기본

무선 채널 페이딩: 유형, 모델 및 RF 테스트 고려 사항

무선 채널 페이딩페이딩은 전파 경로의 변화로 인해 수신 신호의 진폭, 위상 또는 전력이 변동하는 현상입니다. 이는 링크 마진을 감소시키고, 광대역 신호를 왜곡하며, RF 측정값의 재현성을 저해할 수 있습니다. 시스템에 존재하는 페이딩 유형을 이해하면 엔지니어는 적절한 안테나, 테스트 방법 및 완화 기술을 선택하는 데 도움이 됩니다.

이 가이드에서는 대규모 및 소규모 페이딩, 평탄 채널 및 주파수 선택적 채널, 느린 페이딩 및 빠른 페이딩, 그리고 가장 일반적인 통계적 채널 모델에 대해 설명합니다. 또한 안테나 패턴, 편파 및 테스트 형상이 실제 페이딩 측정에 미치는 영향도 보여줍니다.

무선 채널 페이딩이란 무엇인가요?

무선 신호는 이상적인 경로 하나만을 통해 수신기에 도달하는 경우가 드뭅니다. 건물, 지형, 차량, 장비 및 기타 물체는 전자기파를 차단, 반사, 회절 또는 산란시킬 수 있습니다. 따라서 동일한 신호가 여러 개 수신되어 서로 다른 지연 시간, 진폭, 위상 및 입사각을 가질 수 있습니다. 이러한 신호들의 결합은 특정 위치나 주파수에서는 보강 간섭을, 다른 위치나 주파수에서는 상쇄 간섭을 일으킬 수 있습니다.

페이딩은 확정적인 자유 공간 경로 손실과는 다릅니다. 경로 손실은 거리와 주파수가 증가함에 따라 전력이 전반적으로 감소하는 현상을 나타내는 반면, 페이딩은 그 평균값 주변에서 발생하는 추가적인 변동을 의미합니다. 엔지니어들은 일반적으로 페이딩을 공간적 규모와 채널 선택성이라는 두 가지 독립적인 축을 기준으로 분류합니다.

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그림 1.수신 신호 레벨의 느린 변화와 빠른 변화는 서로 다른 페이딩 시간 또는 거리 규모를 나타냅니다.

무선 신호 감쇠는 어떻게 분류되는가?

대규모 퇴색이는 주로 경로 손실 변화와 음영 효과로 인해 상대적으로 긴 거리에 걸쳐 점진적으로 발생하는 변화를 설명합니다.소규모 퇴색다중경로 및 움직임으로 인해 짧은 거리 또는 짧은 시간 간격 동안 급격한 변화가 발생하는 현상을 설명합니다.

소규모 페이딩은 지연 확산에 따라 평탄형 또는 주파수 선택적 페이딩으로, 도플러 확산에 따라 느린 페이딩 또는 빠른 페이딩으로 분류할 수 있습니다. 이러한 분류는 별개입니다. 즉, 채널은 평탄형이면서 빠른 페이딩, 평탄형이면서 느린 페이딩, 주파수 선택적이면서 빠른 페이딩, 또는 주파수 선택적이면서 느린 페이딩을 가질 수 있습니다.

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대규모 페이딩: 경로 손실 및 섀도잉

경로손실 추세

경로 손실은 전파 거리에 따른 수신 전력의 평균 감소량입니다. 장애물이 없는 자유 공간에서는 손실이 파장과 거리에 비례합니다. 실제 환경에서는 지형, 잡음, 대기 효과 및 안테나 높이에 따른 영향 등 여러 요인이 추가되므로, 실제 링크 버짓 계산에는 일반적으로 구축 시나리오에 적합한 전파 모델이 사용됩니다.

그림자가 사라지다

음영 현상은 큰 물체가 전파의 직접적인 경로를 부분적으로 또는 완전히 차단할 때 발생합니다. 건물, 언덕, 기계류 및 차량 본체는 송신기, 수신기 또는 주변 환경의 변화에 ​​​​따라 수신 레벨의 변화를 상대적으로 느리게 만들 수 있습니다. 음영 페이딩은 일반적으로 국부 평균 경로 손실을 중심으로 통계적으로 표현됩니다.

소규모 페이딩: 다중경로 및 모션

평탄 페이딩과 주파수 선택적 페이딩의 차이점

채널은 대략 다음과 같습니다.플랫 페이딩채널의 결맞음 대역폭이 점유된 신호 대역폭보다 넓을 때, 채널은 스펙트럼을 크게 변형시키지 않고 신호의 진폭과 위상을 변경합니다.

채널이 됩니다주파수 선택적신호 대역폭이 결맞음 대역폭에 비해 클 때, 서로 다른 스펙트럼 성분들은 서로 다른 이득과 위상을 경험하게 됩니다. 근본적인 원인은 분해 가능한 다중경로 지연 확산이며, 이는 디지털 링크에서 심볼 간 간섭을 일으킬 수 있습니다.

느린 페이드 인/아웃 vs. 빠른 페이드 인/아웃

서서히 사라지는이는 해당 신호 전송 간격 동안 채널 변화가 거의 없음을 의미합니다.빠르게 바래짐이는 해당 시간 간격 동안 채널이 크게 변화함을 의미합니다. 송신기, 수신기 및 주변 산란체 사이의 상대적인 움직임은 도플러 편이를 발생시키고 채널 코히어런스 시간을 단축시킵니다.

분류 주요 비교 일반적인 효과
플랫 페이딩 신호 대역폭은 결맞음 대역폭보다 작습니다. 신호 전체에 걸쳐 진폭과 위상이 크게 변화합니다.
주파수 선택 신호 대역폭이 결맞음 대역폭보다 크다 스펙트럼 왜곡 및 심볼 간 간섭 가능성
서서히 사라지는 신호 전달 간격에 비해 일관성 유지 시간이 길다 점진적인 링크 수준 변화
빠르게 바래짐 신호 간격에 비해 일관성 유지 시간이 짧습니다. 급격한 변동 및 도플러 관련 손상

일반적인 통계적 페이딩 모델

  • 레일리 페이딩:일반적으로 단일한 주요 시선 방향 성분이 존재하지 않고 수신 신호가 여러 분산된 성분으로 구성될 때 사용됩니다.
  • 리시안 페이딩:주요 성분과 여러 개의 분산된 다중경로 성분을 포함합니다. 라이시안 K-인자는 주요 성분과 확산 성분 간의 전력 비율을 나타냅니다.
  • 나카가미의 소멸:형태 매개변수를 통해 다양한 페이딩 심각도를 나타낼 수 있는 유연한 경험적 분포.
  • 와이블 분포의 감소:선택된 측정된 전파 환경에 사용되는 또 다른 적응형 통계 분포입니다.

모델 선택은 실제 환경, 주파수, 이동성, 안테나 구성 및 측정 데이터를 기반으로 해야 합니다. 최신 MATLAB 워크플로는 다음과 같은 객체를 사용합니다.comm.RayleighChannel그리고comm.RicianChannel이 문서의 이전 버전에서 언급된 구식 함수들 대신에 말입니다.

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그림 3.통계적 엔벨로프 분포는 측정된 페이딩 동작에 대한 간결한 모델을 제공합니다.

페이딩 현상이 RF 시스템 성능에 미치는 영향

페이딩은 수신 전력을 감소시키고, 신호 대 잡음비를 낮추며, 오류율을 증가시키고, 무선 링크를 중단시킬 수 있습니다. 주파수 선택적 페이딩은 광대역 파형을 왜곡할 수 있으며, 급격한 도플러 변화는 채널 추정을 더욱 어렵게 만들 수 있습니다.

일반적인 완화 방법은 다음과 같습니다.

  • 충분한 링크 여유 및 자동 이득 제어;
  • 시간, 주파수, 공간 또는 편광 다양성;
  • 이퀄라이제이션 및 멀티캐리어 파형 설계;
  • 채널 코딩, 인터리빙 및 적응형 변조;
  • MIMO 처리 및 빔 조향;
  • 안테나 배치, 패턴 선택 및 편파 제어에 세심한 주의를 기울여야 합니다.

단일 기술로 모든 페이딩 현상을 제거할 수는 없습니다. 올바른 접근 방식은 채널 통계, 사용 대역폭, 이동성, 커버리지 요구 사항 및 허용 가능한 서비스 중단 확률에 따라 달라집니다.

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그림 4.측정된 데이터를 통해 특정 채널에 통계적 분포가 적합한지 여부를 판단해야 합니다.

채널 사운딩 및 페이딩 테스트를 위한 안테나 선정

안테나 자체가 전파 채널을 생성하는 것은 아니지만, 송수신되는 경로와 편파에 큰 영향을 미칩니다. 이득, 빔폭, 방사 패턴, 편파 순도, 위상 안정성 및 설치 형상은 모두 측정된 채널 동작에 영향을 줄 수 있습니다.

반복 가능한 채널 또는 페이딩 측정값을 얻으려면 다음을 기록하십시오.

  • 전체 주파수 범위 및 순간 측정 대역폭;
  • 주파수에 따른 안테나 이득 및 빔폭;
  • 선형, 이중선형 또는 원형 편광 요구 사항;
  • 안테나 높이, 방향, 간격 및 주변 구조물;
  • RF 커넥터, 케이블 손실 및 교정 기준면;
  • 송신기, 수신기 및 산란체의 움직임;
  • 지연 확산, 도플러 확산 및 필요한 동적 범위.

RF MISO 안테나 옵션

RF MISO는 실험실, 현장 및 시스템 통합 작업에 사용되는 RF 및 마이크로파 안테나를 설계 및 공급합니다. 필요한 커버리지 및 측정 형상에 따라 엔지니어는 다음과 같은 사항을 고려할 수 있습니다.광대역 혼 안테나방향성 광대역 측정의 경우,로그 주기 안테나광범위한 주파수 범위를 위해, 또는무지향성 안테나선택된 적용 범위 및 전파 연구를 위해.

주파수 범위, 이득, 편파, VSWR, 커넥터 및 기계적 치수에 대해서는 최신 모델 데이터시트를 검토하십시오. 특정 용도에 맞는 제품을 선택하려면 테스트 대역, 대역폭, 필요한 패턴, 편파, 장착 제약 조건 및 측정 환경을 RF MISO 팀과 공유하십시오.

RF 측정 요구사항에 대해 논의하십시오.

RF MISO는 채널 탐색, 전파 연구, 무선 시스템 평가 및 관련 RF 측정에 적합한 안테나 옵션을 식별하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

안테나 테스트 기능을 살펴보세요|RF MISO에 문의하세요

참고 자료 및 추가 읽을거리


게시 시간: 2023년 8월 14일

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