พื้นฐานการซีดจางและประเภทของการซีดจางในการสื่อสารไร้สาย

เมื่อพิจารณาถึงความบกพร่องต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับช่องสัญญาณและตำแหน่งของเครื่องส่ง/เครื่องรับ ต่อไปนี้คือประเภทของการเฟดในระบบการสื่อสารไร้สาย
➤การเฟดภาพขนาดใหญ่: รวมถึงการสูญเสียเส้นทางและเอฟเฟกต์เงา
➤การเฟดสัญญาณขนาดเล็ก: แบ่งออกเป็น 2 ประเภทหลัก ได้แก่ การเฟดสัญญาณแบบมัลติพาธและการเฟดสัญญาณแบบดอปเปลอร์ การเฟดสัญญาณแบบมัลติพาธยังแบ่งออกได้อีกเป็นเฟดสัญญาณแบบแบนและการเฟดสัญญาณแบบเลือกความถี่ การเฟดสัญญาณแบบดอปเปลอร์แบ่งออกเป็นการเฟดสัญญาณแบบเร็วและการเฟดสัญญาณแบบช้า
➤โมเดลการซีดจาง: ประเภทการซีดจางดังกล่าวข้างต้นถูกนำไปใช้ในโมเดลหรือการแจกแจงต่างๆ ซึ่งได้แก่ Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull เป็นต้น

อย่างที่ทราบกันดีว่าสัญญาณที่ซีดจางเกิดจากการสะท้อนจากพื้นดินและอาคารโดยรอบ รวมถึงสัญญาณที่กระจัดกระจายจากต้นไม้ ผู้คน และหอคอยในพื้นที่กว้างใหญ่ สัญญาณที่ซีดจางมี 2 ประเภท ได้แก่ สัญญาณที่ซีดจางในระดับใหญ่และสัญญาณที่ซีดจางในระดับเล็ก

1.) การซีดจางในระดับขนาดใหญ่

การเฟดสัญญาณในระดับขนาดใหญ่จะเกิดขึ้นเมื่อมีสิ่งกีดขวางเข้ามาขวางระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับ สัญญาณรบกวนประเภทนี้ทำให้ความแรงของสัญญาณลดลงอย่างมาก เนื่องจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกบดบังหรือถูกสิ่งกีดขวางปิดกั้น ซึ่งเกี่ยวข้องกับความผันผวนของสัญญาณในระยะไกล

1.ก) การสูญเสียเส้นทาง

การสูญเสียเส้นทางในอวกาศว่างสามารถแสดงได้ดังนี้
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)²/ λ²} = (4*π*ฟ*ง)²/c²
ที่ไหน,
Pt = กำลังส่ง
Pr = รับพลัง
λ = ความยาวคลื่น
d = ระยะห่างระหว่างเสาอากาศส่งและเสาอากาศรับ
c = ความเร็วแสง คือ 3 x 10⁸

จากสมการจะแสดงให้เห็นว่าสัญญาณที่ส่งจะลดทอนลงตามระยะทาง เนื่องจากสัญญาณถูกกระจายไปในพื้นที่ที่กว้างขึ้นเรื่อยๆ ตั้งแต่ฝั่งส่งไปจนถึงฝั่งรับ

1.b) เอฟเฟกต์เงา

• พบได้ในการสื่อสารไร้สาย Shadowing คือความเบี่ยงเบนของกำลังรับของสัญญาณ EM จากค่าเฉลี่ย
• เป็นผลจากสิ่งกีดขวางบนเส้นทางระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับ
• ขึ้นอยู่กับตำแหน่งทางภูมิศาสตร์และความถี่วิทยุของคลื่น EM (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า)

2. การซีดจางในระดับเล็ก

การเฟดในระดับเล็กเกี่ยวข้องกับความผันผวนอย่างรวดเร็วของความแรงของสัญญาณที่รับได้ในระยะทางสั้นมากและช่วงเวลาสั้น

ตามมาจากการแพร่กระจายความล่าช้าหลายเส้นทางการเฟดสัญญาณขนาดเล็กมีอยู่ 2 ประเภท ได้แก่ การเฟดสัญญาณแบบแบนและการเฟดสัญญาณแบบเลือกความถี่ การเฟดสัญญาณแบบหลายเส้นทางเหล่านี้ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมการแพร่กระจาย

2.a) การซีดจางแบบแบน

ช่องสัญญาณไร้สายจะเรียกว่าเฟดแบบแบนด์วิดท์ หากมีค่าเกนคงที่และการตอบสนองเฟสเชิงเส้นบนแบนด์วิดท์ที่มากกว่าแบนด์วิดท์ของสัญญาณที่ส่ง

การเฟดประเภทนี้จะทำให้ส่วนประกอบความถี่ทั้งหมดของสัญญาณที่รับได้ผันผวนในสัดส่วนเดียวกันพร้อมๆ กัน เรียกอีกอย่างว่าการเฟดแบบไม่เลือก

• สัญญาณ BW << ช่องสัญญาณ BW
• สัญลักษณ์ช่วงเวลา >> การแพร่กระจายความล่าช้า

ผลกระทบของการเฟดแบบแบนด์จะเห็นได้จากการลดลงของ SNR ช่องสัญญาณเฟดแบบแบนด์เหล่านี้เรียกว่าช่องสัญญาณที่เปลี่ยนแปลงแอมพลิจูดหรือช่องสัญญาณแบนด์แคบ

2.b) การเฟดแบบเลือกความถี่

มันส่งผลต่อองค์ประกอบสเปกตรัมที่แตกต่างกันของสัญญาณวิทยุที่มีแอมพลิจูดต่างกัน ดังนั้นจึงเรียกว่าการเฟดแบบเลือกสรร

• สัญญาณ BW > ช่อง BW
• สัญลักษณ์ช่วงเวลา < การแพร่กระจายความล่าช้า

ตามมาจากการแพร่กระจายแบบดอปเปลอร์การเฟดสัญญาณมีสองประเภท ได้แก่ การเฟดสัญญาณแบบเร็วและการเฟดสัญญาณแบบช้า การเฟดสัญญาณแบบกระจายโดปเปลอร์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่ เช่น ความเร็วของเครื่องรับเทียบกับเครื่องส่ง

2.c) การซีดจางอย่างรวดเร็ว

ปรากฏการณ์ของการเฟดอย่างรวดเร็วนั้นแสดงออกมาโดยการผันผวนอย่างรวดเร็วของสัญญาณในพื้นที่ขนาดเล็ก (เช่น แบนด์วิดท์) เมื่อสัญญาณมาถึงจากทุกทิศทางในระนาบ จะสังเกตเห็นการเฟดอย่างรวดเร็วในทุกทิศทางของการเคลื่อนที่

การเฟดอย่างรวดเร็วจะเกิดขึ้นเมื่อการตอบสนองต่อแรงกระตุ้นของช่องเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วภายในระยะเวลาของสัญลักษณ์

• การแพร่กระจายโดปเปลอร์สูง
• ช่วงสัญลักษณ์ > เวลาสอดคล้องกัน
• การเปลี่ยนแปลงสัญญาณ < การเปลี่ยนแปลงช่องสัญญาณ

พารามิเตอร์เหล่านี้ส่งผลให้เกิดการกระจายความถี่หรือการซีดจางแบบเลือกเวลาอันเนื่องมาจากการแพร่กระจายแบบดอปเปลอร์ การซีดจางอย่างรวดเร็วเป็นผลมาจากการสะท้อนของวัตถุในพื้นที่และการเคลื่อนที่ของวัตถุเมื่อเทียบกับวัตถุเหล่านั้น

ในการเฟดแบบเร็ว สัญญาณรับคือผลรวมของสัญญาณจำนวนมากที่สะท้อนจากพื้นผิวต่างๆ สัญญาณนี้เป็นผลรวมหรือความแตกต่างของสัญญาณหลายสัญญาณซึ่งอาจสร้างสรรค์หรือทำลายล้างได้ขึ้นอยู่กับการเลื่อนเฟสสัมพันธ์ระหว่างสัญญาณ ความสัมพันธ์ของเฟสขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่ ความถี่ในการส่งสัญญาณ และความยาวเส้นทางสัมพันธ์กัน

การเฟดอย่างรวดเร็วทำให้รูปร่างของพัลส์เบสแบนด์ผิดเพี้ยน การบิดเบือนนี้เป็นแบบเส้นตรงและสร้างไอเอสไอ(การรบกวนระหว่างสัญลักษณ์) การปรับสมดุลแบบปรับได้ช่วยลด ISI โดยขจัดการบิดเบือนเชิงเส้นที่เกิดจากช่องสัญญาณ

2.d) การซีดจางช้า

การเฟดแบบช้าเป็นผลมาจากเงาจากอาคาร เนินเขา ภูเขา และวัตถุอื่นๆ บนเส้นทาง

• การแพร่กระจาย Doppler ต่ำ
• สัญลักษณ์ช่วงเวลา <
• การเปลี่ยนแปลงสัญญาณ >> การเปลี่ยนแปลงช่องสัญญาณ

การนำแบบจำลองการซีดจางหรือการแจกแจงแบบซีดจางไปใช้

การใช้งานของแบบจำลองการซีดจางหรือการกระจายการซีดจาง ได้แก่ การซีดจางแบบเรย์ลีห์ การซีดจางแบบริเซียน การซีดจางแบบนาคากามิ และการซีดจางแบบไวบูลล์ การกระจายหรือแบบจำลองช่องสัญญาณเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อรวมการซีดจางในสัญญาณข้อมูลแบนด์เบสตามข้อกำหนดของโปรไฟล์การซีดจาง

เรย์ลีห์ซีดจาง

• ในแบบจำลองของ Rayleigh จะมีการจำลองเฉพาะส่วนประกอบที่ไม่มีเส้นสายตา (NLOS) ระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับเท่านั้น โดยถือว่าไม่มีเส้นทาง LOS ระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับ
• MATLAB มีฟังก์ชัน "rayleighchan" เพื่อจำลองแบบจำลองช่องเรย์ลี
• พลังมีการกระจายแบบทวีคูณ
• เฟสกระจายสม่ำเสมอและไม่ขึ้นกับแอมพลิจูด ถือเป็นประเภทของเฟดดิงที่ใช้มากที่สุดในการสื่อสารไร้สาย

ริเชียนซีดจาง

• ในโมเดลริเชียน ทั้งส่วนประกอบแบบ Line of Sight (LOS) และแบบไม่ Line of Sight (NLOS) จะถูกจำลองระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับ
• MATLAB มีฟังก์ชัน "ricianchan" เพื่อจำลองโมเดลช่อง rician

นาคากามิซีดจาง

Nakagami fadding channel เป็นแบบจำลองทางสถิติที่ใช้เพื่ออธิบายช่องทางการสื่อสารไร้สายซึ่งสัญญาณที่รับจะเกิดการเฟดแบบหลายเส้นทาง โดยแบบจำลองนี้แสดงถึงสภาพแวดล้อมที่มีการเฟดแบบปานกลางถึงรุนแรง เช่น พื้นที่ในเมืองหรือชานเมือง สามารถใช้สมการต่อไปนี้เพื่อจำลองแบบจำลอง Nakagami fadding channel ได้