Osnove fadinga i tipovi zatamnjenja u bežičnoj komunikaciji

Uzimajući u obzir različita oštećenja vezana za kanal i položaj predajnika/prijemnika, slijede tipovi zatamnjenja u bežičnom komunikacijskom sistemu.
➤ Large Scale Fading: Uključuje gubitak putanje i efekte sjenčanja.
➤Small Scale Fading: Podijeljeno je u dvije glavne kategorije, tj. širenje višeputnog kašnjenja i širenje doplera. Širenje kašnjenja sa više putanja se dalje deli na ravno i frekventno selektivno fading. Dopler širenje se dijeli na brzo i sporo fading.
➤Fading modeli: Gore navedeni tipovi zatamnjenja implementirani su u različitim modelima ili distribucijama koje uključuju Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull itd.

Kao što znamo, bledeći signali nastaju zbog refleksije sa zemlje i okolnih zgrada, kao i zbog raspršenih signala sa drveća, ljudi i kula prisutnih na velikom području. Postoje dvije vrste fadinga, tj. fading velikih razmjera i fading malih razmjera.

1.) Large Scale Fading

Fading velikih razmera nastaje kada se prepreka nađe između predajnika i prijemnika. Ova vrsta interferencije uzrokuje značajno smanjenje jačine signala. To je zato što je EM val zasjenjen ili blokiran preprekom. Povezan je sa 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 prenosa
Pr = Snaga prijema
λ = talasna dužina
d = udaljenost između predajne i prijemne antene
c = brzina svjetlosti tj. 3 x 10⁸

Iz jednačine to implicira da odašiljani signal slabi na udaljenosti kako se signal širi na sve veću i veću površinu od kraja odašiljanja prema kraju prijema.

1.b) Efekat senke

• Uočava se u bežičnoj komunikaciji. Sjenčanje je odstupanje primljene snage EM signala od prosječne vrijednosti.
• To je rezultat prepreka na putu između predajnika i prijemnika.
• Zavisi od geografskog položaja kao i radio frekvencije EM (elektromagnetnih) talasa.

2. Fading malih razmjera

Fading male razmjere se odnosi na brze fluktuacije jačine primljenog signala na vrlo kratkoj udaljenosti i kratkom vremenskom periodu.

Na osnovuširenje kašnjenja više putanjapostoje dva tipa fadinga malih razmjera, tj. ravno zatamnjenje i frekventno selektivno fading. Ovi tipovi višeputnog bleđenja zavise od okruženja propagacije.

2.a) Ravno blijeđenje

Za bežični kanal se kaže da je ravnomjeran ako ima konstantno pojačanje i linearni fazni odziv u propusnom opsegu koji je veći od propusnog opsega prenesenog signala.

Kod ovog tipa fedinga sve frekvencijske komponente primljenog signala fluktuiraju u istim proporcijama istovremeno. Poznato je i kao neselektivno bledenje.

• Signal BW << BW kanala
• Period simbola >> Odlaganje širenja

Efekat ravnog fadinga se vidi kao smanjenje SNR-a. Ovi ravni kanali za bledenje poznati su kao kanali sa promenljivom amplitudom ili uskopojasni kanali.

2.b) Frekvencija Selektivno fading

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

• BW signala > BW kanala
• Period simbola < Delay Spread

Na osnovudopler širenjepostoje dvije vrste fadinga, tj. brzo nestajanje i sporo nestajanje. Ovi tipovi doplerovog širenja fadinga zavise od mobilne brzine, odnosno brzine prijemnika u odnosu na predajnik.

2.c) Brzo nestajanje

Fenomen brzog nestajanja predstavljen je brzim fluktuacijama signala na malim područjima (tj. širina pojasa). Kada signali stignu iz svih pravaca u ravnini, brzo će bledenje biti zapaženo za sve smjerove kretanja.

Brzo bledenje se dešava kada se impulsni odziv kanala veoma brzo promeni u trajanju simbola.

• Visok dopler širenje
• Period simbola > Vrijeme koherencije
• Varijacija signala < varijacija kanala

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

U brzom fadingu, prijemni signal je zbir brojnih signala koji se reflektuju sa različitih površina. Ovaj signal je zbir ili razlika više signala koji mogu biti konstruktivni ili destruktivni na osnovu relativnog pomaka faze između njih. Odnosi faza zavise od brzine kretanja, frekvencije prenosa i relativne dužine puta.

Brzo zatamnjenje izobličava oblik impulsa osnovnog pojasa. Ovo izobličenje je linearno i stvaraISI(Interferencija između simbola). Adaptivna ekvilizacija smanjuje ISI uklanjanjem linearne distorzije izazvane kanalom.

2.d) Sporo fading

Sporo blijeđenje je rezultat zasjenjivanja zgrada, brda, planina i drugih objekata iznad staze.

• Nisko Dopler širenje
• Period simbola <
• Varijacija signala >> Varijacija kanala

Implementacija Fading modela ili fading distribucija

Implementacije modela zatamnjenja ili distribucije bleđenja uključuju Rayleigh fading, Rician fading, Nakagami fading i Weibull fading. Ove kanalske distribucije ili modeli su dizajnirani da uključe fading u signal podataka osnovnog opsega prema zahtjevima profila zatamnjenja.

Rayleigh fading

• U Rayleigh modelu, između predajnika i prijemnika se simuliraju samo komponente koje nisu u liniji vida (NLOS). Pretpostavlja se da ne postoji LOS putanja između predajnika i prijemnika.
• MATLAB pruža "rayleighchan" funkciju za simulaciju modela rayleigh kanala.
• Snaga je eksponencijalno raspoređena.
• Faza je ravnomerno raspoređena i nezavisna od amplitude. To je najčešće korištena vrsta Fadinga u bežičnoj komunikaciji.

Rician fading

• U rician modelu, i Line of Sight (LOS) i non Line of Sight (NLOS) komponente su simulirane između predajnika i prijemnika.
• MATLAB pruža "ricianchan" funkciju za simulaciju modela rician kanala.

Nakagami fading

Nakagami fadding kanal je statistički model koji se koristi za opisivanje bežičnih komunikacionih kanala u kojima primljeni signal podliježe višestrukom fadingu. Predstavlja okruženja sa umjerenim do jakim bledenjem, kao što su urbana ili prigradska područja. Sljedeća jednadžba se može koristiti za simulaciju Nakagami modela kanala koji bledi.