Cette page décrit les bases du fondu et les types de fondu dans les communications sans fil. Les types d'évanouissements sont divisés en évanouissements à grande échelle et évanouissements à petite échelle (étalement du retard multitrajet et étalement Doppler).
L'évanouissement plat et l'évanouissement par sélection de fréquence font partie de l'évanouissement par trajets multiples, tandis que l'évanouissement rapide et l'évanouissement lent font partie de l'évanouissement par propagation Doppler. Ces types de fondus sont implémentés selon les distributions ou modèles Rayleigh, Rician, Nakagami et Weibull.
Introduction:
Comme nous le savons, le système de communication sans fil se compose d’un émetteur et d’un récepteur. Le trajet de l'émetteur au récepteur n'est pas fluide et le signal transmis peut subir divers types d'atténuations, notamment une perte de trajet, une atténuation par trajets multiples, etc. L'atténuation du signal sur le trajet dépend de divers facteurs. Il s'agit de l'heure, de la fréquence radio et du chemin ou de la position de l'émetteur/récepteur. Le canal entre l'émetteur et le récepteur peut varier dans le temps ou être fixe selon que l'émetteur/récepteur est fixe ou mobile l'un par rapport à l'autre.
Qu'est-ce qui s'estompe ?
La variation temporelle de la puissance du signal reçu due à des changements dans le support ou les chemins de transmission est appelée évanouissement. La décoloration dépend de divers facteurs mentionnés ci-dessus. Dans le scénario fixe, l'évanouissement dépend des conditions atmosphériques telles que les précipitations, la foudre, etc. Dans le scénario mobile, l'évanouissement dépend des obstacles sur le chemin qui varient en fonction du temps. Ces obstacles créent des effets de transmission complexes sur le signal transmis.
La figure 1 représente un graphique d'amplitude en fonction de la distance pour les types d'évanouissement lent et rapide dont nous discuterons plus tard.
Types de décoloration
Les types d'évanouissement dans le système de communication sans fil sont pris en compte diverses déficiences liées au canal et à la position de l'émetteur/récepteur.
➤ Fondu à grande échelle : il inclut la perte de chemin et les effets d'ombrage.
➤Décoloration à petite échelle : elle est divisée en deux catégories principales, à savoir. propagation du retard multitrajet et propagation Doppler. L'étalement du retard par trajets multiples est ensuite divisé en évanouissements plats et évanouissements sélectifs en fréquence. La propagation Doppler est divisée en évanouissement rapide et évanouissement lent.
➤Modèles de fondu : les types de fondu ci-dessus sont implémentés dans divers modèles ou distributions, notamment Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull, etc.
Comme nous le savons, l'atténuation des signaux est due aux réflexions du sol et des bâtiments environnants ainsi qu'aux signaux dispersés des arbres, des personnes et des tours présents dans une vaste zone. Il existe deux types de décoloration, à savoir. évanouissement à grande échelle et évanouissement à petite échelle.
1.) Décoloration à grande échelle
Un évanouissement à grande échelle se produit lorsqu'un obstacle s'interpose entre l'émetteur et le récepteur. Ce type d’interférence entraîne une réduction significative de la force du signal. C'est parce que l'onde EM est masquée ou bloquée par l'obstacle. Elle est liée à de grandes fluctuations du signal en fonction de la distance.
1.a) Perte de chemin
La perte sur le trajet en espace libre peut être exprimée comme suit.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
Où,
Pt = Puissance de transmission
Pr = recevoir la puissance
λ = longueur d'onde
d = distance entre l'antenne d'émission et l'antenne de réception
c = vitesse de la lumière soit 3 x 108
D'après l'équation, cela implique que le signal transmis s'atténue avec la distance à mesure que le signal se propage sur une zone de plus en plus grande, de l'extrémité d'émission à l'extrémité de réception.
1.b) Effet d'ombrage
• On l'observe dans les communications sans fil. L'ombrage est l'écart de la puissance reçue du signal EM par rapport à la valeur moyenne.
• C'est le résultat d'obstacles sur le chemin entre l'émetteur et le récepteur.
• Cela dépend de la position géographique ainsi que de la fréquence radio des ondes EM (électromagnétiques).
2. Décoloration à petite échelle
L'évanouissement à petite échelle concerne les fluctuations rapides de la force du signal reçu sur une très courte distance et sur une courte période de temps.
Basé surpropagation du retard par trajets multiplesil existe deux types de décoloration à petite échelle, à savoir. fondu plat et fondu sélectif en fréquence. Ces types d'évanouissements par trajets multiples dépendent de l'environnement de propagation.
2.a) Fondu plat
Le canal sans fil est dit à évanouissement plat s'il présente un gain constant et une réponse en phase linéaire sur une bande passante supérieure à la bande passante du signal transmis.
Dans ce type d'évanouissement, toutes les composantes de fréquence du signal reçu fluctuent simultanément dans les mêmes proportions. On l’appelle également fondu non sélectif.
• Signal BW << Canal BW
• Période de symbole >> Delay Spread
L’effet d’un évanouissement plat se traduit par une diminution du SNR. Ces canaux à évanouissement plat sont appelés canaux à variation d'amplitude ou canaux à bande étroite.
2.b) Évanouissement sélectif de fréquence
Cela affecte différentes composantes spectrales d’un signal radio avec différentes amplitudes. D’où le nom de décoloration sélective.
• Signal BW > Canal BW
• Période de symbole < Delay Spread
Basé surpropagation Doppleril existe deux types de décoloration, à savoir. décoloration rapide et décoloration lente. Ces types d'évanouissements Doppler dépendent de la vitesse du mobile, c'est-à-dire de la vitesse du récepteur par rapport à l'émetteur.
2.c) Disparition rapide
Le phénomène d'évanouissement rapide est représenté par des fluctuations rapides du signal sur de petites zones (c'est-à-dire la bande passante). Lorsque les signaux arrivent de toutes les directions de l’avion, un évanouissement rapide sera observé dans toutes les directions de mouvement.
Un évanouissement rapide se produit lorsque la réponse impulsionnelle du canal change très rapidement pendant la durée du symbole.
• Doppler élevé
• Période symbole > Temps de cohérence
• Variation du signal < Variation du canal
Ces paramètres entraînent une dispersion de fréquence ou un évanouissement sélectif dans le temps en raison de l'étalement Doppler. La décoloration rapide est le résultat des réflexions des objets locaux et du mouvement des objets par rapport à ces objets.
En cas d'évanouissement rapide, le signal de réception est la somme de nombreux signaux réfléchis par diverses surfaces. Ce signal est la somme ou la différence de plusieurs signaux qui peuvent être constructifs ou destructeurs en fonction du déphasage relatif entre eux. Les relations de phase dépendent de la vitesse de déplacement, de la fréquence de transmission et des longueurs relatives des trajets.
Un fondu rapide déforme la forme de l'impulsion de la bande de base. Cette distorsion est linéaire et créeISI(Interférence entre symboles). L'égalisation adaptative réduit l'ISI en supprimant la distorsion linéaire induite par le canal.
2.d) Disparition lente
La décoloration lente est le résultat de l'ombre des bâtiments, des collines, des montagnes et d'autres objets sur le chemin.
• Faible propagation Doppler
• Période du symbole <
• Variation du signal >> Variation du canal
Implémentation de modèles Fading ou de distributions Fading
Les implémentations de modèles d'évanouissement ou de distributions d'évanouissement incluent l'évanouissement de Rayleigh, l'évanouissement de Rician, l'évanouissement de Nakagami et l'évanouissement de Weibull. Ces distributions ou modèles de canaux sont conçus pour incorporer un évanouissement dans le signal de données en bande de base conformément aux exigences du profil d'évanouissement.
Rayleigh s'estompe
• Dans le modèle Rayleigh, seuls les composants sans ligne de vue (NLOS) sont simulés entre l'émetteur et le récepteur. On suppose qu’il n’existe aucun chemin LOS entre l’émetteur et le récepteur.
• MATLAB fournit la fonction « rayleighchan » pour simuler le modèle de canal de Rayleigh.
• La puissance est distribuée de façon exponentielle.
• La phase est uniformément répartie et indépendante de l'amplitude. Il s’agit du type de fondu le plus utilisé dans les communications sans fil.
Décoloration ricienne
• Dans le modèle ricien, les composants de ligne de visée (LOS) et non-ligne de visée (NLOS) sont simulés entre l'émetteur et le récepteur.
• MATLAB fournit la fonction « ricianchan » pour simuler le modèle de canal ricien.
Nakagami s'estompe
Le canal d'évanouissement Nakagami est un modèle statistique utilisé pour décrire les canaux de communication sans fil dans lesquels le signal reçu subit un évanouissement par trajets multiples. Il représente des environnements présentant une décoloration modérée à sévère, tels que les zones urbaines ou suburbaines. L'équation suivante peut être utilisée pour simuler le modèle de canal d'évanouissement de Nakagami.
• Dans ce cas on note h = r*ejΦet l'angle Φ est uniformément réparti sur [-π, π]
• Les variables r et Φ sont supposées mutuellement indépendantes.
• Le pdf Nakagami est exprimé comme ci-dessus.
• Dans le pdf Nakagami, 2σ2= E{r2}, Γ(.) est la fonction Gamma et k >= (1/2) est le chiffre de décoloration (degrés de liberté liés au nombre de variables aléatoires de Gaussion ajoutées).
• Il a été initialement développé de manière empirique sur la base de mesures.
• La puissance de réception instantanée est distribuée Gamma. • Avec k = 1 Rayleigh = Nakagami
Weibull s'estompe
Ce canal est un autre modèle statistique utilisé pour décrire le canal de communication sans fil. Le canal d'évanouissement de Weibull est couramment utilisé pour représenter des environnements présentant différents types de conditions d'évanouissement, notamment des évanouissements faibles et sévères.
Où,
2σ2= E{r2}
• La distribution de Weibull représente une autre généralisation de la distribution de Rayleigh.
• Lorsque X et Y sont des variables gaussiennes moyennes nulles, l'enveloppe de R = (X2+ O2)1/2est Rayleigh distribué. • Cependant l'enveloppe est définie R = (X2+ O2)1/2, et le pdf correspondant (profil de distribution d'énergie) est distribué par Weibull.
• L'équation suivante peut être utilisée pour simuler le modèle d'évanouissement de Weibull.
Dans cette page, nous avons parcouru divers sujets sur le fondu, tels que ce qu'est le canal de fondu, ses types, les modèles de fondu, leurs applications, leurs fonctions, etc. On peut utiliser les informations fournies sur cette page afin de comparer et de déduire la différence entre les évanouissements à petite échelle et les évanouissements à grande échelle, la différence entre les évanouissements plats et les évanouissements sélectifs en fréquence, la différence entre les évanouissements rapides et les évanouissements lents, la différence entre les évanouissements de Rayleigh et les évanouissements de Rican et bientôt.
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Heure de publication : 14 août 2023
