Esta página descreve os fundamentos do Fading e os tipos de Fading na comunicação sem fio. Os tipos de Fading são divididos em Fading em grande escala e Fading em pequena escala (multipath delay spread e Doppler spread).
O desvanecimento plano e o desvanecimento com seleção de frequência fazem parte do desvanecimento de múltiplos caminhos, enquanto o desvanecimento rápido e o desvanecimento lento fazem parte do desvanecimento de propagação Doppler. Esses tipos de desvanecimento são implementados de acordo com distribuições ou modelos Rayleigh, Rician, Nakagami e Weibull.
Introdução:
Como sabemos, o sistema de comunicação sem fio consiste em transmissor e 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 de múltiplos caminhos, etc. A atenuação do sinal através do caminho depende de vários fatores. Eles são tempo, frequência de rádio 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 um em relação ao outro.
O que está desaparecendo?
A variação temporal da potência do sinal recebido devido a mudanças no meio ou caminhos de transmissão é conhecida como desvanecimento. O desbotamento depende de vários fatores mencionados acima. No cenário fixo, o desvanecimento depende das condições atmosféricas, como chuva, relâmpagos, etc. No cenário móvel, o desvanecimento depende dos obstáculos ao longo do caminho que variam com o tempo. Esses obstáculos criam efeitos de transmissão complexos para o sinal transmitido.
A figura 1 representa o gráfico de amplitude versus distância para os tipos de desvanecimento lento e rápido, que discutiremos mais tarde.
Tipos de desbotamento
Considerando várias deficiências relacionadas ao canal e a 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.
➤Desbotamento em pequena escala: É dividido em duas categorias principais, viz. propagação de atraso multipercurso e propagação doppler. O spread de atraso multipercurso é ainda dividido em desvanecimento plano e desvanecimento seletivo de frequência. A propagação Doppler é dividida em desvanecimento rápido e desvanecimento lento.
➤Modelos de desvanecimento: Os tipos de desvanecimento acima são implementados em vários modelos ou distribuições que incluem Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull etc.
Como sabemos, o desbotamento dos sinais ocorre devido a reflexos do solo e dos edifícios circundantes, bem como a sinais dispersos de árvores, pessoas e torres presentes na grande área. Existem dois tipos de viz de desbotamento. desvanecimento em grande escala e desvanecimento em pequena escala.
1.) Desbotamento em grande escala
O desvanecimento em grande escala ocorre quando um obstáculo surge entre o transmissor e o receptor. Este tipo de interferência causa uma redução significativa na intensidade do sinal. Isso ocorre porque a onda EM é obscurecida ou bloqueada pelo obstáculo. Está relacionado a grandes flutuações do sinal ao longo da distância.
1.a) Perda de caminho
A perda do caminho do 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 = Receber energia
λ = comprimento de onda
d = distância entre a antena transmissora e receptora
c = velocidade da luz, ou seja, 3 x 108
A partir da equação, isso implica que o sinal transmitido atenua com o passar da distância, à medida que o sinal é espalhado por uma área cada vez maior, da extremidade de transmissão até a extremidade de recepção.
1.b) Efeito de sombreamento
• É observado em comunicação sem fio. O sombreamento é o desvio da potência recebida do sinal EM do valor médio.
• É resultado de obstáculos no caminho entre o transmissor e o receptor.
• Depende da posição geográfica, bem como da frequência de rádio das ondas EM (eletromagnéticas).
2. Desbotamento em pequena escala
O desvanecimento em pequena escala está relacionado com rápidas flutuações na intensidade do sinal recebido em distâncias muito curtas e em curtos períodos de tempo.
Baseado empropagação de atraso multicaminhoexistem dois tipos de desbotamento em pequena escala, a saber. desvanecimento plano e desvanecimento seletivo de frequência. Esses tipos de desvanecimento multipercurso dependem do ambiente de propagação.
2.a) Desbotamento plano
Diz-se que o canal sem fio apresenta 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.
Neste tipo de desvanecimento todos os componentes de frequência do sinal recebido flutuam nas mesmas proporções simultaneamente. Também é conhecido como desbotamento não seletivo.
• Sinal BW << Canal BW
• Período do símbolo >> Spread de atraso
O efeito do desvanecimento plano é visto como uma diminuição no 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 < Spread de atraso
Baseado empropagação dopplerexistem dois tipos de desbotamento, viz. desvanecimento rápido e desvanecimento lento. Esses tipos de desvanecimento por propagação Doppler dependem da velocidade do móvel, ou seja, da velocidade do receptor em relação ao transmissor.
2.c) Desbotamento rápido
O fenômeno do desvanecimento rápido é representado por rápidas flutuações do sinal em pequenas áreas (isto é, largura de banda). Quando os sinais chegam de todas as direções do plano, um 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 propagação Doppler
• Período do símbolo > Tempo de coerência
• Variação de sinal <variação de canal
Esses parâmetros resultam em dispersão de frequência ou desvanecimento seletivo no tempo devido ao espalhamento Doppler. O desvanecimento rápido é o resultado de reflexões de objetos locais e do movimento de objetos em relação a esses objetos.
No desvanecimento rápido, o sinal recebido é a soma de numerosos sinais que são refletidos em várias superfícies. Este sinal é a soma ou 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, frequência de transmissão e comprimentos relativos do caminho.
O desvanecimento rápido distorce a forma do pulso da banda base. Esta distorção é linear e criaISI(Interferência entre símbolos). A equalização adaptativa reduz o ISI removendo a distorção linear induzida pelo canal.
2.d) Desvanecimento lento
O desvanecimento lento é o resultado do sombreamento de edifícios, colinas, montanhas e outros objetos ao longo do caminho.
• Baixa propagação Doppler
• Período do símbolo <
• Variação de Sinal >> Variação de Canal
Implementação de modelos Fading ou distribuições Fading
Implementações de modelos de desvanecimento ou distribuições de desvanecimento incluem desvanecimento de Rayleigh, desvanecimento de Rician, desvanecimento de Nakagami e desvanecimento de Weibull. Estas distribuições ou modelos de canal são projetados para incorporar o desvanecimento no sinal de dados de banda base de acordo com os requisitos do perfil de desvanecimento.
Rayleigh desaparecendo
• No modelo Rayleigh, apenas componentes sem linha de visão (NLOS) são simulados entre o transmissor e o receptor. Supõe-se que não existe caminho LOS entre o transmissor e o receptor.
• MATLAB fornece a função "rayleighchan" para simular o modelo de canal rayleigh.
• A potência é distribuída exponencialmente.
• A fase é distribuída uniformemente e independente da amplitude. É o tipo de Fading mais utilizado na comunicação sem fio.
Desaparecimento riciano
• No modelo riciano, os componentes da Linha de Visão (LOS) e não da Linha de Visão (NLOS) são simulados entre o transmissor e o receptor.
• MATLAB fornece a função "ricianchan" para simular o modelo do canal riciano.
Nakagami desaparecendo
O canal de desvanecimento Nakagami é um modelo estatístico usado para descrever canais de comunicação sem fio nos quais o sinal recebido sofre desvanecimento de múltiplos caminhos. Representa ambientes com desbotamento moderado a severo, como áreas urbanas ou suburbanas. A equação a seguir pode ser usada para simular o modelo de canal com desvanecimento de Nakagami.
• Neste caso denotamos h = r*ejΦe o ângulo Φ é uniformemente distribuído em [-π, π]
• As variáveis r e Φ são consideradas mutuamente independentes.
• O pdf de Nakagami é expresso como acima.
• No pdf Nakagami, 2σ2= E{r2}, Γ(.) é a função Gamma e k >= (1/2) é a figura desbotada (graus de liberdade relacionados ao número de variáveis aleatórias de Gaussion adicionadas).
• Foi originalmente desenvolvido empiricamente com base em medições.
• A potência de recepção instantânea é distribuída em gama. • Com k = 1 Rayleigh = Nakagami
Weibull desaparecendo
Este canal é outro modelo estatístico usado para descrever o canal 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 Rayleigh.
• Quando X e Y são variáveis gaussianas com média zero, o envelope de R = (X2+ S2)1/2é distribuído por Rayleigh. • No entanto, o envelope é definido R = (X2+ S2)1/2, e o pdf correspondente (perfil de distribuição de energia) é distribuído pelo Weibull.
• A seguinte equação pode ser usada para simular o modelo de desvanecimento Weibull.
Nesta página abordamos vários tópicos sobre fading, como o que é canal de fading, seus tipos, modelos de fading, suas aplicações, funções e assim por diante. Pode-se usar as informações fornecidas nesta página para comparar e derivar a diferença entre desvanecimento em pequena escala e desvanecimento em grande escala, diferença entre desvanecimento plano e desvanecimento seletivo de frequência, diferença entre desvanecimento rápido e desvanecimento lento, diferença entre desvanecimento rayleigh e desvanecimento rician e breve.
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Horário da postagem: 14 de agosto de 2023
