Tämä sivu kuvaa langattoman tietoliikenteen häipymisen perusteita ja tyyppejä. Häipymistyypit jaetaan laaja-alaiseen häipymiseen ja pienimuotoiseen häipymiseen (monitieviivehajonta ja Doppler-hajonta).
Tasainen häipyminen ja taajuuden valintaan perustuva häipyminen ovat osa monitiehäipymistä, kun taas nopea ja hidas häipyminen ovat osa Doppler-levityshäipymistä. Nämä häipymistyypit toteutetaan Rayleighin, Ricianin, Nakagamin ja Weibullin jakaumien tai mallien mukaisesti.
Johdanto:
Kuten tiedämme, langaton viestintäjärjestelmä koostuu lähettimestä ja vastaanottimesta. Polku lähettimestä vastaanottimeen ei ole tasainen, ja lähetetty signaali voi vaimentua eri tavoin, mukaan lukien polun häviö, monipolkuvaimennus jne. Signaalin vaimennus polulla riippuu useista tekijöistä. Näitä ovat aika, radiotaajuus ja lähettimen/vastaanottimen polku tai sijainti. Lähettimen ja vastaanottimen välinen kanava voi olla ajassa vaihteleva tai kiinteä riippuen siitä, ovatko lähetin/vastaanotin kiinteät vai liikkuvatko ne toisiinsa nähden.
Mitä on haalistuminen?
Lähetysvälineen tai -reittien muutosten aiheuttamaa vastaanotetun signaalin tehon ajallista vaihtelua kutsutaan häipymiseksi. Häipyminen riippuu useista edellä mainituista tekijöistä. Kiinteässä skenaariossa häipyminen riippuu ilmakehän olosuhteista, kuten sateesta, salamoinnista jne. Mobiilissa skenaariossa häipyminen riippuu reitin varrella olevista esteistä, jotka vaihtelevat ajan suhteen. Nämä esteet luovat monimutkaisia lähetysvaikutuksia lähetettyyn signaaliin.
Kuvio 1 esittää amplitudi-etäisyyden kaavion hitaalle ja nopealle häipymiselle, joita käsittelemme myöhemmin.
Häipymistyypit
Langattomissa viestintäjärjestelmissä esiintyy erilaisia häipymistyyppejä, jotka johtuvat erilaisista kanavaan liittyvistä häiriöistä ja lähettimen/vastaanottimen sijainnista.
➤Laajamittainen häipyminen: Se sisältää polun menetystä ja varjostusvaikutuksia.
➤Pienen mittakaavan häipyminen: Se jaetaan kahteen pääluokkaan: monitieviivehajonta ja Doppler-hajonta. Monitieviivehajonta jaetaan edelleen tasaiseen häipymiseen ja taajuusselektiiviseen häipymiseen. Doppler-hajonta jaetaan nopeaan häipymiseen ja hitaaseen häipymiseen.
➤Häivytysmallit: Yllä mainittuja häipymistyyppejä on toteutettu useissa malleissa tai jakeluissa, joihin kuuluvat Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull jne.
Kuten tiedämme, signaalien häipymistä tapahtuu maasta ja ympäröivistä rakennuksista tulevien heijastusten sekä laajalla alueella olevien puiden, ihmisten ja tornien siroavien signaalien vuoksi. Häipymistä on kahdenlaisia: laajamittainen häipyminen ja pienimuotoinen häipyminen.
1.) Laajamittainen häipyminen
Laajamittaista häipymistä tapahtuu, kun lähettimen ja vastaanottimen väliin tulee este. Tämän tyyppinen häiriö aiheuttaa merkittävää signaalin voimakkuuden heikkenemistä. Tämä johtuu siitä, että este varjostaa tai estää sähkömagneettisen aallon. Se liittyy signaalin suuriin vaihteluihin etäisyyden suhteen.
1.a) Polun menetys
Vapaan tilan polun häviö voidaan ilmaista seuraavasti.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)}2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Jossa,
Pt = Lähetysteho
Pr = Vastaanotettava teho
λ = aallonpituus
d = lähetys- ja vastaanottoantennin välinen etäisyys
c = valonnopeus eli 3 x 108
Yhtälöstä päätellen lähetetty signaali vaimenee etäisyyden myötä, koska signaali leviää yhä laajemmalle alueelle lähetyspäästä vastaanottopäätä kohti.
1.b) Varjostusvaikutus
• Sitä havaitaan langattomassa viestinnässä. Varjostus on vastaanotetun sähkömagneettisen signaalin tehon poikkeama keskiarvosta.
• Se johtuu lähettimen ja vastaanottimen välisistä esteistä.
• Se riippuu maantieteellisestä sijainnista sekä sähkömagneettisten (EM) aaltojen radiotaajuudesta.
2. Pienimuotoinen häipyminen
Pienimuotoinen häipyminen liittyy vastaanotetun signaalin voimakkuuden nopeisiin vaihteluihin hyvin lyhyellä matkalla ja lyhyessä ajassa.
Perustuumonitieviiveen leviäminenPienimuotoista häipymistä on kahdenlaisia: tasainen häipyminen ja taajuusselektiivinen häipyminen. Nämä monitiehäipymistyypit riippuvat etenemisympäristöstä.
2.a) Tasainen häipyminen
Langattoman kanavan sanotaan häipyvän tasaisesti, jos sillä on vakio vahvistus ja lineaarinen vaihevaste kaistanleveydellä, joka on suurempi kuin lähetetyn signaalin kaistanleveys.
Tällaisessa häipymisessä kaikki vastaanotetun signaalin taajuuskomponentit vaihtelevat samoissa suhteissa samanaikaisesti. Sitä kutsutaan myös epäselektiiviseksi häipymiseksi.
• Signaalin taajuus << Kanavan taajuus
• Symbolijakso >> Viivehajoaminen
Tasaisen häipymisen vaikutus näkyy signaali-kohinasuhteen pienenemisenä. Näitä tasaisia häipymiskanavia kutsutaan amplitudivaihteleviksi kanaviksi tai kapeakaistaisiksi kanaviksi.
2.b) Taajuusselektiivinen häipyminen
Se vaikuttaa radiosignaalin eri spektrikomponentteihin eri amplitudeilla. Tästä johtuu nimi selektiivinen häipyminen.
• Signaalin mustavalko > Kanavan mustavalko
• Symbolijakso < Viivehajoama
PerustuuDoppler-levitysHäipymistä on kahdenlaisia: nopea ja hidas häipyminen. Nämä Doppler-levityksen häipymistyypit riippuvat matkaviestimen nopeudesta eli vastaanottimen nopeudesta lähettimeen nähden.
2.c) Nopea häipyminen
Nopean häipymisen ilmiötä edustavat signaalin nopeat vaihtelut pienillä alueilla (eli kaistanleveydellä). Kun signaalit saapuvat kaikista tason suunnista, nopeaa häipymistä havaitaan kaikissa liikesuunnissa.
Nopeaa häipymistä tapahtuu, kun kanavan impulssivaste muuttuu erittäin nopeasti symbolin keston aikana.
• Korkea Doppler-levitys
• Symbolijakso > Koherenssiaika
• Signaalin vaihtelu < Kanavan vaihtelu
Nämä parametrit johtavat taajuushajontaan tai aikaselektiiviseen häipymiseen Doppler-leviämisen vuoksi. Nopea häipyminen johtuu paikallisten kohteiden heijastuksista ja kohteiden liikkeestä suhteessa näihin kohteisiin.
Nopeassa häipymisessä vastaanottosignaali on useiden eri pinnoilta heijastuneiden signaalien summa tai erotus. Tämä signaali voi olla konstruktiivinen tai destruktiivinen signaalien välisen suhteellisen vaihesiirron perusteella. Vaihesuhteet riippuvat liikkeen nopeudesta, lähetystaajuudesta ja suhteellisista reittien pituuksista.
Nopea häipyminen vääristää kantataajuuspulssin muotoa. Tämä vääristymä on lineaarinen ja luoISI(Symbolien välinen häiriö). Adaptiivinen taajuuskorjain vähentää ISI:tä poistamalla kanavan aiheuttaman lineaarisen vääristymän.
2.d) Hidas häipyminen
Hidas häipyminen johtuu rakennusten, kukkuloiden, vuorten ja muiden polulla olevien esineiden varjosta.
• Alhainen Doppler-hajonta
• Symbolijakso <
• Signaalin vaihtelu >> Kanavan vaihtelu
Häipymismallien tai häipymisjakaumien toteutus
Häipymismallien tai häipymisjakaumien toteutuksia ovat Rayleigh-häipyminen, Rician-häipyminen, Nakagami-häipyminen ja Weibull-häipyminen. Nämä kanavajakaumat tai -mallit on suunniteltu ottamaan huomioon kantataajuisen datasignaalin häipymisprofiilivaatimusten mukaisesti.
Rayleigh-häipyminen
• Rayleigh-mallissa simuloidaan lähettimen ja vastaanottimen välillä vain ei-suoraa näköyhteyttä (NLOS). Oletetaan, että lähettimen ja vastaanottimen välillä ei ole suoraa näköyhteyttä.
• MATLAB tarjoaa "rayleighchan"-funktion Rayleigh-kanavamallin simulointiin.
• Teho on eksponentiaalisesti jakautunut.
• Vaihe on tasaisesti jakautunut ja riippumaton amplitudista. Se on langattomassa tietoliikenteessä käytetyin häipymisen tyyppi.
Rician häipyminen
• Rician-mallissa simuloidaan sekä näkölinjan (LOS) että näkölinjan ulkopuolisia (NLOS) komponentteja lähettimen ja vastaanottimen välillä.
• MATLAB tarjoaa "ricianchan"-funktion Rician-kanavamallin simulointiin.
Nakagami-häipyminen
Nakagami-häipymiskanava on tilastollinen malli, jota käytetään kuvaamaan langattomia tietoliikennekanavia, joissa vastaanotettu signaali käy läpi monitiehäipymistä. Se edustaa ympäristöjä, joissa on kohtalaista tai voimakasta häipymistä, kuten kaupunki- tai esikaupunkialueita. Seuraavaa yhtälöä voidaan käyttää Nakagami-häipymiskanavamallin simulointiin.
• Tässä tapauksessa merkitsemme h = r*ejΦja kulma Φ on tasaisesti jakautunut alueelle [-π, π]
• Muuttujan r ja Φ oletetaan olevan toisistaan riippumattomia.
• Nakagami-pdf on ilmaistu yllä olevalla tavalla.
• Nakagami-pdf-tiedostossa, 2σ2= E{r2}, Γ(.) on gammafunktio ja k >= (1/2) on häipymisluku (vapausasteet suhteessa lisättyjen Gaussion-satunnaismuuttujien lukumäärään).
• Se kehitettiin alun perin empiirisesti mittausten perusteella.
• Hetkellinen vastaanottoteho on gamma-jakautunut. • Kun k = 1, Rayleigh = Nakagami
Weibullin häipyminen
Tämä kanava on toinen tilastollinen malli, jota käytetään kuvaamaan langatonta tietoliikennekanavaa. Weibull-häipymäkanavaa käytetään yleisesti kuvaamaan ympäristöjä, joissa on erilaisia häipymisolosuhteita, mukaan lukien sekä heikko että voimakas häipyminen.
Jossa,
2σ2= E{r2}
• Weibull-jakauma edustaa Rayleigh-jakauman toista yleistystä.
• Kun X ja Y ovat iid nollakeskiarvoisia Gaussin muuttujia, R:n verhokäyrä = (X2+ Y2)1/2on Rayleigh-jakautunut. • Verhokäyrä on kuitenkin määritelty R = (X2+ Y2)1/2, ja vastaava pdf (tehonjakoprofiili) on Weibull-jakautunut.
• Seuraavaa yhtälöä voidaan käyttää Weibullin häipymismallin simulointiin.
Tällä sivulla olemme käyneet läpi erilaisia häipymiseen liittyviä aiheita, kuten mitä häipymiskanava on, sen tyypit, häipymismallit, niiden sovellukset, toiminnot ja niin edelleen. Tällä sivulla annettuja tietoja voidaan käyttää vertaillakseen ja päätelläkseen eroja pienimuotoisen ja laajamuotoisen häipymisen välillä, eroja tasaisen ja taajuusselektiivisen häipymisen välillä, eroja nopean ja hitaan häipymisen välillä, eroja Rayleigh-häipymisen ja Rician-häipymisen välillä ja niin edelleen.
E-mail:info@rf-miso.com
Puhelin: 0086-028-82695327
Verkkosivusto: www.rf-miso.com
Julkaisun aika: 14. elokuuta 2023
