Osnove fedinga i vrste fedinga u bežičnoj komunikaciji

Uzimajući u obzir različita oštećenja povezana s kanalom i položaj odašiljača/prijemnika, sljedeće su vrste fedinga u bežičnom komunikacijskom sustavu.
➤ Large Scale Fading: uključuje efekte gubitka putanje i zasjenjenja.
➤Small Scale Fading: Podijeljen je u dvije glavne kategorije, tj. višestazno širenje kašnjenja i doplerovo širenje. Širenje višestaznog kašnjenja dalje se dijeli na ravno feding i frekvencijski selektivni feding. Dopplersko širenje dijeli se na brzo i sporo nestajanje.
➤Fading modeli: Gore navedene vrste fadinga implementirane su u različite modele ili distribucije koje uključuju Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull itd.

Kao što znamo, signali koji blijede javljaju se zbog refleksije od tla i okolnih zgrada, kao i zbog raspršenih signala od drveća, ljudi i tornjeva prisutnih u velikom području. Postoje dvije vrste blijeđenja, tj. fading u velikom mjerilu i fading u malom mjerilu.

1.) Large Scale Fading

Fading velikih razmjera događa se kada se prepreka nađe između odašiljača i prijamnika. Ova vrsta smetnje uzrokuje značajno smanjenje jačine signala. To je zato što je EM val zasjenjen ili blokiran preprekom. Povezan je s velikim fluktuacijama signala na udaljenosti.

1.a) Gubitak putanje

Gubitak putanje slobodnog prostora može se izraziti na sljedeći način.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)²/ λ²} = (4*π*f*d)²/c²
Gdje,
Pt = Snaga prijenosa
Pr = Primanje snage
λ = valna duljina
d = udaljenost između odašiljačke i prijamne antene
c = brzina svjetlosti tj. 3 x 10⁸

Iz jednadžbe to implicira da odaslani signal slabi s udaljenošću kako se signal širi preko sve većeg područja od odašiljačkog kraja prema prijemnom kraju.

1.b) Efekt zasjenjenja

• Primjećuje se u bežičnoj komunikaciji. Zasjenjenje je odstupanje primljene snage EM signala od prosječne vrijednosti.
• To je rezultat prepreka na putu između odašiljača i prijamnika.
• Ovisi o zemljopisnom položaju kao io radiofrekvenciji EM (elektromagnetskih) valova.

2. Malo blijeđenje

Fading malog razmjera odnosi se na brze fluktuacije jačine primljenog signala na vrlo maloj udaljenosti i kratkom vremenskom razdoblju.

Na temeljuvišestazno kašnjenje širenjepostoje dvije vrste blijeđenja u malom mjerilu, tj. ravno feding i frekvencijski selektivni feding. Ovi tipovi višestaznog fedinga ovise o okruženju širenja.

2.a) Ravno blijeđenje

Kaže se da bežični kanal ima ravno slabljenje ako ima konstantno pojačanje i linearni fazni odziv preko propusnosti koja je veća od propusnosti odaslanog signala.

U ovoj vrsti slabljenja sve komponente frekvencije primljenog signala fluktuiraju u istim omjerima istovremeno. Također je poznato kao neselektivno blijeđenje.

• Signal BW << Kanal BW
• Razdoblje simbola >> Širenje kašnjenja

Učinak ravnog blijeđenja vidi se kao smanjenje SNR-a. Ovi kanali s ravnim fedingom poznati su kao kanali s promjenom amplitude ili uskopojasni kanali.

2.b) Frekvencijski selektivni feding

Utječe na različite spektralne komponente radio signala s različitim amplitudama. Otuda naziv selektivno blijeđenje.

• BW signala > BW kanala
• Razdoblje simbola < širenje kašnjenja

Na temeljudopplersko širenjepostoje dvije vrste blijeđenja, tj. brzo blijedi i sporo blijedi. Ovi tipovi fedinga dopplerskog širenja ovise o brzini mobilnog uređaja, tj. brzini prijamnika u odnosu na odašiljač.

2.c) Brzo blijeđenje

Fenomen brzog fedinga predstavljen je brzim fluktuacijama signala na malim područjima (tj. propusnosti). Kada signali stignu iz svih smjerova u ravnini, brzo feding će se primijetiti za sve smjerove kretanja.

Brzo nestajanje događa se kada se impulsni odziv kanala mijenja vrlo brzo unutar trajanja simbola.

• Visoko dopplersko širenje
• Razdoblje simbola > Vrijeme koherencije
• Varijacija signala < Varijacija kanala

Ovi parametri rezultiraju disperzijom frekvencije ili vremenski selektivnim fedingom zbog Dopplerovog širenja. Brzo blijeđenje rezultat je refleksije lokalnih objekata i gibanja objekata u odnosu na te objekte.

Kod brzog fedinga, prijemni signal je zbroj brojnih signala koji se reflektiraju od raznih površina. Ovaj signal je zbroj ili razlika više signala koji mogu biti konstruktivni ili destruktivni na temelju relativnog faznog pomaka između njih. Odnosi faza ovise o brzini gibanja, frekvenciji prijenosa i relativnim duljinama puta.

Brzo slabljenje iskrivljuje oblik pulsa osnovnog pojasa. Ova distorzija je linearna i stvaraISI(interferencija simbola). Adaptivno izjednačavanje smanjuje ISI uklanjanjem linearnog izobličenja izazvanog kanalom.

2.d) Sporo blijedi

Sporo blijeđenje rezultat je zasjenjenja zgrada, brda, planina i drugih objekata preko staze.

• Nisko Doppler širenje
• Razdoblje simbola <
• Varijacija signala >> Varijacija kanala

Implementacija Fading modela ili fading distribucija

Implementacije modela fedinga ili distribucija fedinga uključuju Rayleigh fading, Rician fading, Nakagami feding i Weibullov feding. Ove distribucije kanala ili modeli dizajnirani su za uključivanje fedinga u podatkovni signal osnovnog pojasa prema zahtjevima profila fedinga.

Rayleigh blijedi

• U Rayleigh modelu, samo komponente izvan linije vidljivosti (NLOS) simuliraju se između odašiljača i prijamnika. Pretpostavlja se da ne postoji LOS put između odašiljača i prijamnika.
• MATLAB nudi funkciju "rayleighchan" za simulaciju modela rayleigh kanala.
• Snaga je eksponencijalno raspoređena.
• Faza je jednoliko raspoređena i neovisna o amplitudi. To je najčešće korištena vrsta fadinga u bežičnoj komunikaciji.

Ricijansko blijeđenje

• U rician modelu, i Line of Sight (LOS) i non Line of Sight (NLOS) komponente simuliraju se između odašiljača i prijamnika.
• MATLAB nudi funkciju "ricianchan" za simulaciju modela rician kanala.

Nakagami blijedi

Nakagami feding kanal je statistički model koji se koristi za opisivanje bežičnih komunikacijskih kanala u kojima primljeni sgnal prolazi kroz višestazno feding. Predstavlja okruženja s umjerenim do jakim blijeđenjem, poput urbanih ili prigradskih područja. Sljedeća jednadžba može se upotrijebiti za simulaciju Nakagami modela kanala s fedingom.