無線通信におけるフェージングの基本と種類

さまざまなチャネル関連の障害と送信機/受信機の位置を考慮すると、無線通信システムにおけるフェージングの種類は次のとおりです。
➤大規模フェーディング: パス損失とシャドウイング効果が含まれます。
➤小規模フェーディング: これは 2 つの主要なカテゴリに分類されます。マルチパス遅延スプレッドとドップラースプレッド。マルチパス遅延スプレッドは、さらにフラット フェージングと周波数選択性フェージングに分類されます。ドップラースプレッドは、高速フェージングと低速フェージングに分けられます。
➤フェージング モデル: 上記のフェージング タイプは、レイリー、ライス、ナカガミ、ワイブルなどを含むさまざまなモデルまたは分布で実装されています。

ご存知のとおり、フェージング信号は、地面や周囲の建物からの反射だけでなく、広いエリアに存在する木、人、塔からの散乱信号によって発生します。フェージング Viz には 2 つのタイプがあります。大規模なフェージングと小規模なフェージングです。

1.) 大規模なフェーディング

送信機と受信機の間に障害物が入ると、大規模なフェージングが発生します。このタイプの干渉は、信号強度の大幅な低下を引き起こします。これは電磁波が障害物によって影になったり遮られたりするためです。これは、距離による信号の大きな変動に関連しています。

1.a) パスロス

自由空間経路損失は次のように表すことができます。
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)²/ λ²} = (4*π*f*d)²/c²
どこ、
Pt = 送信電力
Pr = 受信電力
λ = 波長
d = 送信アンテナと受信アンテナ間の距離
c = 光の速度、つまり 3 x 10⁸

この式から、信号は送信端から受信端に向かってますます広いエリアに拡散するため、送信信号は距離とともに減衰することがわかります。

1.b) シャドーイング効果

• 無線通信時に発生します。シャドーイングとは、EM信号の受信電力の平均値からの偏差です。
• これは、送信機と受信機の間の経路に障害物があることが原因です。
• 地理的位置および EM (電磁) 波の無線周波数によっても異なります。

2. 小規模なフェード

小規模フェージングは​​、非常に短い距離および短期間にわたる受信信号強度の急速な変動に関係します。

に基づくマルチパス遅延スプレッド小規模フェーディングには 2 つのタイプがあります。フラットフェージングと周波数選択性フェージング。これらのマルチパス フェージング タイプは、伝播環境に依存します。

2.a) フラットフェーディング

送信信号の帯域幅よりも広い帯域幅にわたって一定のゲインと線形位相応答がある場合、ワイヤレス チャネルはフラット フェージングであると言われます。

このタイプのフェージングでは、受信信号のすべての周波数成分が同時に同じ割合で変動します。非選択的フェージングとも呼ばれます。

• 信号帯域幅 << チャネル帯域幅
• シンボル期間 >> 遅延スプレッド

フラット フェージングの影響は、SNR の低下として見られます。これらのフラット フェージング チャネルは、振幅変動チャネルまたは狭帯域チャネルとして知られています。

2.b) 周波数選択性フェージング

異なる振幅を持つ無線信号のさまざまなスペクトル成分に影響を与えます。したがって、選択的フェージングという名前が付けられます。

• 信号帯域幅 > チャネル帯域幅
• シンボル周期 < 遅延スプレッド

に基づくドップラースプレッドフェージングには 2 つのタイプがあります。早い退色と遅い退色。これらのドップラー拡散フェージング タイプは、モバイル速度、つまり送信機に対する受信機の速度に依存します。

2.c) 高速フェージング

高速フェージング現象は、小さな領域 (つまり、帯域幅) での信号の急速な変動によって表されます。信号が平面内のすべての方向から到着すると、動きのすべての方向で高速フェージングが観察されます。

高速フェージングは​​、チャネル インパルス応答がシンボル期間内で非常に急速に変化する場合に発生します。

• 高いドップラー拡散
• シンボル周期 > コヒーレンス時間
• 信号変動 < チャネル変動

このパラメータにより、ドップラー拡散による周波数分散または時間選択性フェージングが発生します。高速フェージングは​​、ローカル オブジェクトの反射と、それらのオブジェクトに対するオブジェクトの動きの結果として発生します。

高速フェージングでは、受信信号はさまざまな表面から反射された多数の信号の合計です。この信号は複数の信号の和または差であり、それらの間の相対的な位相シフトに基づいて強めたり弱めたりすることができます。位相関係は、運動速度、伝送周波数、および相対的な経路長によって異なります。

高速フェージングにより、ベースバンド パルスの形状が歪みます。この歪みは線形であり、ISI(シンボル間干渉)。適応イコライゼーションは、チャネルによって引き起こされる線形歪みを除去することで ISI を低減します。

2.d) 遅いフェージング

ゆっくりとしたフェージングは​​、パス上の建物、丘、山、その他の物体による影の結果です。

• 低ドップラースプレッド
• シンボル期間 <
• 信号変動 >> チャネル変動

フェージングモデルまたはフェージング分布の実装

フェージング モデルまたはフェージング分布の実装には、レイリー フェージング、ライス フェージング、中神フェージング、ワイブル フェージングが含まれます。これらのチャネル分布またはモデルは、フェージング プロファイル要件に従ってベースバンド データ信号にフェージングを組み込むように設計されています。

レイリーのフェージング

• レイリー モデルでは、送信機と受信機の間で非見通し線 (NLOS) コンポーネントのみがシミュレートされます。送信機と受信機の間に LOS パスが存在しないと仮定します。
• MATLAB は、レイリー チャネル モデルをシミュレートするための「rayleighchan」関数を提供します。
• 電力は指数関数的に分散されます。
• 位相は均一に分布し、振幅から独立しています。無線通信で最もよく使用されるフェージングのタイプです。

ライスフェージング

• rician モデルでは、見通し線 (LOS) コンポーネントと非見通し線 (NLOS) コンポーネントの両方が送信機と受信機の間でシミュレートされます。
• MATLAB は、rician チャネル モデルをシミュレートする関数 "ricianchan" を提供します。

中上の退色

中上フェージング チャネルは、受信信号がマルチパス フェージングを受ける無線通信チャネルを記述するために使用される統計モデルです。都市部や郊外など、中程度から重度のフェージングがある環境を表します。次の方程式を使用して、ナカガミ フェージング チャネル モデルをシミュレートできます。