Khái niệm cơ bản về Fading và các loại Fading trong truyền thông không dây

Xem xét các suy giảm khác nhau liên quan đến kênh và vị trí của máy phát/máy thu sau đây là các loại suy giảm tín hiệu trong hệ thống truyền thông không dây.
➤Fading quy mô lớn: Nó bao gồm các hiệu ứng mất đường dẫn và tạo bóng.
➤Fading ở quy mô nhỏ: Nó được chia thành hai loại chính là. trải trễ đa đường và trải doppler. Trải trễ đa đường còn được chia thành pha đinh phẳng và pha đinh chọn lọc tần số. Trải Doppler được chia thành Fading nhanh và Fading chậm.
➤Mô hình mờ dần: Các loại mờ dần trên được triển khai theo nhiều mô hình hoặc phân phối khác nhau bao gồm Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull, v.v.

Như chúng ta đã biết, tín hiệu mờ dần xảy ra do sự phản xạ từ mặt đất và các tòa nhà xung quanh cũng như tín hiệu tán xạ từ cây cối, con người và các tòa tháp hiện diện trong một khu vực rộng lớn. Có hai loại mờ dần tức là. Fading quy mô lớn và Fading quy mô nhỏ.

1.) Làm mờ quy mô lớn

Fading quy mô lớn xảy ra khi có vật cản giữa máy phát và máy thu. Loại nhiễu này làm giảm cường độ tín hiệu đáng kể. Điều này là do sóng EM bị che khuất hoặc bị chặn bởi chướng ngại vật. Nó liên quan đến sự biến động lớn của tín hiệu theo khoảng cách.

1.a) Suy hao đường truyền

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

Từ phương trình, nó ngụ ý rằng tín hiệu truyền bị suy giảm theo khoảng cách khi tín hiệu được trải rộng trên diện tích ngày càng lớn hơn từ đầu phát đến đầu thu.

1.b) Hiệu ứng đổ bóng

• Nó được quan sát thấy trong giao tiếp không dây. Bóng mờ là độ lệch công suất thu của tín hiệu EM so với giá trị trung bình.
• Đó là kết quả của các chướng ngại vật trên đường truyền 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. Làm mờ quy mô nhỏ

Fading quy mô nhỏ liên quan đến sự dao động nhanh chóng của cường độ tín hiệu thu được trong khoảng cách rất ngắn và khoảng thời gian ngắn.

Dựa trêntrải trễ đa đườngcó hai loại viz quy mô nhỏ mờ dần. Fading phẳng và Fading chọn lọc tần số. Các loại pha đinh đa đường này phụ thuộc vào môi trường truyền sóng.

2.a) Phai phẳng

Kênh không dây được cho là pha đinh 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 kiểu Fading này, tất cả các thành phần tần số của tín hiệu thu đều dao động đồng thời theo cùng một tỷ lệ. Nó còn được gọi là phai màu không chọn lọc.

• Tín hiệu BW << Kênh BW
• Chu kỳ ký hiệu >> Trải trễ

Ảnh hưởng của pha đinh phẳng được coi là sự giảm SNR. Các kênh Fading phẳng này được gọi là kênh thay đổi biên độ hoặc kênh băng hẹp.

2.b) Pha đinh chọn lọc tần số

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

• BW tín hiệu > BW kênh
• Chu kỳ ký hiệu < Độ trễ trải rộng

Dựa trêndoppler lây lancó hai loại mờ dần viz. phai nhanh và phai chậm. Các loại mờ dần lan truyền doppler này phụ thuộc vào tốc độ di động, tức là tốc độ của máy thu đối với máy phát.

2.c) Phai dần nhanh

Hiện tượng Fading nhanh được thể hiện bằng sự biến động nhanh của tín hiệu trên các vùng nhỏ (tức là băng thông). Khi tín hiệu đến từ tất cả các hướng trong mặt phẳng, sự mờ dần nhanh sẽ được quan sát thấy đối với mọi hướng chuyển động.

Fading nhanh xảy ra khi đáp ứng xung của kênh thay đổi rất nhanh trong khoảng thời gian ký hiệu.

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

Tham số này dẫn đến tán sắc tần số hoặc pha đinh chọn lọc thời gian do trải phổ doppler. Fading 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 pha đinh nhanh, tín hiệu thu là tổng của nhiều tín hiệu được phản xạ từ các bề mặt khác nhau. Tín hiệu này là tổng hoặc hiệu của nhiều tín hiệu có thể mang tính tăng cường hoặc triệt tiêu dựa trên sự dịch pha tương đối giữa chúng. Mối quan hệ pha phụ thuộc vào tốc độ chuyển động, tần số truyền và độ dài đường đi tương đối.

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

2.d) Phai dần chậm

Sự mờ dần chậm là kết quả của việc bị các tòa nhà, đồi, núi và các vật thể khác che khuất trên đường đi.

• Độ trải Doppler thấp
• Chu kỳ ký hiệu <
• Biến đổi tín hiệu >> Biến đổi kênh

Triển khai các mô hình Fading hoặc phân phối Fading

Việc triển khai các mô hình Fading hoặc phân bố Fading bao gồm Fading Rayleigh, Fading Rician, Fading Nakagami và Fading Weibull. Các mô hình hoặc phân bố kênh này được thiết kế để kết hợp pha đinh trong tín hiệu dữ liệu băng cơ sở theo các yêu cầu về cấu hình pha đinh.

Rayleigh mờ dần

• Trong mô hình Rayleigh, chỉ các thành phần Không theo đường ngắm (NLOS) được mô phỏng giữa máy phát và máy thu. Giả định rằng không có đường dẫn LOS nào tồn tại giữa máy phát và máy thu.
• MATLAB cung cấp chức năng "rayleighchan" để mô phỏng mô hình kênh rayleigh.
• Quyền lực được phân bổ theo cấp số nhân.
• Pha được phân bố đều và không phụ thuộc vào biên độ. Đây là loại Fading được sử dụng nhiều nhất trong giao tiếp không dây.

Rician mờ dần

• Trong mô hình rician, cả hai thành phần Đường ngắm (LOS) và không Đường ngắm (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 đại diện cho các môi trường có độ mờ từ trung bình đến nặng như khu vực thành thị hoặc ngoại ô. Phương trình sau đây có thể được sử dụng để mô phỏng mô hình kênh Fading Nakagami.