Questa pagina descrive i principii di basa di u Fading è i tipi di fading in a cumunicazione senza filu. I tipi di Fading sò divisi in fading à grande scala è fading à piccula scala (spread di ritardu multipath è spread doppler).
U fading pianu è u fading di selezzione di frequenza facenu parte di u fading multipath, mentre chì u fading veloce è u fading lentu facenu parte di u fading di diffusione doppler. Quessi tipi di fading sò implementati secondu e distribuzioni o mudelli Rayleigh, Rician, Nakagami è Weibull.
Introduzione:
Cum'è sapemu, u sistema di cumunicazione senza filu hè custituitu da un trasmettitore è un ricevitore. U percorsu da u trasmettitore à u ricevitore ùn hè micca lisciu è u signale trasmessu pò passà per diversi tipi d'attenuazioni, cumprese a perdita di percorsu, l'attenuazione multipath, ecc. L'attenuazione di u signale attraversu u percorsu dipende da diversi fattori. Quessi sò u tempu, a frequenza radio è u percorsu o a pusizione di u trasmettitore/ricevitore. U canale trà u trasmettitore è u ricevitore pò esse variabile in u tempu o fissu secondu s'ellu u trasmettitore/ricevitore hè fissu o in muvimentu l'unu rispettu à l'altru.
Chì hè u sbiadimentu ?
A variazione in u tempu di a putenza di u signale ricevutu per via di cambiamenti in u mezu o in i percorsi di trasmissione hè cunnisciuta cum'è fading. U fading dipende da diversi fattori cum'è mintuvatu sopra. In un scenariu fissu, u fading dipende da e cundizioni atmosferiche cum'è a pioggia, i lampi, ecc. In un scenariu mobile, u fading dipende da l'ostaculi annantu à u percorsu chì varianu in quantu à u tempu. Quessi ostaculi creanu effetti di trasmissione cumplessi à u signale trasmessu.
A figura 1 mostra u graficu di l'amplitude in funzione di a distanza per i tipi di sbiadimentu lentu è sbiadimentu veloce chì discuteremu più tardi.
Tipi di sbiadimentu
Cunsiderendu diversi impairments ligati à u canale è a pusizione di u trasmettitore/ricevitore chì seguita sò i tipi di fading in u sistema di cumunicazione wireless.
➤Sbiadimentu à grande scala: Include a perdita di percorsu è l'effetti d'ombra.
➤Sbiadimentu à piccula scala: Hè divisu in duie categurie principali, vale à dì a diffusione di ritardu multipath è a diffusione doppler. A diffusione di ritardu multipath hè ancu divisa in sbiadimentu pianu è sbiadimentu selettivu di frequenza. A diffusione Doppler hè divisa in sbiadimentu veloce è sbiadimentu lentu.
➤Modelli di fading: I tipi di fading sopra sò implementati in vari mudelli o distribuzioni chì includenu Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull ecc.
Cum'è sapemu, i signali di fading si verificanu per via di riflessioni da a terra è da l'edificii circustanti, è ancu da signali spargugliati da l'arburi, e persone è e torri presenti in a grande area. Ci sò dui tipi di fading, vale à dì fading à grande scala è fading à piccula scala.
1.) Sbiadimentu à grande scala
Un sbiadimentu à grande scala si verifica quandu un ostaculu si trova trà u trasmettitore è u ricevitore. Stu tipu d'interferenza provoca una riduzione significativa di a forza di u signale. Questu hè perchè l'onda EM hè ombreggiata o bluccata da l'ostaculu. Hè ligata à grandi fluttuazioni di u signale nantu à a distanza.
1.a) Perdita di percorsu
A perdita di percorsu in u spaziu liberu pò esse espressa cusì.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Induve,
Pt = Putenza di trasmissione
Pr = Riceve putenza
λ = lunghezza d'onda
d = distanza trà l'antenna trasmittente è ricevente
c = velocità di a luce vale à dì 3 x 108
Da l'equazione implica chì u signale trasmessu s'attenua cù a distanza mentre u signale si sparghje nantu à una zona sempre più grande da l'estremità di trasmissione versu l'estremità di ricezione.
1.b) Effettu d'ombra
• S'osserva in a cumunicazione senza filu. L'ombra hè a deviazione di a putenza ricevuta di u signale EM da u valore mediu.
• Hè u risultatu di ostaculi annantu à u percorsu trà u trasmettitore è u ricevitore.
• Dipende da a pusizione geografica è ancu da a frequenza radio di l'onde EM (elettromagnetiche).
2. Sbiadimentu à piccula scala
U sbiadimentu à piccula scala si tratta di fluttuazioni rapide di a forza di u signale ricevutu annantu à una distanza assai corta è un cortu periodu di tempu.
Bastu nantu àdiffusione di ritardu multipathCi sò dui tipi di fading à piccula scala, vale à dì u fading pianu è u fading selettivu di frequenza. Quessi tipi di fading multipath dipendenu da l'ambiente di propagazione.
2.a) Sbiadimentu pianu
U canale wireless hè dettu à fading pianu s'ellu hà un guadagnu costante è una risposta di fase lineare annantu à una larghezza di banda chì hè più grande di a larghezza di banda di u signale trasmessu.
In questu tipu di fading, tutti i cumpunenti di frequenza di u signale ricevutu fluttuanu in listesse proporzioni simultaneamente. Hè ancu cunnisciutu cum'è fading non selettivu.
• Segnale BW << Canale BW
• Periodu di simbulu >> Sparghje di ritardu
L'effettu di u fading pianu hè vistu cum'è una diminuzione di u SNR. Quessi canali di fading pianu sò cunnisciuti cum'è canali variabili d'ampiezza o canali à banda stretta.
2.b) Sbiadimentu selettivu di frequenza
Affetta diverse cumpunenti spettrali di un segnale radio cù diverse ampiezze. Da quì u nome sbiadimentu selettivu.
• LB di u signale > LB di u canale
• Periodu di simbulu < Spread di ritardu
Bastu nantu àdiffusione DopplerCi sò dui tipi di fading, vale à dì u fading veloce è u fading lentu. Quessi tipi di fading diffusi Doppler dipendenu da a velocità di u mobile, vale à dì a velocità di u ricevitore rispettu à u trasmettitore.
2.c) Sbiadimentu rapidu
U fenomenu di u sbiadimentu rapidu hè rapprisintatu da fluttuazioni rapide di u signale annantu à piccule zone (vale à dì a larghezza di banda). Quandu i signali ghjunghjenu da tutte e direzzione di u pianu, si osserverà un sbiadimentu rapidu per tutte e direzzione di u muvimentu.
Un sbiadimentu rapidu si verifica quandu a risposta à l'impulsu di u canale cambia assai rapidamente in a durata di u simbulu.
• Alta diffusione doppler
• Periodu di simbulu > Tempu di cuerenza
• Variazione di u signale < Variazione di u canale
Questi parametri risultanu in una dispersione di frequenza o in un sbiadimentu selettivu di u tempu per via di a diffusione doppler. U sbiadimentu rapidu hè u risultatu di riflessioni di oggetti lucali è di u muvimentu di oggetti in relazione à questi oggetti.
In u fast fading, u signale di ricezione hè a somma di numerosi signali chì sò riflessi da diverse superfici. Stu signale hè a somma o a differenza di parechji signali chì ponu esse custruttivi o distruttivi basati annantu à u sfasamentu di fase relativu trà di elli. E relazioni di fase dipendenu da a velocità di u muvimentu, a frequenza di trasmissione è e lunghezze di u percorsu relativu.
U sbiadimentu rapidu distorce a forma di l'impulsu in banda di basa. Questa distorsione hè lineare è creaISI(Interferenza Inter Simbuli). L'equalizazione adattiva riduce l'ISI eliminendu a distorsione lineare indotta da u canale.
2.d) Sbiadimentu lentu
U sbiadimentu lentu hè u risultatu di l'ombra di l'edificii, di e colline, di e muntagne è di altri oggetti sopra u percorsu.
• Bassa diffusione Doppler
• Periodu di simbulu <
• Variazione di u signale >> Variazione di u canale
Implementazione di mudelli di sbiadimentu o distribuzioni di sbiadimentu
L'implementazioni di mudelli di fading o distribuzioni di fading includenu u fading Rayleigh, u fading Rician, u fading Nakagami è u fading Weibull. Queste distribuzioni di canali o mudelli sò cuncepiti per incorporà u fading in u signale di dati in banda base secondu i requisiti di u prufilu di fading.
Sbiadimentu di Rayleigh
• In u mudellu Rayleigh, solu i cumpunenti Non Line of Sight (NLOS) sò simulati trà u trasmettitore è u ricevitore. Si suppone chì ùn ci sia micca un percorsu LOS trà u trasmettitore è u ricevitore.
• MATLAB furnisce a funzione "rayleighchan" per simulà u mudellu di canale rayleigh.
• A putenza hè distribuita in modu esponenziale.
• A fase hè distribuita uniformemente è indipendente da l'amplitude. Hè u tipu di Fading più utilizatu in a cumunicazione senza filu.
Sbiadimentu Rician
• In u mudellu ricianu, i cumpunenti di a Linea di Vista (LOS) è quelli chì ùn sò micca di a Linea di Vista (NLOS) sò simulati trà u trasmettitore è u ricevitore.
• MATLAB furnisce a funzione "ricianchan" per simulà u mudellu di canale rician.
Nakagami chì svanisce
U canale di fadding di Nakagami hè un mudellu statisticu utilizatu per discrive i canali di cumunicazione wireless in i quali u signale ricevutu subisce un fading multipath. Rappresenta ambienti cù fading da moderatu à severu cum'è e zone urbane o suburbane. L'equazione seguente pò esse aduprata per simulà u mudellu di canale di fading di Nakagami.
• In questu casu denotemu h = r*ejΦè l'angulu Φ hè distribuitu uniformemente annantu à [-π, π]
• Si suppone chì a variabile r è Φ sianu mutualmente indipendenti.
• U pdf di Nakagami hè espressu cum'è sopra.
• In u pdf di Nakagami, 2σ2= E{r2}, Γ(.) hè a funzione Gamma è k >= (1/2) hè a figura di sbiadimentu (gradi di libertà ligati à u numeru di variabili aleatorie Gaussion aghjunte).
• Hè statu sviluppatu à l'origine empiricamente basatu annantu à misurazioni.
• A putenza di ricezione istantanea hè distribuita Gamma. • Cù k = 1 Rayleigh = Nakagami
Sbiadimentu di Weibull
Stu canale hè un altru mudellu statisticu utilizatu per discrive u canale di cumunicazione senza filu. U canale di fading di Weibull hè cumunamente utilizatu per rapprisintà ambienti cù diversi tipi di cundizioni di fading, cumpresi fading debuli è severi.
Induve,
2σ2= E{r2}
• A distribuzione di Weibull rapprisenta un'altra generalizazione di a distribuzione di Rayleigh.
• Quandu X è Y sò variabili gaussiane iid à media zero, l'inviluppu di R = (X2+ Y2)1/2hè distribuitu Rayleigh. • Tuttavia, l'inviluppu hè definitu R = (X2+ Y2)1/2, è u pdf currispundente (prufilu di distribuzione di putenza) hè distribuitu da Weibull.
• L'equazione seguente pò esse aduprata per simulà u mudellu di sbiadimentu di Weibull.
In questa pagina avemu trattatu diversi temi nantu à u fading, cum'è ciò chì hè u canale di fading, i so tipi, i mudelli di fading, e so applicazioni, e funzioni è cusì. Si pò aduprà l'infurmazioni furnite in questa pagina per paragunà è derivà a differenza trà u fading à piccula scala è u fading à grande scala, a differenza trà u fading pianu è u fading selettivu di frequenza, a differenza trà u fading veloce è u fading lentu, a differenza trà u fading rayleigh è u fading rician è cusì.
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Data di publicazione: 14 d'aostu 2023
