Inilalarawan ng pahinang ito ang mga pangunahing kaalaman sa Fading at mga uri ng fading sa wireless na komunikasyon. Ang mga uri ng Fading ay nahahati sa large scale fading at small scale fading (multipath delay spread at doppler spread).
Ang flat fading at frequency selectioning fading ay bahagi ng multipath fading samantalang ang fast fading at slow fading ay bahagi naman ng doppler spread fading. Ang mga uri ng fading na ito ay ipinapatupad ayon sa mga distribusyon o modelo ng Rayleigh, Rician, Nakagami at Weibull.
Panimula:
Gaya ng alam natin, ang sistema ng komunikasyong wireless ay binubuo ng transmitter at receiver. Ang landas mula transmitter patungo sa receiver ay hindi maayos at ang ipinadalang signal ay maaaring dumaan sa iba't ibang uri ng attenuation kabilang ang path loss, multipath attenuation, atbp. Ang signal attenuation sa landas ay depende sa iba't ibang salik. Ang mga ito ay oras, radio frequency, at landas o posisyon ng transmitter/receiver. Ang channel sa pagitan ng transmitter at receiver ay maaaring mag-iba-iba o nakapirmi depende sa kung ang transmitter/receiver ay nakapirmi o gumagalaw nang may respeto sa isa't isa.
Ano ang pagkupas?
Ang pagkakaiba-iba ng oras ng natanggap na lakas ng signal dahil sa mga pagbabago sa medium o landas ng transmisyon ay kilala bilang fading. Ang fading ay nakadepende sa iba't ibang salik gaya ng nabanggit sa itaas. Sa fixed scenario, ang fading ay nakadepende sa mga kondisyon ng atmospera tulad ng ulan, kidlat, atbp. Sa mobile scenario, ang fading ay nakadepende sa mga balakid sa landas na nag-iiba-iba depende sa oras. Ang mga balakid na ito ay lumilikha ng mga kumplikadong epekto sa transmisyon sa ipinadalang signal.
Inilalarawan ng pigura-1 ang tsart ng amplitude laban sa distansya para sa mga uri ng mabagal na pagkupas at mabilis na pagkupas na tatalakayin natin mamaya.
Mga uri ng pagkupas
Kung isasaalang-alang ang iba't ibang kapansanan na may kaugnayan sa channel at posisyon ng transmitter/receiver, ang mga sumusunod ay ang mga uri ng fading sa wireless communication system.
➤Malawakang Pagkupas: Kabilang dito ang mga epekto ng pagkawala ng landas at pagbabango.
➤Small Scale Fading: Ito ay nahahati sa dalawang pangunahing kategorya: multipath delay spread at doppler spread. Ang multipath delay spread ay nahahati pa sa flat fading at frequency selective fading. Ang Doppler spread ay nahahati sa fast fading at slow fading.
➤Mga modelo ng pagkupas: Ang mga nabanggit na uri ng pagkupas ay ipinapatupad sa iba't ibang modelo o distribusyon na kinabibilangan ng Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull atbp.
Gaya ng alam natin, ang mga signal ng pagkupas ay nangyayari dahil sa mga repleksyon mula sa lupa at mga nakapalibot na gusali pati na rin ang mga kalat-kalat na signal mula sa mga puno, tao, at mga tore na nasa malaking lugar. Mayroong dalawang uri ng pagkupas: ang malawakang pagkupas at ang maliitang pagkupas.
1.) Malaking Pagkupas
Nangyayari ang malawakang pagkupas kapag may isang balakid na pumapasok sa pagitan ng transmitter at receiver. Ang ganitong uri ng interference ay nagdudulot ng malaking pagbawas ng lakas ng signal. Ito ay dahil ang EM wave ay natatakpan o naharangan ng balakid. Ito ay may kaugnayan sa malalaking pagbabago-bago ng signal sa malayo.
1.a) Pagkawala ng landas
Ang pagkawala ng landas ng malayang espasyo ay maaaring ipahayag tulad ng sumusunod.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Kung saan,
Pt = Lakas ng pagpapadala
Pr = Tumanggap ng kapangyarihan
λ = haba ng daluyong
d = distansya sa pagitan ng antena na nagpapadala at tumatanggap
c = bilis ng liwanag i.e. 3 x 108
Mula sa ekwasyon, ipinahihiwatig nito na ang ipinadalang signal ay humihina sa distansya habang ang signal ay kumakalat sa mas malaki at mas malaking lugar mula sa dulo ng transmit patungo sa dulo ng receive.
1.b) Epektong paglililim
• Ito ay naoobserbahan sa komunikasyong wireless. Ang shadowing ay ang paglihis ng natanggap na lakas ng EM signal mula sa karaniwang halaga.
• Ito ay resulta ng mga balakid sa landas sa pagitan ng transmiter at receiver.
• Depende ito sa posisyong heograpikal pati na rin sa radio frequency ng mga EM (ElectroMagnetic) na alon.
2. Maliit na Pagkupas
Ang small scale fading ay tumutukoy sa mabilis na pagbabago-bago ng natatanggap na lakas ng signal sa napakaikling distansya at maikling panahon.
Batay sapagkalat ng pagkaantala ng multipathMayroong dalawang uri ng small scale fading, ang flat fading ay at ang frequency selective fading. Ang mga uri ng multipath fading na ito ay nakadepende sa kapaligiran ng propagasyon.
2.a) Patag na pagkupas
Ang wireless channel ay sinasabing flat fading kung ito ay mayroong constant gain at linear phase response sa isang bandwidth na mas malaki kaysa sa bandwidth ng ipinadalang signal.
Sa ganitong uri ng fading, lahat ng bahagi ng frequency ng natatanggap na signal ay sabay-sabay na nagbabago sa parehong proporsyon. Kilala rin ito bilang non-selective fading.
• Senyales BW << Channel BW
• Panahon ng simbolo >> Pagkalat ng Pagkaantala
Ang epekto ng flat fading ay nakikita bilang pagbaba sa SNR. Ang mga flat fading channel na ito ay kilala bilang amplitude varying channels o narrowband channels.
2.b) Piniling pagkupas ng Dalas
Nakakaapekto ito sa iba't ibang spectral component ng isang radio signal na may iba't ibang amplitude. Kaya naman tinawag itong selective fading.
• Signal BW > Channel BW
• Panahon ng Simbolo < Pagkalat ng Pagkaantala
Batay sapagkalat ng dopplerMayroong dalawang uri ng fading: mabilis na fading at mabagal na fading. Ang mga uri ng doppler spread fading na ito ay nakadepende sa bilis ng mobile, ibig sabihin, bilis ng receiver kaugnay ng transmitter.
2.c) Mabilis na pagkupas
Ang penomeno ng mabilis na pagkupas ay kinakatawan ng mabilis na pagbabago-bago ng signal sa maliliit na lugar (ibig sabihin, bandwidth). Kapag ang mga signal ay dumating mula sa lahat ng direksyon sa eroplano, ang mabilis na pagkupas ay maoobserbahan para sa lahat ng direksyon ng paggalaw.
Nangyayari ang mabilis na pagkupas kapag ang tugon ng channel impulse ay mabilis na nagbabago sa loob ng tagal ng simbolo.
• Mataas na doppler spread
• Panahon ng simbolo > Oras ng pagkakaugnay-ugnay
• Pagbabago-bago ng Signal < Pagbabago-bago ng Channel
Ang mga parametrong ito ay nagreresulta sa frequency dispersion o time selective fading dahil sa doppler spreading. Ang mabilis na pagkupas ay resulta ng mga repleksyon ng mga lokal na bagay at galaw ng mga bagay kaugnay ng mga bagay na iyon.
Sa fast fading, ang receive signal ay ang kabuuan ng maraming signal na naaaninag mula sa iba't ibang surface. Ang signal na ito ay ang kabuuan o pagkakaiba ng maraming signal na maaaring maging constructive o destructive batay sa relatibong phase shift sa pagitan ng mga ito. Ang mga ugnayan ng phase ay nakadepende sa bilis ng galaw, dalas ng transmission, at relatibong haba ng path.
Ang mabilis na pagkupas ay nagpapabago sa hugis ng baseband pulse. Ang distorsyong ito ay linear at lumilikha ngISI(Inter Symbol Interference). Binabawasan ng adaptive equalization ang ISI sa pamamagitan ng pag-aalis ng linear distortion na dulot ng channel.
2.d) Mabagal na pagkupas
Ang mabagal na pagkupas ay resulta ng natatakpang anino ng mga gusali, burol, bundok at iba pang bagay sa ibabaw ng landas.
• Mababang Doppler Spread
• Simbolong panahon <
• Pagbabago-bago ng Signal >> Pagbabago-bago ng Channel
Pagpapatupad ng mga modelo ng Fading o mga distribusyon ng fading
Ang mga implementasyon ng mga fading model o fading distribution ay kinabibilangan ng Rayleigh fading, Rician fading, Nakagami fading at Weibull fading. Ang mga channel distribution o modelong ito ay idinisenyo upang isama ang fading sa baseband data signal ayon sa mga kinakailangan sa fading profile.
Pagkupas ni Rayleigh
• Sa modelong Rayleigh, tanging ang mga bahaging Non Line of Sight (NLOS) ang ginagaya sa pagitan ng transmitter at receiver. Ipinapalagay na walang umiiral na LOS path sa pagitan ng transmitter at receiver.
• Ang MATLAB ay nagbibigay ng tungkuling "rayleighchan" upang gayahin ang modelo ng rayleigh channel.
• Ang kapangyarihan ay ipinamamahagi nang eksponensyal.
• Ang phase ay pantay na ipinamamahagi at malaya mula sa amplitude. Ito ang pinakaginagamit na uri ng Fading sa wireless na komunikasyon.
Pagkupas ng mga taga-Rico
• Sa modelong Rician, ang parehong mga bahaging Line of Sight (LOS) at non-Line of Sight (NLOS) ay ginagaya sa pagitan ng transmitter at receiver.
• Ang MATLAB ay nagbibigay ng tungkuling "ricianchan" upang gayahin ang modelo ng rician channel.
Pagkupas ni Nakagami
Ang Nakagami fadding channel ay isang istatistikal na modelo na ginagamit upang ilarawan ang mga wireless na channel ng komunikasyon kung saan ang natanggap na signal ay sumasailalim sa multipath fading. Kinakatawan nito ang mga kapaligirang may katamtaman hanggang matinding fading tulad ng mga urban o suburban na lugar. Ang sumusunod na equation ay maaaring gamitin upang gayahin ang modelo ng Nakagami fading channel.
• Sa kasong ito, tinutukoy natin ang h = r*ejΦat ang anggulong Φ ay pantay na ipinamamahagi sa [-π, π]
• Ang baryabol na r at Φ ay ipinapalagay na magkahiwalay na malaya.
• Ang Nakagami pdf ay ipinapahayag gaya ng nasa itaas.
• Sa Nakagami pdf, 2σ2= E{r2}, ang Γ(.) ay ang Gamma function at ang k >= (1/2) ay ang fading figure (mga digri ng kalayaan na nauugnay sa bilang ng mga idinagdag na Gaussion random variable).
• Ito ay orihinal na binuo sa paraang empirikal batay sa mga sukat.
• Ang agarang kapangyarihang tumanggap ay ipinamamahagi ng Gamma. • Gamit ang k = 1 Rayleigh = Nakagami
Pagkupas ng Weibull
Ang channel na ito ay isa pang istatistikal na modelo na ginagamit upang ilarawan ang wireless communication channel. Ang Weibull fading channel ay karaniwang ginagamit upang kumatawan sa mga kapaligiran na may iba't ibang uri ng mga kondisyon ng fading kabilang ang parehong mahina at matinding fading.
Kung saan,
2σ2= E{r2}
• Ang distribusyon ng Weibull ay kumakatawan sa isa pang paglalahat ng distribusyon ng Rayleigh.
• Kapag ang X at Y ay iid zero mean gaussian variables, ang sobre ng R = (X2+ Y2)1/2ay ipinamahagi ni Rayleigh. • Gayunpaman, ang sobre ay tinukoy bilang R = (X2+ Y2)1/2, at ang katumbas na pdf (profile ng distribusyon ng kuryente) ay ipinamahagi sa Weibull.
• Ang sumusunod na ekwasyon ay maaaring gamitin upang gayahin ang modelo ng Weibull fading.
Sa pahinang ito, tinalakay natin ang iba't ibang paksa tungkol sa fading tulad ng kung ano ang fading channel, mga uri nito, mga modelo ng fading, ang kanilang mga aplikasyon, mga tungkulin at iba pa. Magagamit ng isa ang impormasyong ibinigay sa pahinang ito upang ihambing at makuha ang pagkakaiba sa pagitan ng small scale fading at large scale fading, pagkakaiba sa pagitan ng flat fading at frequency selective fading, pagkakaiba sa pagitan ng fast fading at slow fading, pagkakaiba sa pagitan ng rayleigh fading at rician fading at iba pa.
E-mail:info@rf-miso.com
Telepono: 0086-028-82695327
Website: www.rf-miso.com
Oras ng pag-post: Agosto-14-2023
