무선 통신의 페이딩 기본 및 페이딩 유형

다양한 채널 관련 손상과 송신기/수신기의 위치를 ​​고려하면 다음과 같은 무선 통신 시스템의 페이딩 유형이 있습니다.
➤ 대규모 페이딩: 경로 손실 및 그림자 효과가 포함됩니다.
➤Small Scale Fading: 두 가지 주요 범주로 나뉩니다. 다중 경로 지연 확산 및 도플러 확산. 다중경로 지연 확산은 플랫 페이딩과 주파수 선택성 페이딩으로 더 구분됩니다. 도플러 확산은 빠른 페이딩과 느린 페이딩으로 구분됩니다.
➤페이딩 모델: 위의 페이딩 유형은 Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull 등을 포함한 다양한 모델 또는 분포에서 구현됩니다.

우리가 알고 있듯이 페이딩 신호는 지면과 주변 건물의 반사뿐만 아니라 넓은 지역에 존재하는 나무, 사람, 타워에서 산란된 신호로 인해 발생합니다. 페이딩에는 두 가지 유형이 있습니다. 대규모 페이딩 및 소규모 페이딩.

1.) 대규모 페이딩

송신기와 수신기 사이에 장애물이 들어오면 대규모 페이딩이 발생합니다. 이 간섭 유형은 신호 강도를 상당히 감소시킵니다. 이는 전자기파가 장애물에 의해 가려지거나 차단되기 때문입니다. 이는 거리에 따른 신호의 큰 변동과 관련이 있습니다.

1.a) 경로 손실

자유 공간 경로 손실은 다음과 같이 표현될 수 있다.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)²/ λ²} = (4*π*f*d)²/c²
어디,
Pt = 송신 전력
Pr = 전원을 받다
λ = 파장
d = 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 거리
c = 빛의 속도, 즉 3 x 10⁸

방정식에서 이는 신호가 전송 끝에서 수신 끝을 향해 점점 더 넓은 영역으로 확산됨에 따라 전송된 신호가 거리에 따라 감쇠된다는 것을 의미합니다.

1.b) 그림자 효과

• 무선 통신에서 관찰됩니다. 섀도우잉(Shadowing)은 EM 신호의 수신 전력과 평균값의 편차입니다.
• 송신기와 수신기 사이의 경로에 장애물이 있는 경우입니다.
• 지리적 위치와 EM(전자기)파의 무선 주파수에 따라 달라집니다.

2. 소규모 페이딩

소규모 페이딩은 매우 짧은 거리와 짧은 시간 동안 수신된 신호 강도의 급격한 변동과 관련이 있습니다.

기반다중 경로 지연 확산소규모 페이딩에는 두 가지 유형이 있습니다. 플랫 페이딩 및 주파수 선택적 페이딩. 이러한 다중 경로 페이딩 유형은 전파 환경에 따라 다릅니다.

2.a) 플랫 페이딩

전송된 신호의 대역폭보다 큰 대역폭에 걸쳐 일정한 이득과 선형 위상 응답을 갖는 경우 무선 채널을 플랫 페이딩이라고 합니다.

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

• 신호 대역폭 << 채널 대역폭
• 기호 기간 >> 지연 확산

플랫 페이딩의 효과는 SNR의 감소로 나타납니다. 이러한 플랫 페이딩 채널은 진폭 가변 채널 또는 협대역 채널로 알려져 있습니다.

2.b) 주파수 선택적 페이딩

이는 다양한 진폭을 갖는 무선 신호의 다양한 스펙트럼 구성 요소에 영향을 미칩니다. 따라서 이름은 선택적 페이딩입니다.

• 신호 대역폭 > 채널 대역폭
• 기호 기간 < 지연 스프레드

기반도플러 확산페이딩에는 두 가지 유형이 있습니다. 빠른 페이딩과 느린 페이딩. 이러한 도플러 확산 페이딩 유형은 모바일 속도, 즉 송신기에 대한 수신기의 속도에 따라 달라집니다.

2.c) 빠른 페이딩

빠른 페이딩 현상은 작은 영역(예: 대역폭)에 걸쳐 신호가 급격히 변동하는 것으로 나타납니다. 신호가 평면의 모든 방향에서 도착하면 모든 동작 방향에서 빠른 페이딩이 관찰됩니다.

빠른 페이딩은 채널 임펄스 응답이 기호 지속 시간 내에서 매우 빠르게 변할 때 발생합니다.

• 높은 도플러 확산
• 기호주기 > 일관성 시간
• 신호 변화 < 채널 변화

이 매개변수는 도플러 확산으로 인해 주파수 분산 또는 시간 선택적 페이딩을 초래합니다. 빠른 페이딩은 로컬 개체의 반사와 해당 개체에 대한 개체의 움직임의 결과입니다.

빠른 페이딩에서 수신 신호는 다양한 표면에서 반사되는 수많은 신호의 합입니다. 이 신호는 신호 간의 상대적인 위상 편이를 기반으로 건설적이거나 파괴적일 수 있는 여러 신호의 합 또는 차이입니다. 위상 관계는 동작 속도, 전송 주파수 및 상대 경로 길이에 따라 달라집니다.

빠른 페이딩은 기저대역 펄스의 모양을 왜곡합니다. 이 왜곡은 선형적이며 다음을 생성합니다.ISI(기호 간 간섭). 적응형 등화는 채널에 의해 유발된 선형 왜곡을 제거하여 ISI를 줄입니다.

2.d) 느린 페이딩

느린 페이딩은 경로 위의 건물, 언덕, 산 및 기타 물체에 의한 그림자의 결과입니다.

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

페이딩 모델 또는 페이딩 분포 구현

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

레일리 페이딩

• Rayleigh 모델에서는 송신기와 수신기 사이에서 NLOS(Non Line of Sight) 구성 요소만 시뮬레이션됩니다. 송신기와 수신기 사이에는 LOS 경로가 존재하지 않는다고 가정합니다.
• MATLAB은 레일리 채널 모델을 시뮬레이션하기 위해 "rayleighchan" 기능을 제공합니다.
• 전력은 기하급수적으로 분산됩니다.
• 위상은 균일하게 분포되어 있으며 진폭과 독립적입니다. 무선 통신에서 가장 많이 사용되는 페이딩 유형입니다.

라이시안 페이딩

• 리시안 모델에서는 LOS(Line of Sight) 및 NLOS(non Line of Sight) 구성 요소가 모두 송신기와 수신기 사이에서 시뮬레이션됩니다.
• MATLAB은 리시안 채널 모델을 시뮬레이션하기 위해 "ricianchan" 기능을 제공합니다.

나카가미 페이딩

나카가미 페이딩 채널은 수신된 신호가 다중 경로 페이딩을 겪는 무선 통신 채널을 설명하는 데 사용되는 통계 모델입니다. 이는 도시나 교외 지역과 같이 중간에서 심각한 페이딩이 있는 환경을 나타냅니다. 다음 방정식을 사용하여 Nakagami 페이딩 채널 모델을 시뮬레이션할 수 있습니다.