Тази страница описва основите на затихването и видовете затихване в безжичната комуникация. Видовете затихване се разделят на широкомащабно затихване и малкомащабно затихване (многопътно разпространение на забавянето и доплерово разпространение).
Плоското затихване и затихването с честотна селекция са част от многопътното затихване, докато бързото и бавното затихване са част от доплеровото разпръскване. Тези типове затихване се реализират съгласно разпределенията или моделите на Рейли, Райсиан, Накагами и Вайбул.
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 по пътя, многопътно затихване и др. Затихването на сигнала по пътя зависи от различни фактори. Те са време, радиочестота и път или позиция на предавателя/приемника. Каналът между предавателя и приемника може да бъде променлив във времето или фиксиран в зависимост от това дали предавателят/приемникът са неподвижни или се движат един спрямо друг.
Какво е избледняване?
Временното изменение на мощността на получения сигнал, дължащо се на промени в предавателната среда или пътищата, е известно като затихване. Затихването зависи от различни фактори, както е споменато по-горе. При фиксирани условия затихването зависи от атмосферни условия, като валежи, мълнии и др. В мобилни условия затихването зависи от препятствия по пътя, които се променят във времето. Тези препятствия създават сложни ефекти върху предавания сигнал.
Фигура 1 изобразява диаграма на амплитудата спрямо разстоянието за бавно и бързо затихване, които ще обсъдим по-късно.
Видове затихване
Като се имат предвид различните нарушения, свързани с каналите, и позицията на предавателя/приемника, следните видове затихване в безжичната комуникационна система са посочени.
➤Мащабно затихване: Включва загуба на път и ефекти на засенчване.
➤Малкомащабно затихване: То се разделя на две основни категории, а именно многопътно разпространение на закъснението и доплерово разпространение. Многопътното разпространение на закъснението 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 реализирани в различни модели или разпределения, които включват Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull и др.
Както знаем, затихването на сигналите се дължи на отражения от земята и околните сгради, както и на разсеяни сигнали от дървета, хора и кули, намиращи се в голяма площ. Съществуват два вида затихване, а именно затихване в голям мащаб и затихване в малък мащаб.
1.) Мащабно затихване
Мащабно затихване възниква, когато между предавателя и приемника се появи препятствие. Този тип смущение причинява значително намаляване на силата на сигнала. Това е така, защото електромагнитната вълна е засенчена или блокирана от препятствието. Свързано е с големи колебания на сигнала на разстояние.
1.а) Загуба по пътя
Загубата в свободното пространство може да се изрази, както следва.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Къде,
Pt = Предавателна мощност
Pr = Приемаща мощност
λ = дължина на вълната
d = разстояние между предаващата и приемащата антена
c = скорост на светлината, т.е. 3 x 108
От уравнението се вижда, че предаваният сигнал отслабва с разстояние, тъй като се разпространява върху все по-голяма площ от предаващия към приемащия край.
1.б) Ефект на засенчване
• Наблюдава се при безжична комуникация. Засенчването е отклонение на приетата мощност на електромагнитния сигнал от средната стойност.
• Това е резултат от препятствия по пътя между предавателя и приемника.
• Зависи от географското положение, както и от радиочестотата на електромагнитните (ЕМ) вълни.
2. Малък мащаб на затихване
Малкомащабното затихване е свързано с бързи колебания в силата на приемания сигнал на много кратко разстояние и кратък период от време.
Въз основа наразпространение на многопътно закъснениеСъществуват два вида дребномащабно затихване, а именно плоско затихване и честотно-селективно затихване. Тези видове многолъчево затихване зависят от средата на разпространение.
2.а) Плоско затихване
Безжичният канал се нарича с плоско затихване, ако има постоянно усилване и линейна фазова характеристика в честотна лента, по-голяма от честотната лента на предавания сигнал.
При този тип затихване всички честотни компоненти на приетия сигнал се колебаят едновременно в едни и същи пропорции. Това е известно още като неселективно затихване.
• Широчина на сигнала << Широчина на канала
• Период на символа >> Разпространение на закъснението
Ефектът от плоското затихване се наблюдава като намаляване на съотношението сигнал/шум. Тези канали с плоско затихване са известни като канали с променлива амплитуда или теснолентови канали.
2.б) Честотно селективно затихване
Това засяга различни спектрални компоненти на радиосигнала с различна амплитуда. Оттук и името му селективно затихване.
• Широчина на сигнала > Широчина на канала
• Период на символа < Разпределение на закъснението
Въз основа надоплерово разпространениеИма два вида затихване, а именно бързо затихване и бавно затихване. Тези видове доплерово разпръснато затихване зависят от скоростта на мобилното устройство, т.е. скоростта на приемника спрямо предавателя.
2.в) Бързо избледняване
Феноменът на бързо затихване се представя от бързи флуктуации на сигнала в малки области (т.е. честотна лента). Когато сигналите пристигат от всички посоки в равнината, бързо затихване ще се наблюдава за всички посоки на движение.
Бързото затихване възниква, когато импулсният отклик на канала се променя много бързо в рамките на продължителността на символа.
• Високо доплерово разпространение
• Период на символа > Време на кохерентност
• Вариация на сигнала < Вариация на канала
Тези параметри водят до честотна дисперсия или времеселективно затихване поради доплерово разпространение. Бързото затихване е резултат от отражения на локални обекти и движение на обекти спрямо тези обекти.
При бързо затихване, приеманият сигнал е сума от множество сигнали, отразени от различни повърхности. Този сигнал е сума или разлика от множество сигнали, които могат да бъдат конструктивни или деструктивни въз основа на относителното фазово изместване между тях. Фазовите съотношения зависят от скоростта на движение, честотата на предаване и относителните дължини на пътя.
Бързото затихване изкривява формата на импулса в бейсбенд лентата. Това изкривяване е линейно и създаваИСИ(Междусимволна интерференция). Адаптивното изравняване намалява междусимволната интерференция (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 по пътеката.
• Ниско доплерово разпространение
• Период на символа <
• Вариация на сигнала >> Вариация на канала
Внедряване на модели на затихване или разпределения на затихване
Реализациите на модели на затихване или разпределения на затихване включват затихване на Рейли, затихване на Райсиан, затихване на Накагами и затихване на Вайбул. Тези канални разпределения или модели са проектирани да включат затихване в сигнала на базовата лента с данни, съгласно изискванията на профила на затихване.
Рейли затихва
• В модела на Рейли се симулират само компоненти извън линията на видимост (NLOS) между предавателя и приемника. Предполага се, че не съществува LOS път между предавателя и приемника.
• MATLAB предоставя функцията "rayleighchan" за симулиране на модел на канал на Рейли.
• Мощността е експоненциално разпределена.
• Фазата е равномерно разпределена и независима от амплитудата. Това е най-използваният вид затихване в безжичната комуникация.
избледняване на Ричиан
• В rician модела, както компонентите на линията на видимост (LOS), така и компонентите извън линията на видимост (NLOS) се симулират между предавателя и приемника.
• MATLAB предоставя функцията "ricianchan" за симулиране на модела на канала на Rician.
Накагами избледнява
Каналът със затихване на Накагами е статистически модел, използван за описание на безжични комуникационни канали, в които полученият сигнал претърпява многопътно затихване. Той представлява среди с умерено до силно затихване, като например градски или крайградски райони. Следното уравнение може да се използва за симулиране на модела на канала със затихване на Накагами.
• В този случай обозначаваме h = r*ejΦи ъгълът Φ е равномерно разпределен върху [-π, π]
• Променливите r и Φ се приемат за взаимно независими.
• PDF файлът на Накагами е изразен както е показано по-горе.
• В pdf-то на Накагами, 2σ2= E{r2}, Γ(.) е гама функцията, а k >= (1/2) е числото на затихване (степени на свобода, свързани с броя на добавените Гаусовски случайни променливи).
• Първоначално е разработен емпирично, въз основа на измервания.
• Моменталната приемана мощност е с гама разпределение. • При k = 1, Рейли = Накагами
Вейбулово затихване
Този канал е друг статистически модел, използван за описание на безжичния комуникационен канал. Каналът на затихване на Вайбул обикновено се използва за представяне на среди с различни видове условия на затихване, включително както слабо, така и силно затихване.
Къде,
2σ2= E{r2}
• Разпределението на Вайбул представлява друго обобщение на разпределението на Рейли.
• Когато X и Y са неидентификаторни гаусови променливи с нулева средна стойност, обвивката на R = (X2+ Y2)1/2е разпределена на Рейли. • Обвивката обаче е дефинирана като R = (X2+ Y2)1/2, а съответният pdf (профил на разпределение на мощността) е с разпределение на Вайбул.
• Следното уравнение може да се използва за симулиране на модела на затихване на Вейбул.
На тази страница разгледахме различни теми, свързани с затихването, като например какво е канал за затихване, неговите видове, модели на затихване, техните приложения, функции и т.н. Информацията, предоставена на тази страница, може да се използва, за да се сравни и изведе разлика между маломащабно и широкомащабно затихване, разлика между плоско затихване и честотно-селективно затихване, разлика между бързо и бавно затихване, разлика между Рейлиево затихване и Райсиево затихване и т.н.
E-mail:info@rf-miso.com
Телефон: 0086-028-82695327
Уебсайт: www.rf-miso.com
Време на публикуване: 14 август 2023 г.
