Hierdie bladsy beskryf die basiese beginsels van vervaag en tipes vervaag in draadlose kommunikasie. Die vervaagtipes word verdeel in grootskaalse vervaag en kleinskaalse vervaag (meerpadvertragingsverspreiding en dopplerverspreiding).
Plat vervaag en frekwensie-seleksie-vervaag is deel van multipad-vervaag, terwyl vinnige vervaag en stadige vervaag deel is van Doppler-spreidingsvervaag. Hierdie vervaagtipes word geïmplementeer volgens Rayleigh-, Rician-, Nakagami- en Weibull-verspreidings of -modelle.
Inleiding:
Soos ons weet, bestaan 'n draadlose kommunikasiestelsel uit 'n sender en 'n ontvanger. Die pad van die sender na die ontvanger is nie glad nie en die oorgedra sein kan deur verskeie soorte verswakkings gaan, insluitend padverlies, multipadverswakking, ens. Die seinverswakking deur die pad hang af van verskeie faktore. Dit is tyd, radiofrekwensie en die pad of posisie van die sender/ontvanger. Die kanaal tussen die sender en ontvanger kan tydveranderend of vas wees, afhangende van of die sender/ontvanger vas is of ten opsigte van mekaar beweeg.
Wat is besig om te vervaag?
Die tydvariasie van ontvangde seinkrag as gevolg van veranderinge in die transmissiemedium of -paaie staan bekend as vervaag. Vervaag hang af van verskeie faktore soos hierbo genoem. In 'n vaste scenario hang vervaag af van atmosferiese toestande soos reënval, weerlig, ens. In 'n mobiele scenario hang vervaag af van hindernisse op die pad wat wissel met betrekking tot tyd. Hierdie hindernisse skep komplekse transmissie-effekte vir die oorgedra sein.
Figuur 1 toon 'n amplitude-teenoor-afstandsgrafiek vir stadige en vinnige vervaagtipes, wat ons later sal bespreek.
Vervaagtipes
Met inagneming van verskeie kanaalverwante gestremdhede en die posisie van die sender/ontvanger, volg die volgende tipes vervaag in draadlose kommunikasiestelsels.
➤Grootskaalse Vervaag: Dit sluit padverlies en skadu-effekte in.
➤Kleinskaalse Vervaag: Dit word in twee hoofkategorieë verdeel, naamlik meerpadvertragingsverspreiding en Doppler-verspreiding. Die meerpadvertragingsverspreiding word verder verdeel in plat vervaag en frekwensie-selektiewe vervaag. Doppler-verspreiding word verdeel in vinnige vervaag en stadige vervaag.
➤Vervaagmodelle: Bogenoemde vervaagtipes word in verskeie modelle of verspreidings geïmplementeer, insluitend Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull, ens.
Soos ons weet, vind vervaagde seine plaas as gevolg van weerkaatsings vanaf die grond en omliggende geboue, sowel as verspreide seine van bome, mense en torings wat in die groot area teenwoordig is. Daar is twee tipes vervaag, naamlik grootskaalse vervaag en kleinskaalse vervaag.
1.) Grootskaalse Vervaaging
Grootskaalse vervaag vind plaas wanneer 'n hindernis tussen die sender en ontvanger inkom. Hierdie tipe interferensie veroorsaak 'n beduidende vermindering in seinsterkte. Dit is omdat die elektromagnetiese golf deur die hindernis oorskadu of geblokkeer word. Dit hou verband met groot fluktuasies van die sein oor afstand.
1.a) Padverlies
Die verlies aan vrye ruimtepad kan soos volg uitgedruk word.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Waar,
Pt = Oordragkrag
Pr = Ontvangskrag
λ = golflengte
d = afstand tussen sender- en ontvangantenne
c = spoed van lig, d.w.s. 3 x 108
Uit die vergelyking impliseer dit dat die gesende sein oor afstand verswak namate die sein oor 'n groter en groter area van die senderkant na die ontvangkant versprei word.
1.b) Skadu-effek
• Dit word waargeneem in draadlose kommunikasie. Skaduwing is die afwyking van die ontvangde krag van die EM-sein van die gemiddelde waarde.
• Dit is die gevolg van hindernisse op die pad tussen die sender en ontvanger.
• Dit hang af van geografiese ligging sowel as radiofrekwensie van EM (Elektromagnetiese) golwe.
2. Kleinskaalse Vervaaging
Kleinskaalse vervaaging het te doen met vinnige skommelinge van ontvangde seinsterkte oor baie kort afstande en kort tydperke.
Gebaseer opmeerpadvertragingsverspreidingDaar is twee tipes kleinskaalse vervaaging, naamlik plat vervaaging en frekwensie-selektiewe vervaaging. Hierdie veelpadvervaagtipes hang af van die voortplantingsomgewing.
2.a) Plat vervaag
Die draadlose kanaal word plat vervaag as dit konstante wins en lineêre faserespons oor 'n bandwydte het wat groter is as die bandwydte van die oorgedra sein.
In hierdie tipe vervaaging fluktueer al die frekwensiekomponente van die ontvangde sein gelyktydig in dieselfde verhoudings. Dit staan ook bekend as nie-selektiewe vervaaging.
• Sein BW << Kanaal BW
• Simboolperiode >> Vertragingsverspreiding
Die effek van plat vervaag word gesien as 'n afname in SNR. Hierdie plat vervaagkanale staan bekend as amplitude-variërende kanale of smalbandkanale.
2.b) Frekwensie Selektiewe vervaag
Dit beïnvloed verskillende spektrale komponente van 'n radiosein met verskillende amplitudes. Vandaar die naam selektiewe vervaag.
• Sein BW > Kanaal BW
• Simboolperiode < Vertragingsverspreiding
Gebaseer opdoppler-verspreidingDaar is twee tipes vervaag, naamlik vinnige vervaag en stadige vervaag. Hierdie Doppler-verspreiding-vervaagtipes hang af van die mobiele spoed, d.w.s. die spoed van die ontvanger ten opsigte van die sender.
2.c) Vinnige vervaag
Die verskynsel van vinnige vervaag word verteenwoordig deur vinnige fluktuasies van sein oor klein areas (d.w.s. bandwydte). Wanneer die seine uit alle rigtings in die vlak aankom, sal vinnige vervaag waargeneem word vir alle bewegingsrigtings.
Vinnige vervaag vind plaas wanneer die kanaalimpulsrespons baie vinnig verander binne die simboolduur.
• Hoë doppler-verspreiding
• Simboolperiode > Koherensietyd
• Seinvariasie < Kanaalvariasie
Hierdie parameters lei tot frekwensiedispersie of tydselektiewe vervaag as gevolg van Doppler-verspreiding. Vinnige vervaag is die gevolg van refleksies van plaaslike voorwerpe en beweging van voorwerpe relatief tot daardie voorwerpe.
In vinnige vervaag is die ontvangssein die som van talle seine wat van verskeie oppervlaktes gereflekteer word. Hierdie sein is die som of verskil van veelvuldige seine wat konstruktief of destruktief kan wees gebaseer op relatiewe faseverskuiwing tussen hulle. Faseverwantskappe hang af van bewegingspoed, transmissiefrekwensie en relatiewe padlengtes.
Vinnige vervaaging verdraai die vorm van die basisbandpuls. Hierdie vervorming is lineêr en skepISI(Intersimbool-interferensie). Aanpasbare gelykmaking verminder ISI deur lineêre vervorming wat deur die kanaal veroorsaak word, te verwyder.
2.d) Stadige vervaag
Stadige vervaaging is die gevolg van skaduwees deur geboue, heuwels, berge en ander voorwerpe oor die pad.
• Lae Doppler-verspreiding
• Simboolperiode <
• Seinvariasie >> Kanaalvariasie
Implementering van Vervaagmodelle of vervaagverspreidings
Implementerings van vervaagmodelle of vervaagverspreidings sluit in Rayleigh-vervaag, Riciaanse vervaag, Nakagami-vervaag en Weibull-vervaag. Hierdie kanaalverspreidings of modelle is ontwerp om vervaag in die basisbanddatasein in te sluit volgens die vereistes van die vervaagprofiel.
Rayleigh-vervaag
• In die Rayleigh-model word slegs Nie-Siglyn (NLOS) komponente tussen sender en ontvanger gesimuleer. Daar word aanvaar dat daar geen LOS-pad tussen sender en ontvanger bestaan nie.
• MATLAB verskaf die "rayleighchan"-funksie om die Rayleigh-kanaalmodel te simuleer.
• Die krag is eksponensieel versprei.
• Die fase is eenvormig versprei en onafhanklik van die amplitude. Dit is die mees gebruikte tipe vervaag in draadlose kommunikasie.
Ricaanse vervaag
• In die Amerikaanse model word beide siglyn (LOS) en nie-siglyn (NLOS) komponente tussen sender en ontvanger gesimuleer.
• MATLAB verskaf die "ricianchan"-funksie om die Riciaanse kanaalmodel te simuleer.
Nakagami vervaag
Nakagami-vervaagkanaal is 'n statistiese model wat gebruik word om draadlose kommunikasiekanale te beskryf waarin die ontvangde sein meerpadvervaaging ondergaan. Dit verteenwoordig omgewings met matige tot ernstige vervaaging soos stedelike of voorstedelike gebiede. Die volgende vergelyking kan gebruik word om die Nakagami-vervaagkanaalmodel te simuleer.
• In hierdie geval dui ons h = r*e aanjΦen hoek Φ is eenvormig versprei oor [-π, π]
• Die veranderlike r en Φ word as onderling onafhanklik aanvaar.
• Die Nakagami pdf word soos hierbo uitgedruk.
• In die Nakagami pdf, 2σ2= E{r2}, Γ(.) is die Gamma-funksie en k >= (1/2) is die vervaagsyfer (vryheidsgrade verwant aan die aantal bygevoegde Gaussion-stogastiese veranderlikes).
• Dit is oorspronklik empiries ontwikkel op grond van metings.
• Oombliklike ontvangskrag is gamma-versprei. • Met k = 1 Rayleigh = Nakagami
Weibull-vervaag
Hierdie kanaal is nog 'n statistiese model wat gebruik word om draadlose kommunikasiekanaal te beskryf. Die Weibull-vervaagkanaal word algemeen gebruik om omgewings met verskillende tipes vervaagtoestande voor te stel, insluitend beide swak en ernstige vervaag.
Waar,
2σ2= E{r2}
• Weibull-verspreiding verteenwoordig nog 'n veralgemening van die Rayleigh-verspreiding.
• Wanneer X en Y iid nul gemiddelde Gaussiese veranderlikes is, is die omhullende van R = (X2+ Y2)1/2is Rayleigh-versprei. • Omhullende word egter gedefinieer as R = (X2+ Y2)1/2, en die ooreenstemmende pdf (kragverspreidingsprofiel) is Weibull-versprei.
• Die volgende vergelyking kan gebruik word om die Weibull-vervaagmodel te simuleer.
Op hierdie bladsy het ons verskeie onderwerpe oor vervaag behandel, soos wat 'n vervaagkanaal is, die tipes daarvan, vervaagmodelle, hul toepassings, funksies, ensovoorts. 'n Mens kan die inligting op hierdie bladsy gebruik om die verskil tussen kleinskaalse vervaag en grootskaalse vervaag, die verskil tussen plat vervaag en frekwensie-selektiewe vervaag, die verskil tussen vinnige vervaag en stadige vervaag, die verskil tussen Rayleigh-vervaag en American-vervaag, ensovoorts, te vergelyk en af te lei.
E-mail:info@rf-miso.com
Telefoon: 0086-028-82695327
Webwerf: www.rf-miso.com
Plasingstyd: 14 Augustus 2023
