Esta página descreve os princípios básicos e os tipos de desvanecimento na comunicação sem fio. Os tipos de desvanecimento são divididos em desvanecimento em larga escala e desvanecimento em pequena escala (dispersão de atraso multipercurso e dispersão Doppler).
O desvanecimento plano e o desvanecimento por seleção de frequência fazem parte do desvanecimento multipercurso, enquanto o desvanecimento rápido e o desvanecimento lento fazem parte do desvanecimento por espalhamento Doppler. Esses tipos de desvanecimento são implementados de acordo com as distribuições ou modelos de Rayleigh, Rician, Nakagami e Weibull.
Introdução:
Como sabemos, um sistema de comunicação sem fio consiste em um transmissor e um receptor. O caminho do transmissor ao receptor não é suave e o sinal transmitido pode passar por vários tipos de atenuações, incluindo perda de caminho, atenuação multicaminho, etc. A atenuação do sinal ao longo do caminho depende de vários fatores, como tempo, radiofrequência e caminho ou posição do transmissor/receptor. O canal entre o transmissor e o receptor pode variar no tempo ou ser fixo, dependendo se o transmissor/receptor está fixo ou em movimento em relação um ao outro.
O que é desbotamento?
A variação temporal da potência do sinal recebido devido a mudanças no meio ou trajeto de transmissão é conhecida como desvanecimento. O desvanecimento depende de vários fatores, como mencionado acima. Em cenários fixos, o desvanecimento depende das condições atmosféricas, como chuva, raios, etc. Em cenários móveis, o desvanecimento depende de obstáculos no trajeto que variam em relação ao tempo. Esses obstáculos criam efeitos de transmissão complexos no sinal transmitido.
A figura 1 mostra o gráfico de amplitude versus distância para tipos de desvanecimento lento e rápido, que discutiremos mais tarde.
Tipos de desbotamento
Considerando várias deficiências relacionadas ao canal e à posição do transmissor/receptor, a seguir estão os tipos de desvanecimento no sistema de comunicação sem fio.
➤Desbotamento em grande escala: inclui perda de caminho e efeitos de sombreamento.
➤Desvanecimento em Pequena Escala: É dividido em duas categorias principais: dispersão de atraso multipercurso e dispersão Doppler. A dispersão de atraso multipercurso é ainda dividida em desvanecimento plano e desvanecimento seletivo em frequência. A dispersão Doppler é dividida em desvanecimento rápido e desvanecimento lento.
➤Modelos de desvanecimento: Os tipos de desvanecimento acima são implementados em vários modelos ou distribuições, incluindo Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull etc.
Como sabemos, o desvanecimento de sinais ocorre devido a reflexões do solo e de edifícios circundantes, bem como a sinais dispersos de árvores, pessoas e torres presentes em uma grande área. Existem dois tipos de desvanecimento: desvanecimento em larga escala e desvanecimento em pequena escala.
1.) Desbotamento em larga escala
O desvanecimento em larga escala ocorre quando um obstáculo se interpõe entre o transmissor e o receptor. Esse tipo de interferência causa uma redução significativa na intensidade do sinal. Isso ocorre porque a onda EM é sombreada ou bloqueada pelo obstáculo. Isso está relacionado a grandes flutuações do sinal ao longo da distância.
1.a) Perda de caminho
A perda de caminho no espaço livre pode ser expressa da seguinte forma.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Onde,
Pt = Potência de transmissão
Pr = Potência de recepção
λ = comprimento de onda
d = distância entre a antena transmissora e a receptora
c = velocidade da luz, ou seja, 3 x 108
A equação implica que o sinal transmitido se atenua com a distância, à medida que o sinal é espalhado por uma área cada vez maior, da extremidade transmissora para a extremidade receptora.
1.b) Efeito de sombreamento
• Observado na comunicação sem fio. O sombreamento é o desvio da potência recebida do sinal EM em relação ao valor médio.
• É resultado de obstáculos no caminho entre o transmissor e o receptor.
• Depende da posição geográfica, bem como da radiofrequência das ondas EM (eletromagnéticas).
2. Desbotamento em pequena escala
O desvanecimento em pequena escala está relacionado às flutuações rápidas da intensidade do sinal recebido em distâncias muito curtas e períodos de tempo curtos.
Baseado empropagação de atraso multipercursoExistem dois tipos de desvanecimento em pequena escala: desvanecimento plano e desvanecimento seletivo em frequência. Esses tipos de desvanecimento multipercurso dependem do ambiente de propagação.
2.a) Desvanecimento plano
Diz-se que o canal sem fio tem desvanecimento plano se tiver ganho constante e resposta de fase linear em uma largura de banda maior que a largura de banda do sinal transmitido.
Nesse tipo de desvanecimento, todos os componentes de frequência do sinal recebido flutuam simultaneamente na mesma proporção. Também é conhecido como desvanecimento não seletivo.
• Sinal BW << Canal BW
• Período do símbolo >> Spread de atraso
O efeito do desvanecimento plano é observado como uma diminuição na relação sinal-ruído (SNR). Esses canais de desvanecimento plano são conhecidos como canais de amplitude variável ou canais de banda estreita.
2.b) Desvanecimento seletivo de frequência
Afeta diferentes componentes espectrais de um sinal de rádio com diferentes amplitudes. Daí o nome desvanecimento seletivo.
• Sinal BW > Canal BW
• Período do símbolo < propagação de atraso
Baseado empropagação DopplerExistem dois tipos de desvanecimento: desvanecimento rápido e desvanecimento lento. Esses tipos de desvanecimento por propagação Doppler dependem da velocidade do celular, ou seja, da velocidade do receptor em relação ao transmissor.
2.c) Desvanecimento rápido
O fenômeno do desvanecimento rápido é representado por flutuações rápidas do sinal em pequenas áreas (ou seja, largura de banda). Quando os sinais chegam de todas as direções do plano, o desvanecimento rápido será observado em todas as direções do movimento.
O desvanecimento rápido ocorre quando a resposta ao impulso do canal muda muito rapidamente dentro da duração do símbolo.
• Alta dispersão Doppler
• Período do símbolo > Tempo de coerência
• Variação do sinal < Variação do canal
Esses parâmetros resultam em dispersão de frequência ou desvanecimento seletivo no tempo devido à propagação Doppler. O desvanecimento rápido é resultado de reflexões de objetos locais e do movimento dos objetos em relação a esses objetos.
No desvanecimento rápido, o sinal recebido é a soma de vários sinais refletidos de várias superfícies. Este sinal é a soma ou a diferença de múltiplos sinais, que podem ser construtivos ou destrutivos com base na mudança de fase relativa entre eles. As relações de fase dependem da velocidade do movimento, da frequência de transmissão e dos comprimentos relativos do caminho.
O desvanecimento rápido distorce a forma do pulso de banda base. Essa distorção é linear e criaISI(Interferência Intersímbolo). A equalização adaptativa reduz a ISI removendo a distorção linear induzida pelo canal.
2.d) Desvanecimento lento
O desbotamento lento é resultado da sombra de edifícios, colinas, montanhas e outros objetos no caminho.
• Baixa propagação Doppler
• Período do símbolo <
• Variação de Sinal >> Variação de Canal
Implementação de modelos de desvanecimento ou distribuições de desvanecimento
Implementações de modelos ou distribuições de desvanecimento incluem desvanecimento de Rayleigh, desvanecimento de Rician, desvanecimento de Nakagami e desvanecimento de Weibull. Essas distribuições ou modelos de canal são projetados para incorporar o desvanecimento no sinal de dados de banda base, conforme os requisitos do perfil de desvanecimento.
Rayleigh desaparecendo
• No modelo de Rayleigh, apenas componentes sem linha de visada (NLOS) são simulados entre o transmissor e o receptor. Assume-se que não existe um caminho de LOS entre o transmissor e o receptor.
• O MATLAB fornece a função "rayleighchan" para simular o modelo do canal Rayleigh.
• A potência é distribuída exponencialmente.
• A fase é uniformemente distribuída e independente da amplitude. É o tipo de desvanecimento mais utilizado em comunicação sem fio.
Desvanecimento riciano
• No modelo riciano, tanto os componentes de linha de visão (LOS) quanto os de não linha de visão (NLOS) são simulados entre o transmissor e o receptor.
• O MATLAB fornece a função "ricianchan" para simular o modelo do canal rician.
Desvanecimento de Nakagami
O canal de desvanecimento Nakagami é um modelo estatístico usado para descrever canais de comunicação sem fio nos quais o sinal recebido sofre desvanecimento multipercurso. Ele representa ambientes com desvanecimento moderado a severo, como áreas urbanas ou suburbanas. A equação a seguir pode ser usada para simular o modelo de canal de desvanecimento Nakagami.
• Neste caso denotamos h = r*ejΦe o ângulo Φ é distribuído uniformemente em [-π, π]
• As variáveis r e Φ são consideradas mutuamente independentes.
• O pdf Nakagami é expresso como acima.
• No pdf Nakagami, 2σ2= E{r2}, Γ(.) é a função Gama e k >= (1/2) é o valor de desvanecimento (graus de liberdade relacionados ao número de variáveis aleatórias de Gauss adicionadas).
• Foi originalmente desenvolvido empiricamente com base em medições.
• A potência de recepção instantânea é distribuída em Gamma. • Com k = 1 Rayleigh = Nakagami
Desvanecimento de Weibull
Este canal é outro modelo estatístico usado para descrever canais de comunicação sem fio. O canal de desvanecimento Weibull é comumente usado para representar ambientes com vários tipos de condições de desvanecimento, incluindo desvanecimento fraco e severo.
Onde,
2σ2= E{r2}
• A distribuição Weibull representa outra generalização da distribuição de Rayleigh.
• Quando X e Y são variáveis gaussianas de média zero iid, o envelope de R = (X2+ Y2)1/2é distribuído por Rayleigh. • No entanto, o envelope é definido como R = (X2+ Y2)1/2, e o pdf correspondente (perfil de distribuição de energia) é distribuído de Weibull.
• A equação a seguir pode ser usada para simular o modelo de desvanecimento de Weibull.
Nesta página, abordamos vários tópicos sobre desvanecimento, como o que é um canal de desvanecimento, seus tipos, modelos de desvanecimento, suas aplicações, funções e assim por diante. As informações fornecidas nesta página podem ser usadas para comparar e derivar a diferença entre desvanecimento em pequena escala e desvanecimento em grande escala, a diferença entre desvanecimento plano e desvanecimento seletivo de frequência, a diferença entre desvanecimento rápido e desvanecimento lento, a diferença entre desvanecimento de Rayleigh e desvanecimento de Rician, e assim por diante.
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Data de publicação: 14 de agosto de 2023
