Esta páxina describe os conceptos básicos do desvanecemento e os tipos de desvanecemento na comunicación sen fíos.Os tipos de desvanecemento divídense en esvaecemento a gran escala e esvaecemento a pequena escala (dispersión de retardo multitraxecto e propagación doppler).
O desvanecemento plano e o esvaecemento de selección de frecuencia forman parte do desvanecemento multitraxecto, mentres que o desvanecemento rápido e o desvanecemento lento forman parte do desvanecemento doppler.Estes tipos de desvanecemento implícanse segundo as distribucións ou modelos de Rayleigh, Rician, Nakagami e Weibull.
Introdución:
Como sabemos, o sistema de comunicación sen fíos consiste en transmisor e receptor.O camiño do transmisor ao receptor non é suave e o sinal transmitido pode pasar por varios tipos de atenuación, incluíndo a perda de camiño, a atenuación de múltiples camiños, etc. A atenuación do sinal a través do camiño depende de varios factores.Son tempo, radiofrecuencia e camiño ou posición do transmisor/receptor.A canle entre o transmisor e o receptor pode variar no tempo ou fixarse dependendo de se o transmisor/receptor está fixo ou se move un respecto ao outro.
Que é esvaecer?
A variación temporal da potencia do sinal recibida debido a cambios no medio ou camiños de transmisión coñécese como desvanecemento.O desvanecemento depende de varios factores, como se mencionou anteriormente.En escenarios fixos, o desvanecemento depende das condicións atmosféricas, como choivas, raios, etc. En escenarios móbiles, o esvaecemento depende de obstáculos no camiño que varían segundo o tempo.Estes obstáculos crean efectos de transmisión complexos para o sinal transmitido.
A figura 1 representa un gráfico de amplitude fronte a distancia para tipos de desvanecemento lento e desvanecemento rápido que comentaremos máis adiante.
Tipos de desvanecemento
Considerando varias deficiencias relacionadas coa canle e a posición do transmisor/receptor, os tipos de desvanecemento do sistema de comunicación sen fíos son os seguintes.
➤ Esvaecemento a gran escala: inclúe efectos de perda de camiño e sombra.
➤ Esvaecemento a pequena escala: divídese en dúas categorías principais, a saber.propagación do retardo multitraxecto e propagación doppler.A propagación do retardo multitraxecto divídese ademais en desvanecemento plano e esvaecemento selectivo de frecuencia.A propagación Doppler divídese en desvanecemento rápido e esvaecemento lento.
➤Modelos de desvanecemento: os tipos de desvanecemento anteriores implícanse en varios modelos ou distribucións que inclúen Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull, etc.
Como sabemos, os sinais de desvanecemento prodúcense debido aos reflexos do chan e dos edificios circundantes, así como dos sinais dispersos de árbores, persoas e torres presentes na gran área.Hai dous tipos de esvaecemento, a saber.esvaecemento a gran escala e esvaecemento a pequena escala.
1.) Esvaecemento a gran escala
O desvanecemento a gran escala prodúcese cando un obstáculo entra 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 está ensombrecida ou bloqueada polo obstáculo.Está relacionado con grandes flutuacións do sinal ao longo da distancia.
1.a) Perda do camiño
A perda do camiño 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 = Recibir potencia
λ = lonxitude de onda
d = distancia entre a antena emisora e a receptora
c = velocidade da luz é dicir 3 x 108
A partir da ecuación implica que o sinal transmitido se atenúa á distancia a medida que o sinal se estende por unha área cada vez maior dende o extremo de transmisión ata o extremo de recepción.
1.b) Efecto de sombra
• 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 esvaecemento a pequena escala preocúpase das flutuacións rápidas da intensidade do sinal recibido a unha distancia moi curta e un período de tempo curto.
Baseado enpropagación do retardo de varias rutashai dous tipos de esvaecemento a pequena escala, a saber.desvanecemento plano e desvanecemento selectivo de frecuencia.Estes tipos de esvaecemento de rutas múltiples dependen do ambiente de propagación.
2.a) Esvaecemento plano
Dise que a canle sen fíos é un esvaecemento plano se ten unha ganancia constante e unha resposta de fase lineal nun ancho de banda que é maior que o ancho de banda do sinal transmitido.
Neste tipo de desvanecemento todos os compoñentes de frecuencia do sinal recibido fluctúan simultaneamente nas mesmas proporcións.Tamén se coñece como desvanecemento non selectivo.
• Sinal BW << Canle BW
• Período de símbolo >> Retraso de propagación
O efecto do desvanecemento plano vese como unha diminución da SNR.Estas canles de esvaecemento plano coñécense como canles de amplitude variable ou canles 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.
• Sinal BW > Canle BW
• Período de símbolo < Delay Spread
Baseado enpropagación dopplerhai dous tipos de esvaecemento, a saber.desvanecemento rápido e desvanecemento lento.Estes tipos de desvanecemento de propagación doppler dependen da velocidade do móbil, é dicir, da velocidade do receptor con respecto ao transmisor.
2.c) Esvaecemento rápido
O fenómeno de desvanecemento rápido está representado por flutuacións rápidas do sinal en áreas pequenas (é dicir, ancho de banda).Cando os sinais chegan de todas as direccións do avión, observarase un desvanecemento rápido en todas as direccións de movemento.
O desvanecemento rápido ocorre cando a resposta ao impulso da canle cambia moi rapidamente dentro da duración do símbolo.
• Alta propagación doppler
• Período de símbolo > Tempo de coherencia
• Variación do sinal < Variación da canle
Estes parámetros dan lugar a dispersión de frecuencia ou esvaecemento selectivo no tempo debido á propagación doppler.O desvanecemento rápido é o resultado das reflexións dos 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, frecuencia de transmisión e lonxitudes relativas do camiño.
O desvanecemento rápido distorsiona a forma do pulso da banda base.Esta distorsión é lineal e creaISI(Interferencia entre símbolos).A ecualización adaptativa reduce ISI eliminando a distorsión lineal inducida pola canle.
2.d) Esvaecemento lento
O desvanecemento lento é o resultado da sombra de edificios, outeiros, montañas e outros obxectos sobre o camiño.
• Baixa propagación Doppler
• Símbolo período <
• Variación de sinal >> Variación de canle
Implantación de modelos de fading ou distribucións de fading
As implementacións de modelos de desvanecemento ou distribucións de esvaecemento inclúen o esvaecemento de Rayleigh, o esvaecemento de Rician, o esvaecemento de Nakagami e o esvaecemento de Weibull.Estas distribucións ou modelos de canles están deseñados para incorporar o esvaecemento no sinal de datos de banda base segundo os requisitos do perfil de esvaecemento.
Rayleigh esvaecendo
• No modelo de Rayleigh, só se simulan compoñentes sen liña de visión (NLOS) entre o transmisor e o receptor.Suponse que non existe un camiño LOS entre o transmisor e o receptor.
• MATLAB proporciona a función "rayleighchan" para simular o modelo da canle de rayleigh.
• A potencia distribúese exponencialmente.
• A fase distribúese uniformemente e independente da amplitude.É o tipo de Fading máis utilizado na comunicación sen fíos.
Esvaecemento riciano
• No modelo rician, tanto os compoñentes de Line of Sight (LOS) como os non Line of Sight (NLOS) son simulados entre o transmisor e o receptor.
• MATLAB proporciona a función "ricianchan" para simular o modelo da canle rician.
Nakagami desaparecendo
A canle de desvanecemento de Nakagami é un modelo estatístico usado para describir as canles de comunicación sen fíos nos que o sinal recibido sofre un esvaecemento de rutas múltiples.Representa ambientes con desvanecemento moderado a severo, como áreas urbanas ou suburbanas.A seguinte ecuación pódese usar para simular o modelo de canle de desvanecemento de Nakagami.
• Neste caso denotamos h = r*ejΦe o ángulo Φ distribúese uniformemente en [-π, π]
• Suponse que a variable r e Φ son mutuamente independentes.
• O pdf de Nakagami exprésase como 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 de Gaussion engadidas).
• Orixinalmente desenvolveuse empiricamente a partir de medicións.
• A potencia de recepción instantánea distribúese Gamma.• Con k = 1 Rayleigh = Nakagami
Weibull desaparecendo
Esta canle é outro modelo estatístico usado para describir a canle de comunicación sen fíos.A canle de desvanecemento de Weibull úsase habitualmente para representar ambientes con varios tipos de condicións de desvanecemento, incluíndo un esvaecemento débil e severo.
Onde,
2σ2= E{r2}
• A distribución de Weibull representa outra xeneralización da distribución de Rayleigh.
• Cando X e Y son variables gaussianas iid cero, a envolvente de R = (X2+ Y2)1/2distribúese Rayleigh.• Non obstante, o sobre está definido R = (X2+ Y2)1/2, e o correspondente pdf (perfil de distribución de enerxía) é distribuído por Weibull.
• A seguinte ecuación pódese usar para simular o modelo de desvanecemento de Weibull.
Nesta páxina pasamos por varios temas sobre o esvaecemento como o que é a canle de esvaecemento, os seus tipos, os modelos de esvaecemento, as súas aplicacións, funcións, etc.Pódese utilizar a información proporcionada nesta páxina para comparar e derivar diferenzas entre o esvaecemento a pequena escala e o esvaecemento a gran escala, a diferenza entre o esvaecemento plano e o esvaecemento selectivo de frecuencia, a diferenza entre o esvaecemento rápido e o esvaecemento lento, a diferenza entre o esvaecemento de rayleigh e o esvaecemento de rician e así por diante.
E-mail:info@rf-miso.com
Teléfono: 0086-028-82695327
Páxina web: www.rf-miso.com
Hora de publicación: 14-Ago-2023
