무선 통신에서의 페이딩 기본 사항 및 유형

다양한 채널 관련 장애 및 송수신기 위치를 고려할 때 무선 통신 시스템에서 발생하는 페이딩 유형은 다음과 같습니다.
➤대규모 페이딩: 경로 손실 및 그림자 효과를 포함합니다.
➤소규모 페이딩: 이는 크게 다중경로 지연 확산과 도플러 확산의 두 가지 범주로 나뉩니다. 다중경로 지연 확산은 다시 평탄 페이딩과 주파수 선택적 페이딩으로 구분됩니다. 도플러 확산은 빠른 페이딩과 느린 페이딩으로 나뉩니다.
➤페이딩 모델: 위의 페이딩 유형은 Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull 등을 포함한 다양한 모델 또는 분포로 구현됩니다.

알려진 바와 같이, 신호 감쇠는 지면과 주변 건물에서의 반사뿐만 아니라 넓은 지역에 존재하는 나무, 사람, 탑 등으로부터 산란된 신호 때문에 발생합니다. 신호 감쇠에는 대규모 감쇠와 소규모 감쇠의 두 가지 유형이 있습니다.

1.) 대규모 페이딩

대규모 페이딩은 송신기와 수신기 사이에 장애물이 있을 때 발생합니다. 이러한 간섭 유형은 신호 강도를 크게 감소시키는데, 이는 전자기파가 장애물에 의해 가려지거나 차단되기 때문입니다. 또한, 이는 거리에 따른 신호의 큰 변동과 관련이 있습니다.

1.a) 경로 손실

자유 공간 경로 손실은 다음과 같이 표현할 수 있습니다.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)²/ λ²} = (4*π*f*d)²/c²
어디,
Pt = 송신 전력
Pr = 수신 전력
λ = 파장
d = 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 거리
c = 빛의 속도, 즉 3 x 10⁶⁸

이 방정식에 따르면 송신 신호는 송신단에서 수신단으로 갈수록 점점 더 넓은 영역에 퍼지기 때문에 거리에 따라 감쇠됩니다.

1.b) 그림자 효과

• 이는 무선 통신에서 관찰되는 현상입니다. 섀도잉은 수신된 전자기 신호의 전력이 평균값에서 벗어나는 현상입니다.
• 이는 송신기와 수신기 사이의 경로에 장애물이 존재하기 때문에 발생합니다.
• 이는 지리적 위치뿐만 아니라 전자기파(EM)의 무선 주파수에도 영향을 받습니다.

2. 소규모 페이딩

소규모 페이딩은 매우 짧은 거리와 짧은 시간 동안 수신 신호 강도가 급격하게 변동하는 현상입니다.

~을 기반으로다중경로 지연 확산소규모 페이딩에는 평탄 페이딩과 주파수 선택적 페이딩의 두 가지 유형이 있습니다. 이러한 다중경로 페이딩 유형은 전파 환경에 따라 달라집니다.

2.a) 평면 페이딩

무선 채널이 평탄 페이딩을 한다고 하는 것은 전송 신호의 대역폭보다 큰 대역폭에 걸쳐 일정한 이득과 선형적인 위상 응답을 보이는 경우를 말합니다.

이러한 유형의 페이딩에서는 수신 신호의 모든 주파수 성분이 동시에 동일한 비율로 변동합니다. 이를 비선택적 페이딩이라고도 합니다.

• 신호 대역폭 << 채널 대역폭
• 심볼 기간 >> 지연 스프레드

평탄 페이딩 현상은 SNR(신호 대 잡음비)의 감소로 나타납니다. 이러한 평탄 페이딩 채널은 진폭 가변 채널 또는 협대역 채널이라고도 합니다.

2.b) 주파수 선택적 페이딩

이는 진폭이 서로 다른 무선 신호의 여러 스펙트럼 구성 요소에 영향을 미칩니다. 따라서 선택적 페이딩이라고 합니다.

• 신호 대역폭 > 채널 대역폭
• 심볼 기간 < 지연 스프레드

~을 기반으로도플러 확산페이딩에는 빠른 페이딩과 느린 페이딩의 두 가지 유형이 있습니다. 이러한 도플러 확산 페이딩 유형은 이동통신 기기의 속도, 즉 송신기에 대한 수신기의 속도에 따라 달라집니다.

2.c) 빠른 퇴색

빠른 페이딩 현상은 좁은 영역(즉, 대역폭)에서 신호가 급격하게 변동하는 현상으로 나타납니다. 평면상의 모든 방향에서 신호가 도달할 때, 빠른 페이딩은 모든 운동 방향에서 관찰됩니다.

빠른 페이딩은 심볼 지속 시간 내에 채널 임펄스 응답이 매우 빠르게 변화할 때 발생합니다.

• 높은 도플러 확산
• 심볼 주기 > 코히어런스 시간
• 신호 변동 < 채널 변동

이러한 매개변수는 도플러 확산으로 인한 주파수 분산 또는 시간 선택적 페이딩을 유발합니다. 빠른 페이딩은 주변 물체의 반사와 물체의 상대적인 움직임으로 인해 발생합니다.

빠른 페이딩 환경에서 수신 신호는 다양한 표면에서 반사된 수많은 신호의 합입니다. 이 신호는 여러 신호의 합 또는 차이며, 신호들 간의 상대적인 위상차에 따라 보강 간섭 또는 소멸 간섭이 발생할 수 있습니다. 위상 관계는 이동 속도, 전송 주파수 및 상대적인 경로 길이에 따라 달라집니다.

빠른 페이딩은 기저대역 펄스의 모양을 왜곡합니다. 이러한 왜곡은 선형적이며 다음과 같은 결과를 초래합니다.아이시(채널 간 간섭, ISI) 적응형 등화는 채널로 인해 발생하는 선형 왜곡을 제거하여 ISI를 줄입니다.

2.d) 서서히 사라지는

서서히 색이 바래는 것은 건물, 언덕, 산 및 기타 경로 위의 물체에 의해 그림자가 드리워지기 때문입니다.

• 낮은 도플러 확산
• 기호 기간 <
• 신호 변동 >> 채널 변동

페이딩 모델 또는 페이딩 분포의 구현

페이딩 모델 또는 페이딩 분포의 구현에는 Rayleigh 페이딩, Rician 페이딩, Nakagami 페이딩 및 Weibull 페이딩이 포함됩니다. 이러한 채널 분포 또는 모델은 페이딩 프로파일 요구 사항에 따라 기저대역 데이터 신호에 페이딩을 반영하도록 설계되었습니다.

레일리 페이딩

• 레일리 모델에서는 송신기와 수신기 사이의 비가시선(NLOS) 성분만 시뮬레이션합니다. 송신기와 수신기 사이에 가시선(LOS) 경로가 존재하지 않는다고 가정합니다.
• MATLAB은 레일리 채널 모델을 시뮬레이션하기 위한 "rayleighchan" 함수를 제공합니다.
• 전력은 지수 분포를 따른다.
• 위상은 균일하게 분포하며 진폭과 무관합니다. 이는 무선 통신에서 가장 많이 사용되는 페이딩 유형입니다.

리시안 페이딩

• 라이시안 모델에서는 송신기와 수신기 사이의 가시선(LOS) 및 비가시선(NLOS) 구성 요소를 모두 시뮬레이션합니다.
• MATLAB은 리시안 수로 모델을 시뮬레이션하기 위한 "ricianchan" 함수를 제공합니다.

나카가미의 소멸

나카가미 페이딩 채널은 수신 신호가 다중경로 페이딩을 겪는 무선 통신 채널을 설명하는 데 사용되는 통계 모델입니다. 이 모델은 도시 또는 교외 지역과 같이 중간 정도에서 심각한 페이딩 환경을 나타냅니다. 다음 방정식을 사용하여 나카가미 페이딩 채널 모델을 시뮬레이션할 수 있습니다.