無線通信におけるフェージングフェージングとは、伝搬経路の変化によって受信信号の振幅、位相、または電力が変動する現象です。フェージングはリンクマージンを低下させ、広帯域信号を歪ませ、RF測定の再現性を困難にする可能性があります。システムに存在するフェージングの種類を理解することで、エンジニアは適切なアンテナ、テスト方法、および対策技術を選択することができます。
このガイドでは、大規模フェージングと小規模フェージング、フラットチャネルと周波数選択性チャネル、スローフェージングとファストフェージング、および最も一般的な統計的チャネルモデルについて説明します。また、アンテナパターン、偏波、およびテストジオメトリが実際のフェージング測定にどのように影響するかについても示します。
無線チャネルフェージングとは何ですか？
無線信号は、理想的な経路を一つだけ通って受信機に到達することは稀です。建物、地形、車両、機器、その他の物体は、電磁波を遮断、反射、回折、散乱させる可能性があります。そのため、同じ信号が複数回、異なる遅延、振幅、位相、入射角で到達することがあります。これらの信号の組み合わせは、ある場所や周波数では強め合い、別の場所や周波数では弱め合う可能性があります。
フェージングは、決定論的な自由空間伝搬損失とは異なります。伝搬損失は、距離と周波数の増加に伴う電力の一般的な減少を表すのに対し、フェージングはその平均値を中心とした追加的な変動を表します。エンジニアは通常、フェージングを空間スケールとチャネル選択性という2つの独立した軸で分類します。
図1。受信信号レベルの緩やかな変化と急激な変化は、フェージングの時間スケールや距離スケールの違いを示している。
無線フェージングの分類方法
大規模な退色比較的長距離にわたる緩やかな変化を記述しており、主に伝搬損失の変動と遮蔽によるものです。小規模な退色マルチパスや動きによって生じる、短距離または短時間における急激な変化を説明する。
小規模フェージングは、遅延拡散によってフラット型または周波数選択型に分類でき、ドップラー拡散によってスロー型またはファスト型に分類できます。これらは別々の分類であり、チャネルはフラットかつファスト型、フラットかつスロー型、周波数選択型かつファスト型、または周波数選択型かつスロー型のいずれかになります。
大規模フェージング：経路損失とシャドウイング
パス損失の傾向
伝搬損失とは、伝搬距離に伴う受信電力の平均的な減少率のことです。障害物のない自由空間では、損失は波長と距離に比例します。しかし、実際の環境では、地形、障害物、大気の影響、アンテナの高さ依存性などが加わるため、実用的なリンクバジェットでは通常、展開シナリオに適した伝搬モデルが使用されます。
影が薄れていく
シャドウイングは、大きな物体が直接伝搬経路を部分的または完全に遮る場合に発生します。建物、丘、機械、車両などは、送信機、受信機、または周囲の環境の変化に応じて、受信レベルに比較的緩やかな変化をもたらす可能性があります。シャドウフェージングは、多くの場合、局所的な平均伝搬損失の周辺で統計的に表されます。
小規模フェージング：マルチパスとモーション
フラットフェージングと周波数選択性フェージング
チャネルは約フラットフェードコヒーレンス帯域幅が占有信号帯域幅よりも広い場合、チャネルはスペクトルを大きく変形させることなく、信号の振幅と位相を変化させます。
チャネルが周波数選択性信号帯域幅がコヒーレンス帯域幅に比べて大きい場合、異なるスペクトル成分は異なるゲインと位相を経験します。その根本原因は、デジタルリンクにおいて符号間干渉を引き起こす可能性のある、分解可能なマルチパス遅延拡散です。
ゆっくりフェードアウト vs. 速くフェードアウト
ゆっくりと消えていくこれは、関連する信号伝送期間中にチャネルがほとんど変化しないことを意味する。急速に色褪せるこれは、その時間間隔でチャネルが大きく変化することを意味します。送信機、受信機、および周囲の散乱体間の相対運動によりドップラーシフトが発生し、チャネルのコヒーレンス時間が短縮されます。
| 分類 | 主な比較 | 典型的な効果 |
|---|---|---|
| フラットフェード | 信号帯域幅はコヒーレンス帯域幅よりも小さい。 | 信号全体にわたる振幅と位相の大きな変動 |
| 周波数選択性 | 信号帯域幅はコヒーレンス帯域幅よりも大きい | スペクトル歪みと符号間干渉の可能性 |
| ゆっくりと消えていく | コヒーレンス時間は信号間隔に比べて長い。 | リンクレベルの段階的な変化 |
| 急速に色褪せる | コヒーレンス時間は信号間隔に比べて短い。 | 急速な変動とドップラー関連の障害 |
一般的な統計的フェージングモデル
- レイリーの減衰：単一の支配的な見通し線成分が存在せず、受信信号が多数の散乱成分によって形成される場合によく使用されます。
- ライシアン退色：主要成分と散乱マルチパス成分が含まれます。ライシアンK係数は、主要成分と散乱成分の電力比を表します。
- 中上氏の衰退：形状パラメータを通じて、さまざまな減衰の深刻度を表現できる柔軟な経験的分布。
- ワイブルの衰退：選択された測定伝搬環境で使用される、別の適応可能な統計分布。
モデルの選択は、実際の環境、周波数、移動性、アンテナ構成、測定データに基づいて行う必要があります。最新のMATLABワークフローでは、次のようなオブジェクトを使用します。comm.RayleighChannelそしてcomm.RicianChannelこの記事の旧バージョンで言及されていた旧式の関数ではなく、
図3。統計的包絡線分布は、測定されたフェージング挙動を簡潔にモデル化する。
フェージングがRFシステム性能に与える影響
フェージングは受信電力の低下、信号対雑音比の低下、エラー率の増加、無線リンクの中断を引き起こす可能性があります。周波数選択性フェージングは広帯域波形を歪ませる可能性があり、急速なドップラー変動はチャネル推定をより困難にする可能性があります。
一般的な緩和策には以下のようなものがあります。
- 適切なリンクマージンと自動ゲイン制御。
- 時間、周波数、空間または偏光多様性;
- 等化およびマルチキャリア波形設計
- チャネル符号化、インターリーブ、および適応変調。
- MIMO処理とビームステアリング
- アンテナの慎重な配置、パターン選択、偏波制御。
単一の技術で全てのフェージング現象を解消することはできません。最適なアプローチは、チャネル統計、使用帯域幅、モビリティ、カバレッジ要件、および許容可能な通信停止確率によって異なります。
図4。測定データに基づいて、特定のチャネルに対して統計分布が適切かどうかを判断する必要がある。
チャネルサウンディングおよびフェージングテスト用アンテナの選定
アンテナ自体が伝搬チャネルを生成するわけではありませんが、送受信される経路や偏波に大きな影響を与えます。利得、ビーム幅、放射パターン、偏波純度、位相安定性、および取り付け形状はすべて、測定されるチャネル特性に影響を与える可能性があります。
再現性のあるチャネルまたはフェージング測定については、以下を記録してください。
- 完全な周波数範囲と瞬時測定帯域幅。
- 周波数に対するアンテナ利得とビーム幅
- 直線偏波、二重直線偏波、または円偏波の要件。
- アンテナの高さ、向き、間隔、および周囲の構造物。
- RFコネクタ、ケーブル損失、および校正基準面。
- 送信機、受信機、散乱体の動き。
- 遅延拡散、ドップラー拡散、および必要なダイナミックレンジ。
RF MISOアンテナオプション
RF MISOは、実験室、現場、システム統合作業向けにRFおよびマイクロ波アンテナを設計・供給しています。必要なカバレッジと測定ジオメトリに応じて、エンジニアは広帯域ホーンアンテナ指向性広帯域測定の場合、対数周期アンテナ広範囲の周波数をカバーするため、または全方向アンテナ特定のカバレッジおよび伝播研究のために。
周波数範囲、ゲイン、偏波、VSWR、コネクタ、および機械的寸法については、現行モデルのデータシートをご確認ください。用途に応じた選定を行うには、テストバンド、帯域幅、必要なパターン、偏波、取り付け上の制約、および測定環境をRF MISOチームと共有してください。
ワイヤレスフェージングに関するよくある質問
無線通信におけるフェージングとは何ですか？
無線通信におけるフェージングとは、マルチパス伝搬、遮蔽、移動、または無線環境の変化によって引き起こされる、受信信号の振幅、位相、または電力の変動のことである。
色あせの主な種類は何ですか？
フェージングは一般的に大規模フェージングと小規模フェージングに分類されます。小規模フェージングは、遅延拡散とドップラー拡散に応じて、平坦型または周波数選択型、そして低速型または高速型に分類されます。
無線チャネルのフェージングの原因は何ですか？
一般的な原因としては、障害物、反射、回折、散乱、マルチパス遅延、送信機、受信機、または周囲の物体の動きによって生じるドップラーシフトなどが挙げられる。
アンテナの選択はフェージング測定にどのような影響を与えるか？
アンテナの利得、ビーム幅、偏波、取り付け方法、および試験形状は、どの伝搬経路が送受信されるかに影響を与えるため、これらの要素を制御し、記録しておく必要があります。
お客様のRF測定要件についてご相談ください
RF MISOは、チャネルサウンディング、伝搬調査、無線システム評価、および関連するRF測定のためのアンテナオプションを特定するのに役立ちます。
参考文献および関連文献
投稿日時：2023年8月14日
