Esta página describe los fundamentos del desvanecimiento y sus tipos en las comunicaciones inalámbricas. Los tipos de desvanecimiento se dividen en desvanecimiento a gran escala y desvanecimiento a pequeña escala (propagación por retardo multitrayecto y propagación Doppler).
El desvanecimiento plano y el desvanecimiento por selección de frecuencia forman parte del desvanecimiento multitrayecto, mientras que el desvanecimiento rápido y el desvanecimiento lento forman parte del desvanecimiento por propagación Doppler. Estos tipos de desvanecimiento se implementan según las distribuciones o modelos de Rayleigh, Rician, Nakagami y Weibull.
Introducción:
Como sabemos, un sistema de comunicación inalámbrica consta de un transmisor y un receptor. La trayectoria del transmisor al receptor no es uniforme y la señal transmitida puede sufrir diversos tipos de atenuación, como pérdida de trayectoria y atenuación por trayecto múltiple. La atenuación de la señal a lo largo de la trayectoria depende de diversos factores, como el tiempo, la radiofrecuencia y la trayectoria o posición del transmisor/receptor. El canal entre el transmisor y el receptor puede ser variable en el tiempo o fijo, dependiendo de si el transmisor/receptor está fijo o se mueve entre sí.
¿Qué es el desvanecimiento?
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 diversos factores, como se mencionó anteriormente. En un entorno fijo, el desvanecimiento depende de las condiciones atmosféricas, como la lluvia, los rayos, etc. En un entorno móvil, el desvanecimiento depende de los obstáculos en la ruta, que varían con el tiempo. Estos obstáculos crean efectos complejos en la señal transmitida.
La figura 1 muestra un gráfico de amplitud versus distancia para los tipos de desvanecimiento lento y desvanecimiento rápido que analizaremos más adelante.
Tipos de desvanecimiento
Teniendo en cuenta diversas deficiencias relacionadas 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: propagación por retardo multitrayecto y propagación Doppler. La propagación por retardo multitrayecto se divide a su vez en desvanecimiento plano y desvanecimiento selectivo en 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, el desvanecimiento de las señales se produce debido a las reflexiones del suelo y los edificios circundantes, así como a la dispersión de las señales provenientes de árboles, personas y torres presentes en un área extensa. Existen dos tipos de desvanecimiento: el desvanecimiento a gran escala y el desvanecimiento a pequeña escala.
1.) Desvanecimiento a gran escala
El desvanecimiento a gran escala se produce 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 la onda electromagnética queda ensombrecida o bloqueada por el obstáculo. Está relacionada 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/ la2} = (4*π*f*d)2/c2
Dónde,
Pt = Potencia de transmisión
Pr = Potencia de recepción
λ = longitud de onda
d = distancia entre la antena transmisora y la receptora
c = velocidad de la luz, es decir 3 x 108
De la ecuación se desprende que la señal transmitida se atenúa con la distancia a medida que se propaga sobre un área cada vez más grande desde el extremo de transmisión hacia el extremo de recepción.
1.b) Efecto de sombreado
Se observa en las comunicaciones inalámbricas. El sombreado es la desviación de la potencia recibida de la señal electromagnética con respecto al valor promedio.
• Es resultado de obstáculos en el camino entre el transmisor y el receptor.
• Depende de la posición geográfica así como de la frecuencia de radio 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 enpropagación del retardo por trayectos múltiplesExisten dos tipos de desvanecimiento a pequeña escala: el desvanecimiento plano y el desvanecimiento selectivo en frecuencia. Estos tipos de desvanecimiento por trayectos múltiples dependen del entorno de propagación.
2.a) Desvanecimiento plano
Se dice que un canal inalámbrico tiene desvanecimiento plano si tiene una ganancia constante y una respuesta de fase lineal en un ancho de banda que es 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 la misma proporción. También se conoce como desvanecimiento no selectivo.
• Ancho de banda de la señal << Ancho de banda del canal
• Período del símbolo >> Spread de retardo
El efecto del desvanecimiento plano se observa como una disminución de la relación señal/ruido (SNR). Estos canales de desvanecimiento plano se conocen como canales de amplitud variable o canales de banda estrecha.
2.b) Desvanecimiento selectivo de frecuencia
Afecta a diferentes componentes espectrales de una señal de radio con distintas amplitudes. De ahí el nombre de desvanecimiento selectivo.
• Ancho de banda de la señal > Ancho de banda del canal
• Periodo del símbolo < Spread de retardo
Residencia enpropagación DopplerExisten dos tipos de desvanecimiento: rápido y lento. Estos tipos de desvanecimiento por propagación 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 se caracteriza por fluctuaciones rápidas de la señal en áreas pequeñas (es decir, ancho de banda). Cuando las señales llegan desde todas las direcciones del plano, se observará un desvanecimiento rápido en todas las direcciones de movimiento.
El desvanecimiento rápido se produce cuando la respuesta al impulso del canal cambia muy rápidamente dentro de la duración del símbolo.
• Alta dispersión Doppler
• Periodo del símbolo > Tiempo de coherencia
• Variación de la señal < Variación del canal
Estos parámetros resultan en dispersión de frecuencia o desvanecimiento selectivo en el tiempo debido a la dispersión Doppler. El desvanecimiento rápido se debe a las reflexiones de objetos locales y al movimiento de los objetos con respecto a ellos.
En el desvanecimiento rápido, la señal recibida es la suma de numerosas señales reflejadas desde diversas superficies. Esta señal es la suma o diferencia de múltiples señales, que pueden ser constructivas o destructivas según su desfase relativo. Las relaciones de fase dependen de la velocidad de movimiento, la frecuencia de transmisión y las longitudes de trayectoria relativas.
El desvanecimiento rápido distorsiona la forma del pulso de banda base. Esta distorsión es lineal y crea...ISI(Interferencia entre símbolos). La ecualización adaptativa reduce la ISI al eliminar la distorsión lineal inducida por el canal.
2.d) Desvanecimiento lento
El desvanecimiento lento es el resultado del sombreado producido por edificios, colinas, montañas y otros objetos sobre el camino.
• Baja dispersión Doppler
• Periodo del símbolo <
• Variación de la señal >> Variación del canal
Implementación de modelos de desvanecimiento o distribuciones de desvanecimiento
Las implementaciones de modelos 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 canal están diseñados para incorporar el desvanecimiento en la señal de datos de banda base según los requisitos del perfil de desvanecimiento.
Desvanecimiento de Rayleigh
En el modelo de Rayleigh, solo se simulan componentes sin línea de visión (NLOS) entre el transmisor y el receptor. Se asume que no existe una ruta LOS entre ambos.
• MATLAB proporciona la función "rayleighchan" para simular el modelo de canal de Rayleigh.
• La potencia se distribuye exponencialmente.
La fase se distribuye uniformemente y es independiente de la amplitud. Es el tipo de desvanecimiento más utilizado en las comunicaciones inalámbricas.
Desvanecimiento riciano
• En el modelo rician, se simulan los componentes de línea de visión (LOS) y no línea de visión (NLOS) entre el transmisor y el receptor.
• MATLAB proporciona la función "ricianchan" para simular el modelo de canal rician.
Nakagami se desvanece
El canal de desvanecimiento de Nakagami es un modelo estadístico que describe canales de comunicación inalámbrica en los que la señal recibida sufre desvanecimiento por trayectos múltiples. Representa entornos con desvanecimiento de moderado a severo, como zonas urbanas o suburbanas. La siguiente ecuación permite simular el modelo del canal de desvanecimiento de Nakagami.
• En este caso denotamos h = r*ejΦy el ángulo Φ se distribuye 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 cifra de desvanecimiento (grados de libertad relacionados con la cantidad de variables aleatorias de Gaussion agregadas).
• Originalmente se desarrolló de forma empírica basándose en mediciones.
• La potencia de recepción instantánea se distribuye 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 de Weibull se utiliza comúnmente para representar entornos con diversos tipos de desvanecimiento, incluyendo 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 iid de media cero, la envolvente de R = (X2+ Y2)1/2se distribuye Rayleigh. • Sin embargo, la envolvente se define R = (X2+ Y2)1/2, y el pdf (perfil de distribución de potencia) correspondiente está distribuido según Weibull.
• La siguiente ecuación se puede utilizar para simular el modelo de desvanecimiento de Weibull.
En esta página, hemos abordado diversos temas sobre el desvanecimiento, como qué es un canal de desvanecimiento, sus tipos, modelos de desvanecimiento, sus aplicaciones, funciones, etc. La información proporcionada en esta página permite comparar y determinar la diferencia entre el desvanecimiento a pequeña y gran escala, la diferencia entre el desvanecimiento plano y el desvanecimiento selectivo en frecuencia, la diferencia entre el desvanecimiento rápido y el desvanecimiento lento, la diferencia entre el desvanecimiento de Rayleigh y el desvanecimiento de Rician, etc.
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Hora de publicación: 14 de agosto de 2023
