Esta páxina describe os conceptos básicos do esvaecemento e os tipos de esvaecemento na comunicación sen fíos. Os tipos de esvaecemento divídense en esvaecemento a grande escala e esvaecemento a pequena escala (propagación de retardo multitraxectoria e propagación Doppler).
O esvaecemento plano e o esvaecemento por selección de frecuencia forman parte do esvaecemento por traxectorias múltiples, mentres que o esvaecemento rápido e o esvaecemento lento forman parte do esvaecemento por dispersión Doppler. Estes tipos de esvaecemento impleméntanse segundo as distribucións ou modelos de Rayleigh, Rician, Nakagami e Weibull.
Introdución:
Como sabemos, o sistema de comunicación sen fíos consta dun transmisor e un receptor. A ruta do transmisor ao receptor non é suave e o sinal transmitido pode sufrir varios tipos de atenuacións, como a perda de ruta, a atenuación por rutas múltiples, etc. A atenuación do sinal a través da ruta depende de varios factores. Estes son o tempo, a frecuencia de radio e a ruta ou posición do transmisor/receptor. A canle entre o transmisor e o receptor pode variar ou ser fixa no tempo dependendo de se o transmisor/receptor están fixos ou en movemento un con respecto ao outro.
Que é o esvaecemento?
A variación no tempo da potencia do sinal recibido debido a cambios no medio ou nas rutas de transmisión coñécese como esvaecemento. O esvaecemento depende de varios factores, como se mencionou anteriormente. Nun escenario fixo, o esvaecemento depende das condicións atmosféricas, como a choiva, os lóstregos, etc. Nun escenario móbil, o esvaecemento depende dos obstáculos na ruta, que varían co tempo. Estes obstáculos crean efectos de transmisión complexos para o sinal transmitido.
A figura 1 mostra o gráfico de amplitude fronte á distancia para os tipos de esvaecemento lento e esvaecemento rápido, que discutiremos máis adiante.
Tipos de esvaecemento
Os tipos de desvanecemento nos sistemas de comunicación sen fíos son os distintos tipos de deterioración relacionada cos canais e o seguimento da posición do transmisor/receptor.
➤Esvaecemento a grande escala: Inclúe perda de traxectoria e efectos de sombreado.
➤Desvanecemento a pequena escala: divídese en dúas categorías principais, a saber, a dispersión de retardo multitraxectoria e a dispersión Doppler. A dispersión de retardo multitraxectoria divídese ademais en desvanecemento plano e desvanecemento selectivo de frecuencia. A dispersión Doppler divídese en desvanecemento rápido e desvanecemento lento.
➤Modelos de esvaecemento: Os tipos de esvaecemento anteriores impleméntanse en varios modelos ou distribucións, como Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull, etc.
Como sabemos, os sinais de esvaecemento prodúcense debido ás reflexións do chan e dos edificios circundantes, así como aos sinais dispersos das árbores, as persoas e as torres presentes nunha área extensa. Hai dous tipos de esvaecemento, a saber, o esvaecemento a grande escala e o esvaecemento a pequena escala.
1.) Desvanecemento a grande escala
O desvanecemento a grande escala ocorre cando un obstáculo se interpón entre o transmisor e o receptor. Este tipo de interferencia provoca unha redución significativa da intensidade do sinal. Isto débese a que a onda EM é sombreada ou bloqueada polo obstáculo. Está relacionado con grandes flutuacións do sinal ao longo da distancia.
1.a) Perda de percorrido
A perda de percorrido no espazo libre pódese expresar do seguinte xeito.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Onde,
Pt = Potencia de transmisión
Pr = Potencia de recepción
λ = lonxitude de onda
d = distancia entre a antena transmisora e a receptora
c = velocidade da luz, é dicir, 3 x 108
Da ecuación deriva que o sinal transmitido se atenúa coa distancia a medida que o sinal se propaga por unha área cada vez maior desde o extremo transmisor cara ao extremo receptor.
1.b) Efecto de sombreado
• Obsérvase na comunicación sen fíos. O sombreado é a desviación da potencia recibida do sinal EM do valor medio.
• É o resultado de obstáculos no camiño entre o transmisor e o receptor.
• Depende da posición xeográfica así como da radiofrecuencia das ondas EM (electromagnéticas).
2. Esvaecemento a pequena escala
O desvanecemento a pequena escala preocúpase por flutuacións rápidas da intensidade do sinal recibido en distancias moi curtas e períodos de tempo moi curtos.
Baseado enpropagación de retardo por traxectorias múltiplesHai dous tipos de desvanecemento a pequena escala, é dicir, o desvanecemento plano e o desvanecemento selectivo en frecuencia. Estes tipos de desvanecemento por traxectorias múltiples dependen do ambiente de propagación.
2.a) Esvaecemento plano
Dise que unha canle sen fíos ten un desvanecemento plano se ten unha ganancia constante e unha resposta de fase lineal sobre un ancho de banda maior que o ancho de banda do sinal transmitido.
Neste tipo de esvaecemento, todos os compoñentes de frecuencia do sinal recibido flutúan nas mesmas proporcións simultaneamente. Tamén se coñece como esvaecemento non selectivo.
• Ancho de banda do sinal << Ancho de banda do canal
• Período de símbolos >> Propagación de retardo
O efecto do desvanecemento plano obsérvase como unha diminución da sinalización por ruído (SNR). Estes canais de desvanecemento plano coñécense como canais de amplitude variable ou canais de banda estreita.
2.b) Desvanecemento selectivo de frecuencia
Afecta a diferentes compoñentes espectrais dun sinal de radio con diferentes amplitudes. De aí o nome de desvanecemento selectivo.
• Ancho de banda do sinal > Ancho de banda do canal
• Período de símbolo < Propagación de retardo
Baseado endispersión DopplerHai dous tipos de desvanecemento, é dicir, o desvanecemento rápido e o desvanecemento lento. Estes tipos de desvanecemento por dispersión Doppler dependen da velocidade do móbil, é dicir, da velocidade do receptor con respecto ao transmisor.
2.c) Esvaecemento rápido
O fenómeno do esvaecemento rápido represéntase por flutuacións rápidas do sinal en áreas pequenas (é dicir, ancho de banda). Cando os sinais chegan de todas as direccións do plano, observarase un esvaecemento rápido en todas as direccións do movemento.
O esvaecemento rápido ocorre cando a resposta ao impulso do canal cambia moi rapidamente dentro da duración do símbolo.
• Alta dispersión Doppler
• Período de símbolo > Tempo de coherencia
• Variación do sinal < Variación do canal
Estes parámetros provocan unha dispersión de frecuencia ou un esvaecemento selectivo no tempo debido á dispersión Doppler. O esvaecemento rápido é o resultado das reflexións de obxectos locais e do movemento dos obxectos en relación con eses obxectos.
No esvaecemento rápido, o sinal de recepción é a suma de numerosos sinais que se reflicten desde varias superficies. Este sinal é a suma ou diferenza de varios sinais que poden ser construtivos ou destrutivos en función do cambio de fase relativo entre eles. As relacións de fase dependen da velocidade de movemento, da frecuencia de transmisión e das lonxitudes de percorrido relativas.
O desvanecemento rápido distorsiona a forma do pulso de banda base. Esta distorsión é lineal e creaISI(Interferencia entre símbolos). A ecualización adaptativa reduce a ISI ao eliminar a distorsión lineal inducida polo canal.
2.d) Esvaecemento lento
O esvaecemento lento é o resultado da sombra de edificios, outeiros, montañas e outros obxectos sobre o camiño.
• Dispersión Doppler baixa
• Período do símbolo <
• Variación do sinal >> Variación do canal
Implementación de modelos de esvaecemento ou distribucións de esvaecemento
As implementacións de modelos de desvanecemento ou distribucións de desvanecemento inclúen o desvanecemento de Rayleigh, o desvanecemento de Rician, o desvanecemento de Nakagami e o desvanecemento de Weibull. Estas distribucións ou modelos de canles están deseñados para incorporar o desvanecemento no sinal de datos de banda base segundo os requisitos do perfil de desvanecemento.
Esvaecemento de Rayleigh
• No modelo de Rayleigh, só se simulan compoñentes que non están en liña de visión (NLOS) entre o transmisor e o receptor. Asúmese que non existe unha ruta LOS entre o transmisor e o receptor.
• MATLAB proporciona a función "rayleighchan" para simular o modelo de canle de Rayleigh.
• A potencia distribúese exponencialmente.
• A fase está distribuída uniformemente e é independente da amplitude. É o tipo de desvanecemento máis empregado na comunicación sen fíos.
Esvaecemento de Rician
• No modelo riciano, simulanse tanto os compoñentes en liña de visión (LOS) como os que non están en liña de visión (NLOS) entre o transmisor e o receptor.
• MATLAB proporciona a función "ricianchan" para simular o modelo de canle rician.
Esvaecéndose de Nakagami
O canal de desvanecemento de Nakagami é un modelo estatístico empregado para describir os canais de comunicación sen fíos nos que o sinal recibido sofre un desvanecemento por traxectorias múltiples. Representa contornas con desvanecemento de moderado a severo, como zonas urbanas ou suburbanas. A seguinte ecuación pódese empregar para simular o modelo de canal de desvanecemento de Nakagami.
• Neste caso denotamos h = r*ejΦe o ángulo Φ está distribuído uniformemente en [-π, π]
• Asúmese que a variable r e Φ son mutuamente independentes.
• A PDF de Nakagami exprésase como se indicou anteriormente.
• No pdf de Nakagami, 2σ2= E{r2}, Γ(.) é a función gamma e k >= (1/2) é a figura de desvanecemento (graos de liberdade relacionados co número de variables aleatorias gaussianas engadidas).
• Foi desenvolvido orixinalmente de forma empírica baseándose en medicións.
• A potencia de recepción instantánea ten unha distribución gamma. • Con k = 1, Rayleigh = Nakagami
Desvanecemento de Weibull
Esta canle é outro modelo estatístico empregado para describir a canle de comunicación sen fíos. A canle de desvanecemento de Weibull úsase habitualmente para representar entornos con varios tipos de condicións de desvanecemento, incluíndo desvanecementos débiles e severos.
Onde,
2σ2= E{r2}
• A distribución de Weibull representa outra xeneralización da distribución de Rayleigh.
• Cando X e Y son variables gaussianas iid de media cero, a envolvente de R = (X2+ Y2)1/2está distribuída por Rayleigh. • Non obstante, a envolvente defínese R = (X2+ Y2)1/2e o perfil de distribución de enerxía (pdf) correspondente está distribuído por Weibull.
• A seguinte ecuación pódese empregar para simular o modelo de desvanecemento de Weibull.
Nesta páxina tratamos varios temas sobre o esvaecemento, como que é un canal de esvaecemento, os seus tipos, os modelos de esvaecemento, as súas aplicacións, funcións, etc. Pódese usar a información proporcionada nesta páxina para comparar e derivar a diferenza entre o esvaecemento a pequena escala e o esvaecemento a grande escala, a diferenza entre o esvaecemento plano e o esvaecemento selectivo en frecuencia, a diferenza entre o esvaecemento rápido e o esvaecemento lento, a diferenza entre o esvaecemento Rayleigh e o esvaecemento Riccian, etc.
E-mail:info@rf-miso.com
Teléfono: 0086-028-82695327
Sitio web: www.rf-miso.com
Data de publicación: 14 de agosto de 2023
