Тази страница описва основите на затихването и видовете затихване в безжичната комуникация. Типовете затихване се разделят на широкомащабно затихване и малкомащабно затихване (разпространение на многостранно забавяне и разпространение на доплер).
Равномерното затихване и затихването с избиране на честота са част от затихването с многолъчева честота, докато бързото затихване и бавното затихване са част от затихването с доплерово разпространение. Тези типове затихване се изпълняват според разпределенията или моделите на Rayleigh, Rician, Nakagami и Weibull.
Въведение:
Както знаем безжичната комуникационна система се състои от предавател и приемник. Пътят от предавателя до приемника не е гладък и предаваният сигнал може да премине през различни видове затихвания, включително загуба на пътя, затихване на многопътно излъчване и т.н. Затихването на сигнала по пътя зависи от различни фактори. Те са време, радиочестота и път или позиция на предавател/приемник. Каналът между предавател и приемник може да се променя във времето или да е фиксиран в зависимост от това дали предавателят/приемникът са фиксирани или се движат един спрямо друг.
Какво избледнява?
Промяната във времето на мощността на получения сигнал, дължаща се на промени в предавателната среда или пътищата, е известна като затихване. Избледняването зависи от различни фактори, както е споменато по-горе. При фиксиран сценарий затихването зависи от атмосферните условия като валежи, светкавици и т.н. При мобилен сценарий затихването зависи от препятствията по пътя, които варират във времето. Тези препятствия създават сложни ефекти на предаване на предавания сигнал.
Фигура-1 изобразява диаграмата на амплитудата спрямо разстоянието за типове бавно затихване и бързо затихване, които ще обсъдим по-късно.
Избледняващи видове
Като се имат предвид различни увреждания, свързани с канала, и позицията на предавателя/приемника, следните са видовете затихване в безжичната комуникационна система.
➤Избледняване в голям мащаб: Включва ефекти на загуба на път и засенчване.
➤ Затихване в малък мащаб: Разделя се на две основни категории, а именно. разпръскване на закъснението по многолъчи и разпространение на доплер. Разпространението на закъснението по многолъчев път се разделя допълнително на плоско затихване и честотно селективно затихване. Доплеровото разпространение се разделя на бързо затихване и бавно затихване.
➤ Модели на затихване: Горните типове затихване са внедрени в различни модели или дистрибуции, които включват Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull и др.
Както знаем, затихващите сигнали възникват поради отражения от земята и околните сгради, както и разпръснати сигнали от дървета, хора и кули, присъстващи в голяма зона. Има два вида избледняване, а именно. избледняване в голям мащаб и избледняване в малък мащаб.
1.) Избледняване в голям мащаб
Затихване в голям мащаб се получава, когато между предавателя и приемника има препятствие. Този тип смущения причинява значително намаляване на силата на сигнала. Това е така, защото ЕМ вълната е засенчена или блокирана от препятствието. Свързано е с големи колебания на сигнала на разстояние.
1.a) Загуба на пътя
Загубата на пътя на свободното пространство може да се изрази по следния начин.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
където,
Pt = мощност на предаване
Pr = Получаване на мощност
λ = дължина на вълната
d = разстояние между предавателна и приемаща антена
c = скорост на светлината, т.е. 3 x 108
От уравнението това предполага, че предаваният сигнал отслабва на разстояние, тъй като сигналът се разпространява върху все по-голяма и по-голяма площ от края на предаване към края на приемане.
1.b) Ефект на засенчване
• Наблюдава се при безжична комуникация. Засенчването е отклонение на получената мощност на ЕМ сигнала от средната стойност.
• Това е резултат от препятствия по пътя между предавателя и приемника.
• Зависи от географското положение, както и от радиочестотата на ЕМ (електромагнитните) вълни.
2. Избледняване в малък мащаб
Затихването в малък мащаб се отнася до бързи колебания на силата на получения сигнал на много кратко разстояние и кратък период от време.
Въз основа наразпределение на многопътното забавянеима два вида затихване в малък мащаб, а именно. плоско затихване и честотно селективно затихване. Тези типове затихване по многолъчи зависят от средата на разпространение.
2.a) Плоско избледняване
Казва се, че безжичният канал е с плоско затихване, ако има постоянно усилване и линейна фазова характеристика върху честотна лента, която е по-голяма от честотната лента на предавания сигнал.
При този тип затихване всички честотни компоненти на получения сигнал се колебаят в същите пропорции едновременно. Известно е още като неселективно избледняване.
• BW сигнал << BW канал
• Период на символа >> Разпределение на забавянето
Ефектът от плоското избледняване се разглежда като намаляване на SNR. Тези плоски затихващи канали са известни като канали с различна амплитуда или теснолентови канали.
2.b) Честотно селективно затихване
Въздейства на различни спектрални компоненти на радиосигнала с различна амплитуда. Оттук и името селективно избледняване.
• Сигнал BW > Channel BW
• Период на символ < Delay Spread
Въз основа надоплеровото разпространениеима два вида избледняване, а именно. бързо избледняване и бавно избледняване. Тези типове затихване на доплеровото разпространение зависят от мобилната скорост, т.е. скоростта на приемника по отношение на предавателя.
2.c) Бързо избледняване
Феноменът на бързото затихване е представен от бързи колебания на сигнала върху малки области (т.е. честотна лента). Когато сигналите пристигнат от всички посоки в равнината, ще се наблюдава бързо затихване за всички посоки на движение.
Бързото затихване възниква, когато импулсната характеристика на канала се променя много бързо в рамките на продължителността на символа.
• Голямо доплерово разпространение
• Период на символ > Време на кохерентност
• Вариация на сигнала < Вариация на канала
Тези параметри водят до честотна дисперсия или селективно затихване, дължащо се на доплеровото разпространение. Бързото избледняване е резултат от отражения на местни обекти и движение на обекти спрямо тези обекти.
При бързо затихване приеманият сигнал е сбор от множество сигнали, които се отразяват от различни повърхности. Този сигнал е сума или разлика от множество сигнали, които могат да бъдат конструктивни или разрушителни въз основа на относителното фазово изместване между тях. Фазовите отношения зависят от скоростта на движение, честотата на предаване и относителните дължини на пътя.
Бързото затихване изкривява формата на бейсбенд импулса. Това изкривяване е линейно и създаваISI(Междусимволна интерференция). Адаптивното изравняване намалява ISI чрез премахване на линейното изкривяване, предизвикано от канала.
2.d) Бавно избледняване
Бавното избледняване е резултат от засенчване от сгради, хълмове, планини и други обекти над пътя.
• Ниско доплерово разпространение
• Период на символ <
• Вариация на сигнала >> Вариация на канала
Внедряване на затихващи модели или затихващи разпределения
Реализациите на модели на затихване или разпределения на затихване включват затихване на Rayleigh, затихване на Rician, затихване на Nakagami и затихване на Weibull. Тези разпределения или модели на канали са проектирани да включват затихване в бейсбенд сигнала за данни според изискванията на профила на затихване.
Rayleigh избледняване
• В модела на Rayleigh само компоненти извън линията на видимост (NLOS) се симулират между предавател и приемник. Предполага се, че не съществува LOS път между предавател и приемник.
• MATLAB предоставя функция "rayleighchan" за симулиране на модел на канал на Релей.
• Мощността е експоненциално разпределена.
• Фазата е равномерно разпределена и независима от амплитудата. Това е най-използваният тип затихване в безжичната комуникация.
Rician избледняване
• В модела на rician както компонентите на линията на видимост (LOS), така и компонентите без линия на видимост (NLOS) се симулират между предавател и приемник.
• MATLAB предоставя функция "ricianchan" за симулиране на модел на rician канал.
Накагами избледнява
Каналът за затихване на Nakagami е статистически модел, използван за описание на безжични комуникационни канали, в които полученият sgnal претърпява многопоточно затихване. Представлява среди с умерено до силно избледняване, като градски или крайградски райони. Следното уравнение може да се използва за симулиране на модел на затихващ канал на Nakagami.
• В този случай означаваме h = r*ejΦи ъгъл Φ е равномерно разпределен върху [-π, π]
• Приема се, че променливите r и Φ са взаимно независими.
• Nakagami pdf се изразява както по-горе.
• В Nakagami pdf, 2σ2= E{r2}, Γ(.) е гама функцията и k >= (1/2) е затихващата фигура (степени на свобода, свързани с броя на добавените Gaussion случайни променливи).
• Първоначално е разработен емпирично въз основа на измервания.
• Моментната мощност на приемане е гама разпределена. • С k = 1 Rayleigh = Nakagami
Weibull избледнява
Този канал е друг статистически модел, използван за описание на безжичен комуникационен канал. Каналът за затихване на Weibull обикновено се използва за представяне на среди с различни видове условия на затихване, включително както слабо, така и силно затихване.
където,
2σ2= E{r2}
• Разпределението на Weibull представлява друго обобщение на разпределението на Rayleigh.
• Когато X и Y са iid нулеви средни гаусови променливи, обвивката на R = (X2+ Y2)1/2е разпределен на Релей. • Обвивката обаче е дефинирана R = (X2+ Y2)1/2, а съответният pdf (профил на разпределение на мощността) е разпределен по Weibull.
• Следното уравнение може да се използва за симулиране на модела на затихване на Weibull.
На тази страница разгледахме различни теми за затихване, като например какво е затихващ канал, неговите типове, модели за затихване, техните приложения, функции и така нататък. Човек може да използва информацията, предоставена на тази страница, за да сравни и извлече разликата между затихване в малък мащаб и затихване в голям мащаб, разлика между затихване на плоски и честотно селективно затихване, разлика между бързо затихване и бавно затихване, разлика между затихване на Релей и затихване на Рициан и така нататък.
E-mail:info@rf-miso.com
Телефон: 0086-028-82695327
Уебсайт: www.rf-miso.com
Време на публикуване: 14 август 2023 г
