Tällä sivulla kuvataan häipymisen perusteet ja häipymisen tyypit langattomassa tiedonsiirrossa. Häipymistyypit jaetaan suuren mittakaavan häipymiseen ja pienen mittakaavan häipymiseen (monitieviiveen leviäminen ja doppler-hajautus).
Tasainen häipyminen ja taajuuden valinnan häipyminen ovat osa monitiehäipymistä, kun yhtä nopea häipyminen ja hidas häipyminen ovat osa Doppler-hajahäipymistä. Nämä häipymistyypit toteutetaan Rayleigh-, Rician-, Nakagami- ja Weibull-jakaumien tai mallien mukaisesti.
Esittely:
Kuten tiedämme, langaton viestintäjärjestelmä koostuu lähettimestä ja vastaanottimesta. Polku lähettimestä vastaanottimeen ei ole tasainen ja lähetetty signaali voi kulkea erilaisten vaimennusten läpi, mukaan lukien polkuhäviö, monitievaimennus jne. Signaalin vaimennus reitin läpi riippuu useista tekijöistä. Ne ovat aika, radiotaajuus ja lähettimen/vastaanottimen polku tai sijainti. Kanava lähettimen ja vastaanottimen välillä voi olla ajallisesti vaihteleva tai kiinteä riippuen siitä, ovatko lähetin/vastaanotin kiinteät vai liikkuvatko toisiinsa nähden.
Mikä on haalistumista?
Vastaanotetun signaalin tehon aikavaihtelu, joka johtuu siirtovälineen tai -reittien muutoksista, tunnetaan häipymisenä. Häipyminen riippuu useista tekijöistä, kuten edellä mainittiin. Kiinteässä skenaariossa häipyminen riippuu ilmakehän olosuhteista, kuten sateesta, valaistuksesta jne. Mobiiliskenaariossa häipyminen riippuu reitin yli olevista esteistä, jotka vaihtelevat ajan suhteen. Nämä esteet luovat monimutkaisia lähetysefektejä lähetettyyn signaaliin.
Kuva 1 esittää amplitudi-etäisyyskaaviota hitaan häipymisen ja nopean häipymisen tyypeille, joista keskustelemme myöhemmin.
Häipyvät tyypit
Ottaen huomioon erilaiset kanavaan liittyvät häiriöt ja lähettimen/vastaanottimen sijainnin, seuraavat häipymistyypit langattomassa viestintäjärjestelmässä.
➤Large Scale Fading: Se sisältää polun häviämisen ja varjostusefektit.
➤Pienen mittakaavan häipyminen: Se on jaettu kahteen pääluokkaan, nimittäin. monitieviiveen leviäminen ja doppler-levitys. Monitieviivehajautus jaetaan edelleen tasaiseen häipymiseen ja taajuusselektiiviseen häipymiseen. Doppler-levitys jaetaan nopeasti häipymään ja hitaaseen häipymiseen.
➤ Häipyvät mallit: Yllä olevat häipymistyypit on toteutettu erilaisissa malleissa tai jakeluissa, kuten Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull jne.
Kuten tiedämme, häipyvät signaalit johtuvat heijastuksista maasta ja ympäröivistä rakennuksista sekä hajallaan olevista signaaleista suurella alueella olevista puista, ihmisistä ja torneista. Häipymistä on kahta tyyppiä eli. suuren mittakaavan häipyminen ja pienen mittakaavan häipyminen.
1.) Laajamittainen häipyminen
Laajamittainen häipyminen tapahtuu, kun lähettimen ja vastaanottimen väliin tulee este. Tämä häiriötyyppi heikentää signaalin voimakkuutta merkittävästi. Tämä johtuu siitä, että EM-aalto on esteen varjossa tai tukossa. Se liittyy signaalin suuriin vaihteluihin etäisyyden yli.
1.a) Polun menetys
Vapaan tilan polun menetys voidaan ilmaista seuraavasti.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Jossa,
Pt = Lähetysteho
Pr = vastaanottoteho
λ = aallonpituus
d = lähetys- ja vastaanottoantennin välinen etäisyys
c = valon nopeus eli 3 x 108
Yhtälöstä seuraa, että lähetetty signaali vaimenee etäisyyden yli, kun signaali leviää yhä suuremmalle alueelle lähetyspäästä vastaanottopäähän.
1.b) Varjostusvaikutus
• Se havaitaan langattomassa tiedonsiirrossa. Varjostus on EM-signaalin vastaanotetun tehon poikkeama keskiarvosta.
• Se johtuu lähettimen ja vastaanottimen välisellä tiellä olevista esteistä.
• Se riippuu maantieteellisestä sijainnista sekä EM (sähkömagneettisten) aaltojen radiotaajuudesta.
2. Pienen mittakaavan häipyminen
Pienen mittakaavan häipyminen liittyy vastaanotetun signaalin voimakkuuden nopeisiin vaihteluihin erittäin lyhyellä etäisyydellä ja lyhyellä aikavälillä.
Perustuumonitieviive leviäminenPienen mittakaavan häipymistä on kahta tyyppiä eli. tasainen häipyminen ja taajuusselektiivinen häipyminen. Nämä monitiehäipymistyypit riippuvat etenemisympäristöstä.
2.a) Tasainen haalistuminen
Langattoman kanavan sanotaan olevan tasainen häipymä, jos sillä on jatkuva vahvistus ja lineaarinen vaihevaste kaistanleveydellä, joka on suurempi kuin lähetetyn signaalin kaistanleveys.
Tämäntyyppisessä häipymisessä kaikki vastaanotetun signaalin taajuuskomponentit vaihtelevat samoissa suhteissa samanaikaisesti. Se tunnetaan myös ei-selektiivisenä häipymisenä.
• Signaali BW << Kanava BW
• Symbolijakso >> Viive leviäminen
Tasaisen häipymisen vaikutus nähdään SNR:n laskuna. Nämä tasaiset häipymiskanavat tunnetaan amplitudivaihtelukanavina tai kapeakaistaisina kanavina.
2.b) Taajuus Selektiivinen häipyminen
Se vaikuttaa radiosignaalin eri spektrikomponentteihin eri amplitudeilla. Tästä syystä nimi valikoiva häipyminen.
• Signaali BW > Kanava BW
• Symbolijakso < Delay Spread
Perustuudopplerin leviäminenhäipymistä on kahta tyyppiä eli. nopea häipyminen ja hidas häipyminen. Nämä Doppler-hajahäipymistyypit riippuvat matkaviestimen nopeudesta eli vastaanottimen nopeudesta suhteessa lähettimeen.
2.c) Nopea häipyminen
Nopean häipymisen ilmiötä edustavat signaalin nopeat vaihtelut pienillä alueilla (eli kaistanleveydellä). Kun signaalit saapuvat kaikista tason suunnista, havaitaan nopea häipyminen kaikissa liikesuunnissa.
Nopea häipyminen tapahtuu, kun kanavan impulssivaste muuttuu hyvin nopeasti symbolin keston sisällä.
• Korkea doppler-leveys
• Symbolijakso > Koherenssiaika
• Signaalin vaihtelu < Kanavan vaihtelu
Nämä parametrit johtavat taajuusdispersioon tai aikaselektiiviseen häipymiseen Doppler-hajotuksesta. Nopea häipyminen johtuu paikallisten kohteiden heijastuksista ja esineiden liikkeestä suhteessa näihin objekteihin.
Nopeassa häipymisessä vastaanottosignaali on useiden eri pinnoilta heijastuvien signaalien summa. Tämä signaali on useiden signaalien summa tai erotus, jotka voivat olla rakentavia tai tuhoavia niiden välisen suhteellisen vaihesiirron perusteella. Vaihesuhteet riippuvat liikkeen nopeudesta, lähetystaajuudesta ja suhteellisista polun pituuksista.
Nopea häipyminen vääristää kantataajuuspulssin muotoa. Tämä vääristymä on lineaarinen ja luoISI(Inter Symbol Interference). Mukautuva taajuuskorjaus vähentää ISI:tä poistamalla kanavan aiheuttaman lineaarisen vääristymän.
2.d) Hidas häipyminen
Hidas häipyminen johtuu rakennusten, kukkuloiden, vuorten ja muiden polun ylittävien esineiden varjosta.
• Matala Doppler-leveys
• Symbolijakso <
• Signaalin vaihtelu >> kanavan vaihtelu
Häipymismallien tai häipymisjakaumien toteutus
Häipyvien mallien tai häipyvien jakaumien toteutuksia ovat Rayleigh-häipyminen, Rician-häipyminen, Nakagami-häipyminen ja Weibull-häipyminen. Nämä kanavajakaumat tai mallit on suunniteltu sisällyttämään häipyminen kantataajuiseen datasignaaliin häipymisprofiilin vaatimusten mukaisesti.
Rayleighin häipyminen
• Rayleigh-mallissa vain Non Line of Sight (NLOS) -komponentit simuloidaan lähettimen ja vastaanottimen välillä. Oletetaan, että lähettimen ja vastaanottimen välillä ei ole LOS-polkua.
• MATLAB tarjoaa "rayleighchan"-toiminnon rayleigh-kanavamallin simuloimiseksi.
• Teho jakautuu eksponentiaalisesti.
• Vaihe on jakautunut tasaisesti ja amplitudista riippumaton. Se on langattomassa tiedonsiirrossa eniten käytetty häipymistyyppi.
Rician häipyminen
• Rician-mallissa sekä Line of Sight (LOS) että non Line of Sight (NLOS) komponentit simuloidaan lähettimen ja vastaanottimen välillä.
• MATLAB tarjoaa "ricianchan"-toiminnon rician-kanavamallin simulointiin.
Nakagami haalistuu
Nakagami-häipymiskanava on tilastollinen malli, jota käytetään kuvaamaan langattomia viestintäkanavia, joissa vastaanotettu signaali käy läpi monitiehäipymisen. Se edustaa ympäristöjä, joissa on kohtalaista tai voimakasta häipymistä, kuten kaupunki- tai esikaupunkialueita. Seuraavaa yhtälöä voidaan käyttää Nakagamin häipymiskanavamallin simuloimiseen.
• Tässä tapauksessa merkitsemme h = r*ejΦja kulma Φ on jakautunut tasaisesti [-π, π]
• Muuttujan r ja Φ oletetaan olevan toisistaan riippumattomia.
• Nakagami pdf ilmaistaan kuten yllä.
• Nakagami pdf, 2σ2= E{r2}, Γ(.) on gammafunktio ja k >= (1/2) on häipyvä luku (vapausasteet suhteessa lisättyjen Gaussion-satunnaismuuttujien määrään).
• Se kehitettiin alun perin empiirisesti mittausten perusteella.
• Välitön vastaanottoteho on gammahajautunut. • Kun k = 1 Rayleigh = Nakagami
Weibullin häipyminen
Tämä kanava on toinen tilastollinen malli, jota käytetään kuvaamaan langatonta viestintäkanavaa. Weibull-häipymiskanavaa käytetään yleisesti edustamaan ympäristöjä, joissa on erilaisia häipymisolosuhteita, mukaan lukien sekä heikko että voimakas häipyminen.
Jossa,
2σ2= E{r2}
• Weibull-jakauma edustaa toista Rayleigh-jakauman yleistystä.
• Kun X ja Y ovat iid nolla tarkoittaa Gaussin muuttujia, R-verhokäyrä = (X2+ Y2)1/2on Rayleigh jaettu. • Kuitenkin kirjekuori on määritelty R = (X2+ Y2)1/2, ja vastaava pdf (virranjakeluprofiili) on Weibull-hajautettu.
• Seuraavaa yhtälöä voidaan käyttää Weibullin häipymismallin simuloimiseen.
Tällä sivulla olemme käyneet läpi erilaisia häipymiseen liittyviä aiheita, kuten mikä on häipyvä kanava, sen tyypit, häipyvät mallit, niiden sovellukset, toiminnot ja niin edelleen. Tällä sivulla annettuja tietoja voidaan käyttää vertailuun ja johtamiseen pienen mittakaavan häipymisen ja suuren mittakaavan häipymisen välillä, tasaisen häipymisen ja taajuusselektiivisen häipymisen välisen eron, nopean häipymisen ja hitaan häipymisen eron, rayleigh-häipymisen ja rician häipymisen välisen eron ja niin edelleen.
E-mail:info@rf-miso.com
Puhelin: 0086-028-82695327
Verkkosivusto: www.rf-miso.com
Postitusaika: 14.8.2023
