Questa pagina descrive le basi della dissolvenza e i tipi di dissolvenza nella comunicazione wireless. I tipi di dissolvenza sono suddivisi in dissolvenza su larga scala e dissolvenza su piccola scala (diffusione del ritardo multipercorso e diffusione doppler).
L'attenuazione piatta e l'attenuazione con selezione della frequenza fanno parte dell'attenuazione multipercorso, mentre l'attenuazione rapida e l'attenuazione lenta fanno parte dell'attenuazione con diffusione Doppler. Questi tipi di dissolvenza sono implementati secondo le distribuzioni o i modelli di Rayleigh, Rician, Nakagami e Weibull.
Introduzione:
Come sappiamo il sistema di comunicazione wireless è costituito da trasmettitore e ricevitore. Il percorso dal trasmettitore al ricevitore non è uniforme e il segnale trasmesso può subire vari tipi di attenuazioni tra cui perdita di percorso, attenuazione multipercorso ecc. L'attenuazione del segnale attraverso il percorso dipende da vari fattori. Sono l'ora, la frequenza radio e il percorso o la posizione del trasmettitore/ricevitore. Il canale tra trasmettitore e ricevitore può variare nel tempo o essere fisso a seconda che il trasmettitore/ricevitore sia fisso o in movimento l'uno rispetto all'altro.
Cosa sta svanendo?
La variazione temporale della potenza del segnale ricevuto dovuta a cambiamenti nel mezzo o nei percorsi di trasmissione è nota come fading. Lo sbiadimento dipende da vari fattori come menzionato sopra. Nello scenario fisso, lo sbiadimento dipende dalle condizioni atmosferiche come precipitazioni, fulmini, ecc. Nello scenario mobile, lo sbiadimento dipende dagli ostacoli sul percorso che variano rispetto al tempo. Questi ostacoli creano effetti di trasmissione complessi sul segnale trasmesso.
La figura 1 illustra il grafico dell'ampiezza rispetto alla distanza per i tipi di dissolvenza lenta e di dissolvenza rapida di cui parleremo più avanti.
Tipi in dissolvenza
Considerando i vari disturbi legati al canale e la posizione del trasmettitore/ricevitore successivo, ci sono i tipi di sbiadimento nel sistema di comunicazione wireless.
➤ Dissolvenza su larga scala: include perdita di percorso ed effetti di ombra.
➤ Dissolvenza su piccola scala: è diviso in due categorie principali, vale a dire. diffusione del ritardo multipercorso e diffusione doppler. La diffusione del ritardo multipercorso è ulteriormente suddivisa in fading piatto e fading selettivo in frequenza. La diffusione Doppler è divisa in dissolvenza rapida e dissolvenza lenta.
➤Modelli in dissolvenza: i tipi di dissolvenza sopra indicati sono implementati in vari modelli o distribuzioni che includono Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull ecc.
Come sappiamo, i segnali sbiaditi si verificano a causa di riflessioni dal suolo e dagli edifici circostanti, nonché segnali sparsi da alberi, persone e torri presenti nell'ampia area. Esistono due tipi di sbiadimento, vale a dire. sbiadimento su larga scala e sbiadimento su piccola scala.
1.) Sbiadimento su larga scala
Lo sbiadimento su larga scala si verifica quando un ostacolo si frappone tra trasmettitore e ricevitore. Questo tipo di interferenza provoca una significativa riduzione della potenza del segnale. Questo perché l'onda EM è oscurata o bloccata dall'ostacolo. È legato a grandi fluttuazioni del segnale sulla distanza.
1.a) Perdita del percorso
La perdita del percorso dello spazio libero può essere espressa come segue.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Dove,
Pt = Potenza di trasmissione
Pr = Riceve potenza
λ = lunghezza d'onda
d = distanza tra l'antenna trasmittente e quella ricevente
c = velocità della luce cioè 3 x 108
Dall'equazione implica che il segnale trasmesso si attenua con la distanza poiché il segnale viene diffuso su un'area sempre più ampia dall'estremità di trasmissione verso l'estremità di ricezione.
1.b) Effetto ombreggiante
• Si osserva nella comunicazione wireless. L'ombreggiamento è la deviazione della potenza ricevuta del segnale EM dal valore medio.
• È il risultato di ostacoli sul percorso tra trasmettitore e ricevitore.
• Dipende dalla posizione geografica e dalla frequenza radio delle onde EM (elettromagnetiche).
2. Scolorimento su piccola scala
L'attenuazione su piccola scala riguarda le rapide fluttuazioni della potenza del segnale ricevuto su distanze molto brevi e periodi di tempo brevi.
Basato sudiffusione del ritardo multipercorsoci sono due tipi di sbiadimento su piccola scala, vale a dire. sbiadimento piatto e sbiadimento selettivo in frequenza. Questi tipi di dissolvenza multipath dipendono dall'ambiente di propagazione.
2.a) Scolorimento piatto
Si dice che il canale wireless sia in dissolvenza piatta se ha un guadagno costante e una risposta di fase lineare su una larghezza di banda maggiore della larghezza di banda del segnale trasmesso.
In questo tipo di attenuazione tutte le componenti di frequenza del segnale ricevuto fluttuano simultaneamente nelle stesse proporzioni. È noto anche come sbiadimento non selettivo.
• BW segnale << BW canale
• Periodo del simbolo >> Diffusione del ritardo
L'effetto dello sbiadimento piatto è visto come una diminuzione dell'SNR. Questi canali a dissolvenza piatta sono noti come canali ad ampiezza variabile o canali a banda stretta.
2.b) Fading selettivo in frequenza
Colpisce diverse componenti spettrali di un segnale radio con ampiezze diverse. Da qui il nome sbiadimento selettivo.
• BW segnale > BW canale
• Periodo del simbolo < Delay Spread
Basato sudiffusione dopplerci sono due tipi di sbiadimento, vale a dire. sbiadimento veloce e sbiadimento lento. Questi tipi di attenuazione della diffusione Doppler dipendono dalla velocità del cellulare, ovvero dalla velocità del ricevitore rispetto al trasmettitore.
2.c) Scolorimento rapido
Il fenomeno del fast fading è rappresentato da rapide fluttuazioni del segnale su piccole aree (es. larghezza di banda). Quando i segnali arrivano da tutte le direzioni del piano, si osserverà una rapida dissolvenza per tutte le direzioni di movimento.
La dissolvenza rapida si verifica quando la risposta all'impulso del canale cambia molto rapidamente all'interno della durata del simbolo.
• Elevata diffusione Doppler
• Periodo del simbolo > Tempo di coerenza
• Variazione del segnale < Variazione del canale
Questi parametri provocano la dispersione della frequenza o l'attenuazione selettiva del tempo dovuta alla diffusione del doppler. Lo sbiadimento rapido è il risultato dei riflessi degli oggetti locali e del movimento degli oggetti rispetto a tali oggetti.
Nella dissolvenza rapida, il segnale ricevuto è la somma di numerosi segnali riflessi da varie superfici. Questo segnale è la somma o la differenza di più segnali che possono essere costruttivi o distruttivi in base al relativo sfasamento tra di loro. Le relazioni di fase dipendono dalla velocità del movimento, dalla frequenza di trasmissione e dalle relative lunghezze del percorso.
Lo sbiadimento rapido distorce la forma dell'impulso in banda base. Questa distorsione è lineare e creaISI(Interferenza tra simboli). L'equalizzazione adattiva riduce l'ISI rimuovendo la distorsione lineare indotta dal canale.
2.d) Scolorimento lento
Lo sbiadimento lento è il risultato dell'ombra causata da edifici, colline, montagne e altri oggetti sul percorso.
• Bassa diffusione Doppler
• Periodo del simbolo <
• Variazione del segnale >> Variazione del canale
Implementazione di modelli Fading o distribuzioni fading
Le implementazioni di modelli di dissolvenza o distribuzioni di dissolvenza includono dissolvenza di Rayleigh, dissolvenza di Rician, dissolvenza di Nakagami e dissolvenza di Weibull. Queste distribuzioni o modelli di canali sono progettati per incorporare l'attenuazione nel segnale dei dati in banda base secondo i requisiti del profilo di attenuazione.
Rayleigh sta svanendo
• Nel modello Rayleigh, tra trasmettitore e ricevitore vengono simulati solo i componenti Non Line of Sight (NLOS). Si presuppone che non esista alcun percorso LOS tra trasmettitore e ricevitore.
• MATLAB fornisce la funzione "rayleighchan" per simulare il modello del canale di Rayleigh.
• Il potere è distribuito in modo esponenziale.
• La fase è uniformemente distribuita e indipendente dall'ampiezza. È il tipo di Fading più utilizzato nella comunicazione wireless.
Svanimento del Riciano
• Nel modello Rician, tra trasmettitore e ricevitore vengono simulati sia i componenti della linea di vista (LOS) che quelli non della linea di vista (NLOS).
• MATLAB fornisce la funzione "ricianchan" per simulare il modello del canale rician.
Nakagami sta svanendo
Il canale di fadding Nakagami è un modello statistico utilizzato per descrivere i canali di comunicazione wireless in cui il segnale ricevuto subisce il multipath fading. Rappresenta ambienti con sbiadimento da moderato a grave come aree urbane o suburbane. La seguente equazione può essere utilizzata per simulare il modello del canale di dissolvenza Nakagami.
• In questo caso denotiamo h = r*ejΦe l'angolo Φ è distribuito uniformemente su [-π, π]
• Si assume che le variabili r e Φ siano mutuamente indipendenti.
• Il pdf di Nakagami è espresso come sopra.
• Nel pdf di Nakagami, 2σ2= E{r2}, Γ(.) è la funzione Gamma e k >= (1/2) è la cifra in dissolvenza (gradi di libertà relativi al numero di variabili casuali di Gaussion aggiunte).
• È stato originariamente sviluppato empiricamente sulla base di misurazioni.
• La potenza di ricezione istantanea è distribuita in Gamma. • Con k = 1 Rayleigh = Nakagami
Weibull sta svanendo
Questo canale è un altro modello statistico utilizzato per descrivere il canale di comunicazione wireless. Il canale di sbiadimento Weibull è comunemente utilizzato per rappresentare ambienti con vari tipi di condizioni di sbiadimento, inclusi sbiadimenti deboli e gravi.
Dove,
2σ2= E{r2}
• La distribuzione di Weibull rappresenta un'altra generalizzazione della distribuzione di Rayleigh.
• Quando X e Y sono variabili gaussiane a media nulla, l'inviluppo di R = (X2+Y2)1/2è distribuito Rayleigh. • Comunque l'inviluppo è definito R = (X2+Y2)1/2, e il pdf corrispondente (profilo di distribuzione dell'energia) è distribuito Weibull.
• La seguente equazione può essere utilizzata per simulare il modello di dissolvenza Weibull.
In questa pagina abbiamo esaminato vari argomenti sul fading, ad esempio cos'è il canale in dissolvenza, i suoi tipi, i modelli di dissolvenza, le loro applicazioni, funzioni e così via. È possibile utilizzare le informazioni fornite in questa pagina per confrontare e ricavare la differenza tra sbiadimento su piccola scala e sbiadimento su larga scala, differenza tra sbiadimento piatto e sbiadimento selettivo in frequenza, differenza tra sbiadimento rapido e sbiadimento lento, differenza tra sbiadimento Rayleigh e sbiadimento Rician e Presto.
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Orario di pubblicazione: 14 agosto 2023
