Fading Cơ bản và các loại fading trong truyền thông không dây

Xem xét các khiếm khuyết liên quan đến kênh và vị trí của máy phát/máy thu, sau đây là các loại fading trong hệ thống truyền thông không dây.
➤Fading quy mô lớn: Bao gồm hiệu ứng mất đường truyền và đổ bóng.
➤Fading quy mô nhỏ: Nó được chia thành hai loại chính là lan truyền trễ đa đường và lan truyền Doppler. Lan truyền trễ đa đường được chia thành fading phẳng và fading chọn lọc tần số. Lan truyền Doppler được chia thành fading nhanh và fading chậm.
➤Các mô hình fading: Các loại fading trên được triển khai trong nhiều mô hình hoặc phân phối khác nhau bao gồm Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull, v.v.

Như chúng ta đã biết, tín hiệu fading xảy ra do phản xạ từ mặt đất và các tòa nhà xung quanh cũng như tín hiệu phân tán từ cây cối, con người và các tòa tháp có mặt trong khu vực rộng lớn. Có hai loại fading là fading quy mô lớn và fading quy mô nhỏ.

1.) Phai màu quy mô lớn

Sự suy giảm quy mô lớn xảy ra khi có vật cản giữa máy phát và máy thu. Kiểu nhiễu này gây ra sự suy giảm đáng kể cường độ tín hiệu. Điều này là do sóng điện từ bị che khuất hoặc bị vật cản chặn lại. Nó liên quan đến sự dao động lớn của tín hiệu theo khoảng cách.

1.a) Mất đường truyền

Suy hao đường truyền không gian tự do có thể được biểu thị như sau.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)²/ λ²} = (4*π*f*d)²/c²
Ở đâu,
Pt = Công suất truyền tải
Pr = Nhận điện
λ = bước sóng
d = khoảng cách giữa ăng ten phát và thu
c = tốc độ ánh sáng tức là 3 x 10⁸

Từ phương trình này, ta thấy rằng tín hiệu truyền đi bị suy giảm theo khoảng cách vì tín hiệu được truyền đi trên một diện tích ngày càng lớn từ đầu phát đến đầu thu.

1.b) Hiệu ứng đổ bóng

• Nó được quan sát thấy trong truyền thông không dây. Shadowing là độ lệch của công suất nhận được của tín hiệu EM so với giá trị trung bình.
• Là kết quả của những chướng ngại vật trên đường đi giữa máy phát và máy thu.
• Nó phụ thuộc vào vị trí địa lý cũng như tần số vô tuyến của sóng EM (Điện từ).

2. Phai màu quy mô nhỏ

Sự suy giảm tín hiệu ở quy mô nhỏ liên quan đến sự biến động nhanh chóng của cường độ tín hiệu nhận được trong khoảng cách rất ngắn và thời gian ngắn.

Dựa trênđộ trễ đa đường lan truyềnCó hai loại fading quy mô nhỏ là fading phẳng và fading chọn lọc tần số. Các loại fading đa đường này phụ thuộc vào môi trường truyền dẫn.

2.a) Phai phẳng

Kênh không dây được gọi là fading phẳng nếu nó có độ lợi không đổi và đáp ứng pha tuyến tính trên băng thông lớn hơn băng thông của tín hiệu được truyền.

Trong loại fading này, tất cả các thành phần tần số của tín hiệu nhận được dao động theo cùng một tỷ lệ cùng một lúc. Nó cũng được gọi là fading không chọn lọc.

• Tín hiệu BW << Kênh BW
• Biểu tượng chu kỳ >> Độ trễ lan truyền

Hiệu ứng fading phẳng được thấy là sự giảm SNR. Các kênh fading phẳng này được gọi là kênh thay đổi biên độ hoặc kênh băng hẹp.

2.b) Fading chọn lọc tần số

Nó ảnh hưởng đến các thành phần quang phổ khác nhau của tín hiệu vô tuyến với biên độ khác nhau. Do đó có tên là fading chọn lọc.

• Tín hiệu BW > Kênh BW
• Chu kỳ ký hiệu < Độ trễ lan truyền

Dựa trênlan truyền dopplerCó hai loại fading là fading nhanh và fading chậm. Các loại fading lan truyền Doppler này phụ thuộc vào tốc độ di động tức là tốc độ của máy thu so với máy phát.

2.c) Phai màu nhanh

Hiện tượng fading nhanh được biểu thị bằng sự dao động nhanh của tín hiệu trên các vùng nhỏ (tức là băng thông). Khi tín hiệu đến từ mọi hướng trên mặt phẳng, fading nhanh sẽ được quan sát thấy ở mọi hướng chuyển động.

Hiện tượng fading nhanh xảy ra khi đáp ứng xung của kênh thay đổi rất nhanh trong thời gian tồn tại của ký hiệu.

• Độ lan truyền Doppler cao
• Chu kỳ ký hiệu > Thời gian kết hợp
• Biến thiên tín hiệu < Biến thiên kênh

Các thông số này dẫn đến sự phân tán tần số hoặc sự phai màu chọn lọc theo thời gian do sự lan truyền Doppler. Sự phai màu nhanh là kết quả của sự phản xạ của các vật thể cục bộ và chuyển động của các vật thể so với các vật thể đó.

Trong fading nhanh, tín hiệu thu là tổng của nhiều tín hiệu được phản xạ từ nhiều bề mặt khác nhau. Tín hiệu này là tổng hoặc hiệu của nhiều tín hiệu có thể mang tính xây dựng hoặc phá hủy dựa trên độ lệch pha tương đối giữa chúng. Mối quan hệ pha phụ thuộc vào tốc độ chuyển động, tần số truyền và độ dài đường truyền tương đối.

Sự phai nhanh làm biến dạng hình dạng của xung băng tần cơ sở. Sự biến dạng này là tuyến tính và tạo raISI(Nhiễu giữa các ký hiệu). Cân bằng thích ứng làm giảm ISI bằng cách loại bỏ độ méo tuyến tính do kênh gây ra.

2.d) Mờ dần

Sự mờ dần chậm là kết quả của bóng đổ từ các tòa nhà, đồi, núi và các vật thể khác trên đường đi.

• Độ lan truyền Doppler thấp
• Ký hiệu giai đoạn <
• Biến thiên tín hiệu >> Biến thiên kênh

Triển khai các mô hình Fading hoặc phân phối Fading

Các triển khai mô hình fading hoặc phân phối fading bao gồm fading Rayleigh, fading Rician, fading Nakagami và fading Weibull. Các phân phối hoặc mô hình kênh này được thiết kế để kết hợp fading trong tín hiệu dữ liệu băng tần cơ sở theo yêu cầu của hồ sơ fading.

Rayleigh mờ dần

• Trong mô hình Rayleigh, chỉ có các thành phần Non Line of Sight (NLOS) được mô phỏng giữa máy phát và máy thu. Giả sử không có đường dẫn LOS nào tồn tại giữa máy phát và máy thu.
• MATLAB cung cấp hàm "rayleighchan" để mô phỏng mô hình kênh rayleigh.
• Công suất được phân bố theo cấp số nhân.
• Pha được phân bố đồng đều và không phụ thuộc vào biên độ. Đây là loại Fading được sử dụng nhiều nhất trong truyền thông không dây.

Rician mờ dần

• Trong mô hình Rician, cả thành phần trong tầm nhìn (LOS) và không trong tầm nhìn (NLOS) đều được mô phỏng giữa máy phát và máy thu.
• MATLAB cung cấp hàm "ricianchan" để mô phỏng mô hình kênh rician.

Nakagami mờ dần

Kênh Fadding Nakagami là một mô hình thống kê được sử dụng để mô tả các kênh truyền thông không dây trong đó tín hiệu nhận được trải qua fading đa đường. Nó biểu thị các môi trường có fading trung bình đến nghiêm trọng như khu vực thành thị hoặc ngoại ô. Có thể sử dụng phương trình sau để mô phỏng mô hình kênh fading Nakagami.