مبانی محو شدن و انواع محو شدن در ارتباطات بی‌سیم

با توجه به اختلالات مختلف مربوط به کانال و موقعیت فرستنده/گیرنده، انواع محوشدگی در سیستم مخابرات بی‌سیم به شرح زیر است.
محوشدگی در مقیاس بزرگ: شامل از بین رفتن مسیر و اثرات سایه‌زنی می‌شود.
محوشدگی در مقیاس کوچک: به دو دسته اصلی تقسیم می‌شود: گسترش تأخیر چندمسیره و گسترش داپلر. گسترش تأخیر چندمسیره خود به محوشدگی مسطح و محوشدگی انتخابی فرکانس تقسیم می‌شود. گسترش داپلر به محوشدگی سریع و محوشدگی آهسته تقسیم می‌شود.
مدل‌های محوشدگی: انواع محوشدگی فوق در مدل‌ها یا توزیع‌های مختلفی پیاده‌سازی می‌شوند که شامل ریلی، ریکیان، ناکاگامی، وایبول و غیره می‌شود.

همانطور که می‌دانیم، سیگنال‌های محوشدگی به دلیل بازتاب از زمین و ساختمان‌های اطراف و همچنین سیگنال‌های پراکنده از درختان، مردم و برج‌های موجود در منطقه وسیع رخ می‌دهند. دو نوع محوشدگی وجود دارد: محوشدگی در مقیاس بزرگ و محوشدگی در مقیاس کوچک.

۱.) محوشدگی در مقیاس بزرگ

محوشدگی در مقیاس بزرگ زمانی رخ می‌دهد که مانعی بین فرستنده و گیرنده قرار گیرد. این نوع تداخل باعث کاهش قابل توجه قدرت سیگنال می‌شود. دلیل این امر این است که موج EM توسط مانع سایه می‌خورد یا مسدود می‌شود. این امر به نوسانات زیاد سیگنال در طول مسافت مربوط می‌شود.

۱.الف) از دست دادن مسیر

تلفات مسیر فضای آزاد را می‌توان به صورت زیر بیان کرد.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)^۲/ λ^۲} = (۴*π*f*d)^۲/c^۲
کجا،
Pt = توان ارسالی
P = توان دریافتی
λ = طول موج
d = فاصله بین آنتن فرستنده و گیرنده
c = سرعت نور یعنی 3 ضربدر 10⁸

از معادله چنین برمی‌آید که سیگنال ارسالی با افزایش فاصله، تضعیف می‌شود، زیرا سیگنال از انتهای فرستنده به سمت انتهای گیرنده در ناحیه بزرگتر و بزرگتری پخش می‌شود.

۱.ب) اثر سایه

• در ارتباطات بی‌سیم مشاهده می‌شود. سایه‌زنی انحراف توان دریافتی سیگنال EM از مقدار متوسط ​​است.
• این نتیجه موانعی است که بر سر راه بین فرستنده و گیرنده وجود دارد.
• به موقعیت جغرافیایی و همچنین فرکانس رادیویی امواج EM (الکترومغناطیسی) بستگی دارد.

۲. محو شدن در مقیاس کوچک

محوشدگی در مقیاس کوچک مربوط به نوسانات سریع قدرت سیگنال دریافتی در مسافت بسیار کوتاه و دوره زمانی کوتاه است.

بر اساسپخش تأخیر چندمسیرهدو نوع محوشدگی در مقیاس کوچک وجود دارد: محوشدگی مسطح و محوشدگی انتخابی فرکانس. این انواع محوشدگی چندمسیره به محیط انتشار بستگی دارند.

۲.الف) محوشدگی مسطح

اگر کانال بی‌سیم در پهنای باندی بزرگتر از پهنای باند سیگنال ارسالی، بهره ثابت و پاسخ فاز خطی داشته باشد، گفته می‌شود که دچار محوشدگی مسطح شده است.

در این نوع محوشدگی، تمام مؤلفه‌های فرکانسی سیگنال دریافتی به طور همزمان با نسبت‌های یکسانی نوسان می‌کنند. به این نوع محوشدگی، محوشدگی غیرانتخابی نیز می‌گویند.

• سیگنال BW << کانال BW
• دوره نماد >> اسپرد تاخیری

اثر محوشدگی تخت به صورت کاهش SNR دیده می‌شود. این کانال‌های محوشدگی تخت به عنوان کانال‌های متغیر دامنه یا کانال‌های باریک باند شناخته می‌شوند.

۲.ب) محوشدگی انتخابی فرکانسی

این پدیده بر اجزای طیفی مختلف یک سیگنال رادیویی با دامنه‌های مختلف تأثیر می‌گذارد. از این رو، نام آن محوشدگی انتخابی است.

• سیگنال BW > کانال BW
• دوره نماد < اسپرد تاخیر

بر اساسگسترش داپلردو نوع محوشدگی وجود دارد: محوشدگی سریع و محوشدگی آهسته. این انواع محوشدگی گسترش داپلر به سرعت موبایل، یعنی سرعت گیرنده نسبت به فرستنده، بستگی دارند.

۲.ج) محو شدن سریع

پدیده محوشدگی سریع با نوسانات سریع سیگنال در نواحی کوچک (یعنی پهنای باند) نشان داده می‌شود. هنگامی که سیگنال‌ها از تمام جهات در صفحه می‌رسند، محوشدگی سریع برای تمام جهات حرکت مشاهده خواهد شد.

محوشدگی سریع زمانی رخ می‌دهد که پاسخ ضربه کانال در طول مدت نماد بسیار سریع تغییر کند.

• گسترش داپلر بالا
• دوره تناوب نماد > زمان همدوسی
• تغییر سیگنال < تغییر کانال

این پارامترها منجر به پراکندگی فرکانسی یا محوشدگی انتخابی زمانی ناشی از پخش داپلر می‌شوند. محوشدگی سریع نتیجه بازتاب اشیاء محلی و حرکت اشیاء نسبت به آن اشیاء است.

در محوشدگی سریع، سیگنال دریافتی مجموع سیگنال‌های متعددی است که از سطوح مختلف منعکس می‌شوند. این سیگنال حاصل جمع یا تفاضل چندین سیگنال است که بر اساس تغییر فاز نسبی بین آنها می‌تواند سازنده یا مخرب باشد. روابط فاز به سرعت حرکت، فرکانس انتقال و طول مسیر نسبی بستگی دارد.

محوشدگی سریع، شکل پالس باند پایه را تحریف می‌کند. این تحریف خطی است و ... ایجاد می‌کند.آی اس آی(تداخل بین نمادها). برابرسازی تطبیقی ​​با حذف اعوجاج خطی ناشی از کانال، ISI را کاهش می‌دهد.

۲.د) محو شدن آهسته

محو شدن آهسته نتیجه سایه ساختمان‌ها، تپه‌ها، کوه‌ها و سایر اشیاء روی مسیر است.

• گسترش داپلر کم
• دوره نماد <
• تغییر سیگنال >> تغییر کانال

پیاده‌سازی مدل‌های محوشدگی یا توزیع‌های محوشدگی

پیاده‌سازی مدل‌های محوشدگی یا توزیع‌های محوشدگی شامل محوشدگی ریلی، محوشدگی رایسی، محوشدگی ناکاگامی و محوشدگی وایبول می‌شود. این توزیع‌ها یا مدل‌های کانال به گونه‌ای طراحی شده‌اند که محوشدگی را در سیگنال داده باند پایه، طبق الزامات نمایه محوشدگی، لحاظ کنند.

محوشدگی ریلی

• در مدل ریلی، فقط مؤلفه‌های غیرخط دید (NLOS) بین فرستنده و گیرنده شبیه‌سازی می‌شوند. فرض بر این است که هیچ مسیر LOS بین فرستنده و گیرنده وجود ندارد.
• متلب تابع "rayleighchan" را برای شبیه‌سازی مدل کانال ریلی ارائه می‌دهد.
• توان به صورت نمایی توزیع شده است.
• فاز به طور یکنواخت توزیع شده و مستقل از دامنه است. این رایج‌ترین نوع محوشدگی در ارتباطات بی‌سیم است.

محو شدن ریکیان

• در مدل rician، هر دو مؤلفه خط دید (LOS) و غیر خط دید (NLOS) بین فرستنده و گیرنده شبیه‌سازی می‌شوند.
• متلب تابع "ricianchan" را برای شبیه‌سازی مدل کانال rician ارائه می‌دهد.

محو شدن ناکاگامی

کانال محوشدگی ناکاگامی یک مدل آماری است که برای توصیف کانال‌های ارتباطی بی‌سیم که در آن‌ها سیگنال دریافتی دچار محوشدگی چندمسیره می‌شود، استفاده می‌شود. این مدل، محیط‌هایی با محوشدگی متوسط ​​تا شدید مانند مناطق شهری یا حومه شهر را نشان می‌دهد. معادله زیر می‌تواند برای شبیه‌سازی مدل کانال محوشدگی ناکاگامی استفاده شود.