Esta página describe los conceptos básicos de desvanecimiento y los tipos de desvanecimiento en la comunicación inalámbrica. Los tipos de desvanecimiento se dividen en desvanecimiento a gran escala y desvanecimiento a pequeña escala (dispersión por retardo multitrayectoria y dispersión Doppler).
El desvanecimiento plano y el desvanecimiento por selección de frecuencia son parte del desvanecimiento por trayectos múltiples, mientras que el desvanecimiento rápido y el desvanecimiento lento son parte del desvanecimiento Doppler extendido. Estos tipos de desvanecimiento se implementan según las distribuciones o modelos de Rayleigh, Rician, Nakagami y Weibull.
Introducción:
Como sabemos, el sistema de comunicación inalámbrica consta de un transmisor y un receptor. El camino desde el transmisor al receptor no es uniforme y la señal transmitida puede pasar por varios tipos de atenuaciones, incluida la pérdida de camino, la atenuación por trayectos múltiples, etc. La atenuación de la señal a través del camino depende de varios factores. Son tiempo, radiofrecuencia y trayectoria o posición del transmisor/receptor. El canal entre el transmisor y el receptor puede variar en el tiempo o ser fijo dependiendo de si el transmisor/receptor están fijos o en movimiento uno con respecto al otro.
¿Qué se está desvaneciendo?
La variación temporal de la potencia de la señal recibida debido a cambios en el medio o las rutas de transmisión se conoce como desvanecimiento. El desvanecimiento depende de varios factores como se mencionó anteriormente. En un escenario fijo, el desvanecimiento depende de las condiciones atmosféricas como lluvias, rayos, etc. En un escenario móvil, el desvanecimiento depende de los obstáculos en el camino que varían con el tiempo. Estos obstáculos crean efectos de transmisión complejos en la señal transmitida.
La figura 1 muestra un gráfico de amplitud versus distancia para los tipos de desvanecimiento lento y rápido que discutiremos más adelante.
Tipos de desvanecimiento
Considerando varios deterioros relacionados con el canal y la posición del transmisor/receptor, los siguientes son los tipos de desvanecimiento en el sistema de comunicación inalámbrica.
➤Desvanecimiento a gran escala: incluye pérdida de trayectoria y efectos de sombreado.
➤Desvanecimiento a pequeña escala: se divide en dos categorías principales, a saber. dispersión de retardo por trayectos múltiples y dispersión Doppler. La dispersión del retardo por trayectos múltiples se divide a su vez en desvanecimiento plano y desvanecimiento selectivo de frecuencia. La propagación Doppler se divide en desvanecimiento rápido y desvanecimiento lento.
➤Modelos de desvanecimiento: los tipos de desvanecimiento anteriores se implementan en varios modelos o distribuciones que incluyen Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull, etc.
Como sabemos, las señales que se desvanecen se producen debido a reflejos del suelo y de los edificios circundantes, así como a señales dispersas de árboles, personas y torres presentes en un área grande. Hay dos tipos de desvanecimiento. desvanecimiento a gran escala y desvanecimiento a pequeña escala.
1.) Desvanecimiento a gran escala
El desvanecimiento a gran escala ocurre cuando un obstáculo se interpone entre el transmisor y el receptor. Este tipo de interferencia provoca una reducción significativa de la intensidad de la señal. Esto se debe a que el obstáculo ensombrece o bloquea la onda EM. Está relacionado con grandes fluctuaciones de la señal a lo largo de la distancia.
1.a) Pérdida de trayectoria
La pérdida de trayectoria en el espacio libre se puede expresar de la siguiente manera.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Dónde,
Pt = potencia de transmisión
Pr = Recibir potencia
λ = longitud de onda
d = distancia entre la antena transmisora y receptora
c = velocidad de la luz, es decir, 3 x 108
De la ecuación se desprende que la señal transmitida se atenúa a lo largo de la distancia a medida que la señal se distribuye en un área cada vez mayor desde el extremo de transmisión hacia el extremo de recepción.
1.b) Efecto de sombra
• Se observa en la comunicación inalámbrica. El sombreado es la desviación de la potencia recibida de la señal EM del valor promedio.
• Es resultado de obstáculos en el camino entre el transmisor y el receptor.
• Depende de la posición geográfica y de la radiofrecuencia de las ondas EM (electromagnéticas).
2. Desvanecimiento a pequeña escala
El desvanecimiento a pequeña escala se refiere a fluctuaciones rápidas de la intensidad de la señal recibida en distancias muy cortas y períodos de tiempo cortos.
Residencia endispersión del retardo por trayectos múltiplesHay dos tipos de desvanecimiento a pequeña escala, a saber. desvanecimiento plano y desvanecimiento selectivo de frecuencia. Estos tipos de desvanecimiento por trayectos múltiples dependen del entorno de propagación.
2.a) Desvanecimiento plano
Se dice que el canal inalámbrico tiene desvanecimiento plano si tiene una ganancia constante y una respuesta de fase lineal en un ancho de banda mayor que el ancho de banda de la señal transmitida.
En este tipo de desvanecimiento, todos los componentes de frecuencia de la señal recibida fluctúan simultáneamente en las mismas proporciones. También se le conoce como desvanecimiento no selectivo.
• Señal BW << Canal BW
• Período de símbolo >> Spread de retardo
El efecto del desvanecimiento plano se observa como una disminución de la SNR. Estos canales de desvanecimiento plano se conocen como canales de amplitud variable o canales de banda estrecha.
2.b) Desvanecimiento selectivo en frecuencia
Afecta a diferentes componentes espectrales de una señal de radio con diferentes amplitudes. De ahí el nombre de desvanecimiento selectivo.
• Señal BW > Canal BW
• Período del símbolo < Spread de retardo
Residencia enpropagación dopplerHay dos tipos de desvanecimiento. desvanecimiento rápido y desvanecimiento lento. Estos tipos de desvanecimiento ensanchado Doppler dependen de la velocidad del móvil, es decir, la velocidad del receptor con respecto al transmisor.
2.c) Desvanecimiento rápido
El fenómeno del desvanecimiento rápido está representado por fluctuaciones rápidas de la señal en áreas pequeñas (es decir, ancho de banda). Cuando las señales lleguen desde todas las direcciones del avión, se observará un rápido desvanecimiento en todas las direcciones del movimiento.
El desvanecimiento rápido ocurre cuando la respuesta al impulso del canal cambia muy rápidamente dentro de la duración del símbolo.
• Alta dispersión Doppler
• Período de símbolo > Tiempo de coherencia
• Variación de señal < Variación de canal
Estos parámetros dan como resultado una dispersión de frecuencia o un desvanecimiento selectivo en el tiempo debido a la dispersión Doppler. El desvanecimiento rápido es el resultado de los reflejos de los objetos locales y el movimiento de los objetos en relación con esos objetos.
En el desvanecimiento rápido, la señal recibida es la suma de numerosas señales que se reflejan desde varias superficies. Esta señal es la suma o diferencia de múltiples señales que pueden ser constructivas o destructivas en función del cambio de fase relativo entre ellas. Las relaciones de fase dependen de la velocidad del movimiento, la frecuencia de transmisión y las longitudes relativas de los caminos.
El desvanecimiento rápido distorsiona la forma del pulso de banda base. Esta distorsión es lineal y creaISI(Interferencia entre símbolos). La ecualización adaptativa reduce el ISI al eliminar la distorsión lineal inducida por el canal.
2.d) Desvanecimiento lento
El desvanecimiento lento es el resultado de la sombra de edificios, colinas, montañas y otros objetos sobre el camino.
• Baja dispersión Doppler
• Período del símbolo <
• Variación de señal >> Variación de canal
Implementación de modelos de Fading o distribuciones de desvanecimiento.
Las implementaciones de modelos de desvanecimiento o distribuciones de desvanecimiento incluyen el desvanecimiento de Rayleigh, el desvanecimiento de Rician, el desvanecimiento de Nakagami y el desvanecimiento de Weibull. Estas distribuciones o modelos de canales están diseñados para incorporar desvanecimiento en la señal de datos de banda base según los requisitos del perfil de desvanecimiento.
desvanecimiento de rayleigh
• En el modelo Rayleigh, sólo se simulan componentes sin línea de visión (NLOS) entre el transmisor y el receptor. Se supone que no existe una ruta LOS entre el transmisor y el receptor.
• MATLAB proporciona la función "rayleighchan" para simular el modelo del canal de Rayleigh.
• La potencia se distribuye exponencialmente.
• La fase está uniformemente distribuida e independiente de la amplitud. Es el tipo de Fading más utilizado en la comunicación inalámbrica.
Desvanecimiento riciano
• En el modelo rician, tanto los componentes de línea de visión (LOS) como los que no lo son (NLOS) se simulan entre el transmisor y el receptor.
• MATLAB proporciona la función "ricianchan" para simular el modelo del canal rician.
Nakagami se desvanece
El canal de desvanecimiento Nakagami es un modelo estadístico utilizado para describir canales de comunicación inalámbrica en los que la señal recibida sufre un desvanecimiento por trayectos múltiples. Representa ambientes con desvanecimiento moderado a severo, como áreas urbanas o suburbanas. La siguiente ecuación se puede utilizar para simular el modelo de canal de desvanecimiento de Nakagami.
• En este caso denotamos h = r*ejΦy el ángulo Φ está distribuido uniformemente en [-π, π]
• Se supone que las variables r y Φ son mutuamente independientes.
• El pdf de Nakagami se expresa como arriba.
• En el pdf de Nakagami, 2σ2= E{r2}, Γ(.) es la función Gamma y k >= (1/2) es la figura de desvanecimiento (grados de libertad relacionados con el número de variables aleatorias gaussionistas agregadas).
• Originalmente fue desarrollado empíricamente basándose en mediciones.
• La potencia de recepción instantánea se distribuye en Gamma. • Con k = 1 Rayleigh = Nakagami
Desvanecimiento de Weibull
Este canal es otro modelo estadístico utilizado para describir el canal de comunicación inalámbrica. El canal de desvanecimiento Weibull se usa comúnmente para representar entornos con varios tipos de condiciones de desvanecimiento, incluidos desvanecimientos débiles y severos.
Dónde,
2σ2= E{r2}
• La distribución de Weibull representa otra generalización de la distribución de Rayleigh.
• Cuando X e Y son variables gaussianas de media iid cero, la envolvente de R = (X2+Y2)1/2se distribuye Rayleigh. • Sin embargo se define la envolvente R = (X2+Y2)1/2, y el pdf correspondiente (perfil de distribución de energía) está distribuido en Weibull.
• La siguiente ecuación se puede utilizar para simular el modelo de desvanecimiento de Weibull.
En esta página hemos analizado varios temas sobre el desvanecimiento, como qué es el canal de desvanecimiento, sus tipos, modelos de desvanecimiento, sus aplicaciones, funciones, etc. Se puede utilizar la información proporcionada en esta página para comparar y derivar la diferencia entre desvanecimiento a pequeña escala y desvanecimiento a gran escala, diferencia entre desvanecimiento plano y desvanecimiento selectivo de frecuencia, diferencia entre desvanecimiento rápido y desvanecimiento lento, diferencia entre desvanecimiento Rayleigh y desvanecimiento Rician y pronto.
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Hora de publicación: 14 de agosto de 2023
