподіл Релея = Накагамі
Згасання Вейбулла
Цей канал є ще однією статистичною моделлю, що використовується для опису бездротового каналу зв'язку. Канал згасання Вейбулла зазвичай використовується для представлення середовищ з різними типами умов згасання, включаючи як слабке, так і сильне згасання.
Де,
2σ2= E{r2}
• Розподіл Вейбулла є ще одним узагальненням розподілу Релея.
• Коли X та Y є неідентифікаторними гаусовими змінними з нульовим середнім, обвідна R = (X2+ Y2)1/2розподілена за Релеєм. • Однак обвідна визначена як R = (X2+ Y2)1/2, а відповідний pdf (профіль розподілу потужності) має розподіл Вейбулла.
• Наступне рівняння можна використовувати для моделювання моделі згасання Вейбулла.
На цій сторінці ми розглянули різні теми, пов'язані з затуханням, такі як що таке канал затухання, його типи, моделі затухання, їх застосування, функції тощо. Інформацію, надану на цій сторінці, можна використовувати для порівняння та визначення різниці між дрібномасштабним та великомасштабним затуханням, різницею між плоским затуханням та частотно-селективним затуханням, різницею між швидким та повільним затуханням, різницею між релеївським та райсіанським затуханням тощо.
E-mail:info@rf-miso.com
Телефон: 0086-028-82695327
Вебсайт: www.rf-miso.com
Час публікації: 14 серпня 2023 р.
