Šajā lapā ir aprakstīti izbalēšanas pamati un izbalēšanas veidi bezvadu sakaros. Izbalēšanas veidi ir iedalīti liela mēroga izbalēšanā un maza mēroga izbalēšanā (daudzceļu aizkaves izplatīšanās un Doplera izplatība).
Plakana izbalēšana un frekvences izvēles izbalēšana ir daļa no daudzceļu izbalēšanas, savukārt ātra un lēna izbalēšana ir daļa no Doplera izkliedes izbalēšanas. Šie izbalēšanas veidi tiek ieviesti saskaņā ar Releja, Risiana, Nakagami un Veibula sadalījumiem vai modeļiem.
Ievads:
Kā zināms, bezvadu sakaru sistēma sastāv no raidītāja un uztvērēja. Ceļš no raidītāja līdz uztvērējam nav vienmērīgs, un pārraidītais signāls var iziet cauri dažādiem vājināšanās veidiem, tostarp ceļa zudumiem, daudzceļu vājināšanās utt. Signāla vājināšanās ceļā ir atkarīga no dažādiem faktoriem. Tie ir laiks, radiofrekvence un ceļš vai raidītāja/uztvērēja pozīcija. Kanāls starp raidītāju un uztvērēju var mainīties laikā vai būt fiksēts atkarībā no tā, vai raidītājs/uztvērējs ir fiksēti vai kustas viens attiecībā pret otru.
Kas ir izbalēšana?
Uztvertā signāla jaudas laika izmaiņas pārraides vides vai ceļu izmaiņu dēļ sauc par signāla izbalēšanu. Izbalēšana ir atkarīga no dažādiem faktoriem, kā minēts iepriekš. Stacionārā scenārijā izbalēšana ir atkarīga no atmosfēras apstākļiem, piemēram, nokrišņiem, zibens utt. Mobilā scenārijā izbalēšana ir atkarīga no šķēršļiem ceļā, kas mainās attiecībā pret laiku. Šie šķēršļi rada sarežģītus pārraides efektus pārraidītajam signālam.
1. attēlā redzama amplitūdas un attāluma diagramma lēnas un ātras izbalēšanas veidiem, ko mēs apspriedīsim vēlāk.
Izbalēšanas veidi
Ņemot vērā dažādus ar kanālu saistītus traucējumus un raidītāja/uztvērēja pozīciju, bezvadu sakaru sistēmās ir izdalāmi šādi izbalēšanas veidi.
➤Liela mēroga izbalēšana: Tā ietver ceļa zudumu un ēnojuma efektus.
➤Maza mēroga izbalēšana: Tā ir iedalīta divās galvenajās kategorijās: daudzceļu aizkaves izplatība un Doplera izplatība. Daudzceļu aizkaves izplatība tiek tālāk iedalīta plakanā izbalēšanā un frekvenču selektīvajā izbalēšanā. Doplera izplatība ir iedalīta ātrajā izbalēšanā un lēnajā izbalēšanā.
➤Izbalēšanas modeļi: Iepriekš minētie izbalēšanas veidi tiek ieviesti dažādos modeļos vai sadalījumos, tostarp Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull utt.
Kā zināms, signālu izbalēšana rodas atstarošanās dēļ no zemes un apkārtējām ēkām, kā arī izkliedētu signālu dēļ no kokiem, cilvēkiem un torņiem, kas atrodas plašā teritorijā. Pastāv divu veidu izbalēšana: liela mēroga izbalēšana un maza mēroga izbalēšana.
1.) Liela mēroga izbalēšana
Liela mēroga izbalēšana rodas, kad starp raidītāju un uztvērēju nonāk šķērslis. Šāda veida traucējumi izraisa ievērojamu signāla stipruma samazināšanos. Tas notiek tāpēc, ka šķērslis aizēno vai bloķē elektromagnētisko vilni. Tas ir saistīts ar lielām signāla svārstībām atkarībā no attāluma.
1.a) Ceļa zudums
Brīvās telpas ceļa zudumus var izteikt šādi.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)}2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Kur,
Pt = raidīšanas jauda
Pr = Saņemtā jauda
λ = viļņa garums
d = attālums starp raidošo un uztverošo antenu
c = gaismas ātrums, t.i., 3 x 108
No vienādojuma tas nozīmē, ka pārraidītais signāls vājinās attālumā, jo signāls tiek izplatīts arvien lielākā platībā no raidītāja gala uz uztvērēja galu.
1.b) Ēnojuma efekts
• Tas ir novērojams bezvadu sakaros. Ēnojuma efekts ir uztvertā elektromagnētiskā signāla jaudas novirze no vidējās vērtības.
• Tas ir šķēršļu rezultāts ceļā starp raidītāju un uztvērēju.
• Tas ir atkarīgs no ģeogrāfiskās atrašanās vietas, kā arī no elektromagnētisko (EM) viļņu radiofrekvences.
2. Neliela mēroga izbalēšana
Maza mēroga izbalēšana ir saistīta ar straujām saņemtā signāla stipruma svārstībām ļoti īsā attālumā un īsā laika periodā.
Pamatojoties uzdaudzceļu kavējuma izplatībaPastāv divu veidu neliela mēroga izbalēšana, proti, plakanā izbalēšana un frekvenču selektīvā izbalēšana. Šie daudzceļu izbalēšanas veidi ir atkarīgi no izplatīšanās vides.
2.a) Plakana izbalēšana
Bezvadu kanālu sauc par vienmērīgu izbalēšanu, ja tam ir nemainīgs pastiprinājums un lineāra fāzes reakcija joslas platumā, kas ir lielāks par pārraidītā signāla joslas platumu.
Šāda veida izbalēšanas gadījumā visas saņemtā signāla frekvences komponentes vienlaicīgi svārstās vienādās proporcijās. To sauc arī par neselektīvu izbalēšanu.
• Signāla BW << Kanāla BW
• Simbola periods >> Kavējuma izplatība
Plakanās izbalēšanas ietekme izpaužas kā signāla un trokšņa attiecības (SNR) samazināšanās. Šie plakanās izbalēšanas kanāli ir pazīstami kā amplitūdas mainīšanas kanāli vai šaurjoslas kanāli.
2.b) Frekvences selektīva izbalēšana
Tas ietekmē dažādas radiosignāla spektrālās komponentes ar atšķirīgu amplitūdu. Līdz ar to to sauc par selektīvās izbalēšanas režīmu.
• Signāla BW > Kanāla BW
• Simbola periods < Kavējuma izplatība
Pamatojoties uzDoplera izkliedePastāv divu veidu izbalēšana: ātrā izbalēšana un lēnā izbalēšana. Šie Doplera izkliedes izbalēšanas veidi ir atkarīgi no mobilā tālruņa ātruma, t. i., uztvērēja ātruma attiecībā pret raidītāju.
2.c) Ātra izbalēšana
Ātrās izbalēšanas fenomenu raksturo signāla straujas svārstības nelielās zonās (t. i., joslas platumā). Kad signāli pienāk no visiem virzieniem plaknē, strauja izbalēšana būs novērojama visos kustības virzienos.
Ātra izbalēšana notiek, ja kanāla impulsa reakcija simbola ilguma laikā mainās ļoti strauji.
• Augsta Doplera izkliede
• Simbola periods > Saskaņotības laiks
• Signāla variācija < Kanāla variācija
Šie parametri izraisa frekvences dispersiju vai laika ziņā selektīvu izbalēšanu Doplera efekta dēļ. Ātra izbalēšana rodas lokālo objektu atstarošanās un objektu kustības attiecībā pret šiem objektiem rezultātā.
Ātrās izbalēšanas gadījumā uztveršanas signāls ir daudzu signālu summa, kas tiek atstaroti no dažādām virsmām. Šis signāls ir vairāku signālu summa vai starpība, kas var būt konstruktīva vai destruktīva, pamatojoties uz relatīvo fāzes nobīdi starp tiem. Fāžu attiecības ir atkarīgas no kustības ātruma, pārraides frekvences un relatīvajiem ceļa garumiem.
Ātra izbalēšana kropļo pamatjoslas impulsa formu. Šī kropļošana ir lineāra un radaISI(Starp simboliem radītie traucējumi). Adaptīvā ekvalaizera samazina ISI, noņemot kanāla izraisītos lineāros kropļojumus.
2.d) Lēna izbalēšana
Lēna izbalēšana ir ēku, pakalnu, kalnu un citu objektu, kas atrodas uz ceļa, ēnojuma rezultāts.
• Zema Doplera izplatība
• Simbola periods <
• Signāla variācija >> Kanāla variācija
Izbalēšanas modeļu vai izbalēšanas sadalījumu ieviešana
Izbalēšanas modeļu vai izbalēšanas sadalījumu ieviešanas ietver Releja izbalēšanu, Riciāna izbalēšanu, Nakagami izbalēšanu un Veibula izbalēšanu. Šie kanālu sadalījumi vai modeļi ir izstrādāti, lai iekļautu izbalēšanu pamatjoslas datu signālā atbilstoši izbalēšanas profila prasībām.
Reilija izbalēšana
• Releja modelī starp raidītāju un uztvērēju tiek simulētas tikai NLOS (Non Line of Sight) komponentes. Tiek pieņemts, ka starp raidītāju un uztvērēju nav LOS ceļa.
• MATLAB nodrošina funkciju "rayleighchan", lai simulētu Reilija kanāla modeli.
• Jauda ir eksponenciāli sadalīta.
• Fāze ir vienmērīgi sadalīta un neatkarīga no amplitūdas. Tas ir visbiežāk izmantotais izbalēšanas veids bezvadu sakaros.
Riciāna izbalēšana
• Risijas modelī starp raidītāju un uztvērēju tiek simulētas gan tiešās redzamības (LOS), gan netiešās redzamības (NLOS) komponentes.
• MATLAB nodrošina funkciju "ricianchan", lai simulētu Rician kanāla modeli.
Nakagami izbalēšana
Nakagami signāla izbalēšanas kanāls ir statistisks modelis, ko izmanto, lai aprakstītu bezvadu sakaru kanālus, kuros saņemtais signāls piedzīvo daudzceļu izbalēšanu. Tas attēlo vidi ar mērenu vai spēcīgu izbalēšanu, piemēram, pilsētu vai piepilsētu teritorijas. Nakagami signāla izbalēšanas kanāla modeļa simulēšanai var izmantot šo vienādojumu.
• Šajā gadījumā apzīmējam h = r*ejΦun leņķis Φ ir vienmērīgi sadalīts [-π, π]
• Tiek pieņemts, ka mainīgie r un Φ ir savstarpēji neatkarīgi.
• Nakagami pdf fails ir izteikts, kā iepriekš.
• Nakagami pdf failā, 2σ2= E{r2}, Γ(.) ir Gamma funkcija un k >= (1/2) ir izbalēšanas skaitlis (brīvības pakāpes, kas saistītas ar pievienoto Gausa nejaušo mainīgo skaitu).
• Sākotnēji tas tika izstrādāts empīriski, pamatojoties uz mērījumiem.
• Momentānā uztveršanas jauda ir gamma sadalījuma. • Ar k = 1 Relejs = Nakagami
Veibula izbalēšana
Šis kanāls ir vēl viens statistisks modelis, ko izmanto, lai aprakstītu bezvadu sakaru kanālu. Veibula izbalēšanas kanāls parasti tiek izmantots, lai attēlotu vidi ar dažādiem izbalēšanas apstākļiem, tostarp gan vāju, gan spēcīgu izbalēšanu.
Kur,
2σ2= E{r2}
• Veibula sadalījums ir vēl viens Releja sadalījuma vispārinājums.
• Kad X un Y ir iid nulles vidējā Gausa mainīgie, R aploksne = (X2+ Jā2)1/2ir Releja sadalījuma. • Tomēr aploksne ir definēta kā R = (X2+ Jā2)1/2, un atbilstošais pdf (jaudas sadales profils) ir Veibula sadalījuma.
• Veibula izbalēšanas modeļa simulēšanai var izmantot šādu vienādojumu.
Šajā lapā mēs esam apskatījuši dažādas tēmas par izbalēšanu, piemēram, kas ir izbalēšanas kanāls, tā veidi, izbalēšanas modeļi, to pielietojums, funkcijas utt. Šajā lapā sniegto informāciju var izmantot, lai salīdzinātu un noteiktu atšķirības starp maza mēroga izbalēšanu un liela mēroga izbalēšanu, atšķirību starp plakanu izbalēšanu un frekvences selektīvo izbalēšanu, atšķirību starp ātru un lēnu izbalēšanu, atšķirību starp Releja izbalēšanu un Risiāna izbalēšanu utt.
E-mail:info@rf-miso.com
Tālrunis: 0086-028-82695327
Tīmekļa vietne: www.rf-miso.com
Publicēšanas laiks: 2023. gada 14. augusts
