พื้นฐานการซีดจางและประเภทของการซีดจางในการสื่อสารไร้สาย

เมื่อพิจารณาถึงความบกพร่องที่เกี่ยวข้องกับช่องสัญญาณต่างๆ และตำแหน่งของตัวส่ง/ตัวรับ ต่อไปนี้คือประเภทของการซีดจางในระบบสื่อสารไร้สาย
➤การซีดจางขนาดใหญ่: รวมถึงการสูญเสียเส้นทางและเอฟเฟกต์เงา
➤Small Scale Fading: แบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่ การแพร่กระจายล่าช้าแบบหลายเส้นทางและการแพร่กระจายของดอปเปลอร์ การแพร่กระจายการหน่วงเวลาแบบหลายเส้นทางยังแบ่งออกเป็นการซีดจางแบบแบนและการซีดจางแบบเลือกความถี่ การแพร่กระจายของ Doppler แบ่งออกเป็นการซีดจางอย่างรวดเร็วและการซีดจางช้า
➤โมเดลการซีดจาง: ประเภทการซีดจางข้างต้นถูกนำมาใช้ในรุ่นหรือการกระจายต่างๆ ซึ่งรวมถึง Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull เป็นต้น

ดังที่เราทราบ สัญญาณการซีดจางเกิดขึ้นเนื่องจากการสะท้อนจากพื้นดินและอาคารโดยรอบ ตลอดจนสัญญาณที่กระจัดกระจายจากต้นไม้ ผู้คน และหอคอยที่ปรากฏในพื้นที่ขนาดใหญ่ การซีดจางมีสองประเภท ได้แก่ การซีดจางขนาดใหญ่และการซีดจางขนาดเล็ก

1.) การซีดจางขนาดใหญ่

การซีดจางขนาดใหญ่เกิดขึ้นเมื่อมีสิ่งกีดขวางเข้ามาระหว่างตัวส่งและตัวรับ การรบกวนประเภทนี้ทำให้ความแรงของสัญญาณลดลงอย่างมาก เนื่องจากคลื่น EM ถูกบังหรือบังด้วยสิ่งกีดขวาง มันเกี่ยวข้องกับความผันผวนอย่างมากของสัญญาณในระยะทาง

1.a) การสูญเสียเส้นทาง

การสูญเสียเส้นทางของพื้นที่ว่างสามารถแสดงได้ดังนี้
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)²/ แล²} = (4*π*f*d)²/c²
ที่ไหน,
Pt = กำลังส่ง
Pr = รับพลัง
แล = ความยาวคลื่น
d = ระยะห่างระหว่างเสาอากาศส่งและรับ
c = ความเร็วแสง เช่น 3 x 10⁸

จากสมการนี้แสดงว่าสัญญาณที่ส่งลดทอนลงตามระยะทางเนื่องจากสัญญาณถูกกระจายไปทั่วพื้นที่ที่ใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ จากปลายส่งสัญญาณไปยังปลายรับ

1.b) เอฟเฟกต์เงา

• สังเกตได้จากการสื่อสารไร้สาย Shadowing คือการเบี่ยงเบนของกำลังรับของสัญญาณ EM จากค่าเฉลี่ย
• เป็นผลจากสิ่งกีดขวางเส้นทางระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับ
• ขึ้นอยู่กับตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ตลอดจนความถี่วิทยุของคลื่น EM (ElectroMagnetic)

2. การซีดจางขนาดเล็ก

การซีดจางในระดับเล็กน้อยเกี่ยวข้องกับความผันผวนอย่างรวดเร็วของความแรงของสัญญาณที่ได้รับในระยะทางที่สั้นมากและในช่วงเวลาที่สั้น

ขึ้นอยู่กับการแพร่กระจายล่าช้าหลายเส้นทางการซีดจางขนาดเล็กมีสองประเภท ได้แก่ การซีดจางแบบแบนและการซีดจางแบบเลือกความถี่ ประเภทการซีดจางแบบหลายเส้นทางเหล่านี้ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมการแพร่กระจาย

2.a) การซีดจางแบบเรียบ

กล่าวกันว่าช่องสัญญาณไร้สายจะซีดจางลงหากมีอัตราขยายคงที่และการตอบสนองเฟสเชิงเส้นเหนือแบนด์วิธที่มากกว่าแบนด์วิดท์ของสัญญาณที่ส่ง

ในการซีดจางประเภทนี้ ส่วนประกอบความถี่ทั้งหมดของสัญญาณที่ได้รับจะผันผวนในสัดส่วนเดียวกันพร้อมกัน เรียกอีกอย่างว่าการซีดจางแบบไม่เลือกสรร

• สัญญาณ BW << ช่อง BW
• ระยะเวลาสัญลักษณ์ >> ความล่าช้าในการแพร่กระจาย

ผลของการซีดจางแบบเรียบจะถูกมองว่าเป็นค่า SNR ที่ลดลง ช่องสัญญาณซีดจางแบบแบนเหล่านี้เรียกว่าช่องสัญญาณแปรผันหรือช่องแคบแบนด์

2.b) การซีดจางแบบเลือกความถี่

มันส่งผลต่อองค์ประกอบสเปกตรัมที่แตกต่างกันของสัญญาณวิทยุที่มีแอมพลิจูดต่างกัน ดังนั้นชื่อการคัดเลือกเฟดดิ้ง

• สัญญาณ BW > ช่อง BW
• ระยะเวลาสัญลักษณ์ < ความล่าช้าในการแพร่กระจาย

ขึ้นอยู่กับการแพร่กระจายของดอปเปลอร์การซีดจางมีสองประเภท ได้แก่ ซีดจางเร็วและซีดจางช้า ประเภทการซีดจางของการแพร่กระจายของดอปเปลอร์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับความเร็วเคลื่อนที่ เช่น ความเร็วของตัวรับเทียบกับตัวส่งสัญญาณ

2.c) ซีดจางอย่างรวดเร็ว

ปรากฏการณ์ของการซีดจางอย่างรวดเร็วนั้นเกิดจากการผันผวนอย่างรวดเร็วของสัญญาณในพื้นที่ขนาดเล็ก (เช่น แบนด์วิดท์) เมื่อสัญญาณมาถึงจากทุกทิศทางในเครื่องบิน จะสังเกตการซีดจางอย่างรวดเร็วสำหรับทุกทิศทางของการเคลื่อนไหว

การซีดจางอย่างรวดเร็วเกิดขึ้นเมื่อการตอบสนองของช่องสัญญาณเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วภายในระยะเวลาของสัญลักษณ์

• สเปรดดอปเปลอร์สูง
• คาบสัญลักษณ์ > เวลาเชื่อมโยงกัน
• การเปลี่ยนแปลงของสัญญาณ < การเปลี่ยนแปลงของช่องสัญญาณ

พารามิเตอร์นี้ส่งผลให้เกิดการกระจายความถี่หรือการเลือกเวลาซีดจางเนื่องจากการแพร่กระจายของดอปเปลอร์ การซีดจางอย่างรวดเร็วเป็นผลมาจากการสะท้อนของวัตถุในท้องถิ่นและการเคลื่อนที่ของวัตถุที่สัมพันธ์กับวัตถุเหล่านั้น

ในการซีดจางอย่างรวดเร็ว สัญญาณรับสัญญาณคือผลรวมของสัญญาณจำนวนมากที่สะท้อนจากพื้นผิวต่างๆ สัญญาณนี้คือผลรวมหรือผลต่างของสัญญาณหลาย ๆ สัญญาณซึ่งอาจเป็นเชิงสร้างสรรค์หรือแบบทำลายโดยขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนเฟสสัมพัทธ์ระหว่างสัญญาณเหล่านั้น ความสัมพันธ์ของเฟสขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่ ความถี่ของการส่งสัญญาณ และความยาวเส้นทางสัมพัทธ์

การซีดจางอย่างรวดเร็วจะบิดเบือนรูปร่างของพัลส์แบนด์แบนด์ การบิดเบือนนี้เป็นเส้นตรงและสร้างขึ้นไอเอสไอ(สัญญาณรบกวนระหว่างสัญลักษณ์) การปรับสมดุลแบบอะแดปทีฟจะช่วยลด ISI โดยการขจัดความผิดเพี้ยนเชิงเส้นที่เกิดจากช่องสัญญาณ

2.d) ซีดจางช้า

การซีดจางอย่างช้าๆ เป็นผลมาจากเงาของอาคาร เนินเขา ภูเขา และวัตถุอื่นๆ เหนือเส้นทาง

• สเปรดดอปเปลอร์ต่ำ
• ช่วงสัญลักษณ์ <
• การเปลี่ยนแปลงของสัญญาณ >> การเปลี่ยนแปลงของช่องสัญญาณ

การใช้โมเดล Fading หรือการกระจายตัวแบบ Fading

การใช้แบบจำลองการซีดจางหรือการกระจายการซีดจาง ได้แก่ การซีดจางของ Rayleigh, การซีดจางของ Rician, การซีดจางของ Nakagami และการซีดจางของ Weibull การกระจายช่องสัญญาณหรือโมเดลเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อรวมการซีดจางในสัญญาณข้อมูลเบสแบนด์ตามข้อกำหนดโปรไฟล์การซีดจาง

เรย์ลี่กำลังจางหายไป

• ในโมเดล Rayleigh เฉพาะส่วนประกอบที่ไม่ใช่แนวสายตา (NLOS) เท่านั้นที่ถูกจำลองระหว่างตัวส่งและตัวรับ สันนิษฐานว่าไม่มีเส้นทาง LOS ระหว่างตัวส่งและตัวรับ
• MATLAB มีฟังก์ชัน "rayleighchan" เพื่อจำลองโมเดลช่องสัญญาณ rayleigh
• กำลังมีการกระจายแบบเอกซ์โปเนนเชียล
• เฟสมีการกระจายสม่ำเสมอและเป็นอิสระจากแอมพลิจูด เป็น Fading ประเภทที่ใช้มากที่สุดในการสื่อสารไร้สาย

ริเซียนกำลังจางหายไป

• ในแบบจำลอง rician ทั้งส่วนประกอบ Line of Sight (LOS) และที่ไม่ใช่ Line of Sight (NLOS) จะถูกจำลองระหว่างตัวส่งและตัวรับ
• MATLAB มีฟังก์ชัน "ricianchan" เพื่อจำลองโมเดลช่อง rician

นาคากามิกำลังจางหายไป

ช่องสัญญาณจาง Nakagami เป็นแบบจำลองทางสถิติที่ใช้ในการอธิบายช่องสัญญาณการสื่อสารไร้สาย ซึ่งสัญญาณที่ได้รับผ่านการซีดจางแบบหลายเส้นทาง แสดงถึงสภาพแวดล้อมที่มีการซีดจางปานกลางถึงรุนแรง เช่น พื้นที่ในเมืองหรือชานเมือง สามารถใช้สมการต่อไปนี้เพื่อจำลองโมเดลช่องสัญญาณเฟดของนากากามิ