페이딩

주파수 선택 시간 변동 페이딩은 스펙트럼에 흐린 패턴을 표시합니다.시간은 수평축에, 주파수는 수직축에, 신호 강도는 그레이스케일 강도로 표시됩니다.

무선 통신에서 페이딩은 다양한 변수를 가진 신호의 감쇠 변화입니다.이러한 변수에는 시간, 지리적 위치 및 무선 주파수가 포함됩니다.페이딩은 종종 랜덤 프로세스로 모델링됩니다.페이딩 채널은 페이딩이 발생하는 통신 채널입니다.무선 시스템에서 페이딩은 멀티패스 유도 페이딩, 날씨(특히 비) 또는 파동 전파에 영향을 주는 장애물에 의한 쉐도우잉(쉐도우 페이딩이라고도 함)이 원인일 수 있습니다.

주요 개념

송신기와 수신기를 둘러싼 환경에 리플렉터가 존재하기 때문에 송신 신호가 통과할 수 있는 경로가 여러 개 생성됩니다.그 결과, 수신기는, 각각 다른 패스를 횡단하는 송신 신호의 복수의 카피의 중첩을 인식한다.각 신호 복사에서는 소스에서 수신기로 이동하는 동안 감쇠, 지연 및 위상 이동의 차이가 발생합니다.이로 인해 건설적인 간섭 또는 파괴적인 간섭이 발생하여 수신기에서 보이는 신호 전력을 증폭 또는 감쇠시킬 수 있습니다.강한 파괴 간섭은 흔히 딥 페이드라고 불리며 채널 신호 대 잡음비의 심각한 저하로 인해 일시적으로 통신 장애가 발생할 수 있습니다.

딥 페이드(deep fade)의 일반적인 예로는 신호등에서 정지하고 FM 방송이 정적으로 변질되는 것을 들으면서 차량이 몇 미터만 움직이면 신호가 다시 수집되는 경우를 들립니다.방송이 손실되는 원인은 신호가 심각한 파괴적 간섭을 겪은 지점에서 차량이 정지하기 때문입니다.휴대폰도 비슷한 순간적인 페이드 현상을 보일 수 있다.

페이딩 채널 모델은 종종 셀룰러 네트워크 및 브로드캐스트 통신에서 공기로 정보를 전송하는 전자파 전송의 효과를 모델링하기 위해 사용됩니다.페이딩 채널 모델은 수중 음향 통신에서도 물로 인한 왜곡을 모델링하기 위해 사용됩니다.

종류들

저속 페이딩과 고속 페이딩

저속 페이딩과 고속 페이딩이라는 용어는 채널에 의해 신호에 가해지는 크기와 위상 변화가 변화하는 속도를 의미합니다.일관성 시간은 채널의 크기 변화 또는 위상 변화가 이전 값과 상관되지 않는 데 필요한 최소 시간의 척도입니다.

저속 페이딩은 채널의 일관성 시간이 애플리케이션의 ^[1]지연 요건에 비해 클 때 발생합니다.이 상태에서는 채널에 의해 부과되는 진폭과 위상변화는 사용기간 동안 거의 일정하다고 간주할 수 있다.슬로 페이딩은 언덕이나 대형 건물 등의 대형 장애물이 송신기와 수신기 사이의 주요 신호 경로를 가리는 섀도우잉 등의 이벤트에 의해 발생할 수 있습니다.쉐도우잉에 의해 발생하는 수신 전력 변화는 로그 거리 경로 손실 모델에 따라 표준 편차를 갖는 로그 정규 분포를 사용하여 모델링되는 경우가 많습니다.
고속 페이딩은 채널의 일관성 시간이 애플리케이션의 지연 요건에 비해 작을 때 발생합니다.이 경우 채널에 의해 발생하는 진폭과 위상 변화는 사용 기간에 따라 상당히 달라집니다.

고속 페이드 채널에서 송신기는 시간 다양성을 이용한 채널 조건의 변화를 이용하여 일시적인 딥 페이드로 통신의 견고성을 높일 수 있다.딥 페이드로 인해 전송된 정보의 일부가 일시적으로 지워질 수 있지만, 다른 시간 인스턴스(인터리빙) 동안 성공적으로 전송된 비트와 결합된 오류 수정 코드를 사용하면 지워진 비트를 복구할 수 있습니다.저속 페이딩 채널에서는 송신기가 지연 제약 내에서 채널의 단일 실현만을 인식하기 때문에 시간 다양성을 사용할 수 없습니다.따라서 딥 페이드(deep fade)는 전송의 전체 지속 시간 동안 지속되며 부호화를 사용하여 완화할 수 없습니다.

채널의 일관성 시간은 채널의 도플러 확산으로 알려진 양과 관련이 있습니다.사용자(또는 해당 환경의 리플렉터)가 이동 중일 때 사용자의 속도에 따라 각 신호 경로를 따라 전송되는 신호의 주파수가 변경됩니다.이 현상은 도플러 이동이라고 알려져 있다.서로 다른 경로를 따라 이동하는 신호는 서로 다른 위상 변화 속도에 대응하여 서로 다른 도플러 시프트를 가질 수 있습니다.신호 페이딩 채널 탭에 기여하는 여러 신호 성분 간의 도플러 이동 차이를 도플러 확산이라고 합니다.도플러 확산이 큰 채널에는 시간이 지남에 따라 각각 독립적으로 변화하는 신호 성분이 있습니다.페이딩은 신호 성분이 건설적으로 추가되는지 아니면 파괴적으로 추가되는지에 따라 달라지기 때문에 이러한 채널은 매우 짧은 일관성 시간을 가집니다.

일반적으로, 일관성 시간은 도플러 확산과 반비례하며, 일반적으로 다음과 같이 표현됩니다.

T_{c}\약 {\frac {1}{D_{s}}}

$T_{c}$ 서 T $T_{c}$ c { $displaystyle$ T _ { $c$ } $D_{s}$ 、 D $D_{s}$ \ $displaystyle$ D _ { $s$ }는 $D_{s}$ 도플러 확산입니다.이 방정식은 단지 ^[2]근사치일 뿐이며, 정확히는 일관성을 참조하십시오.

블록 페이딩

블록 페이딩은 페이딩 프로세스가 다수의 심볼 ^[3]간격 동안 거의 일정하게 이루어지는 것입니다.채널은 시간 영역과 주파수 ^[4]영역 모두에서 블록 페이딩일 때 '더블 블록 페이딩'될 수 있습니다.

선택적 페이딩

선택적 페이딩 또는 주파수 선택 페이딩은 무선 신호 자체의 부분 취소에 의해 발생하는 무선 전파 이상입니다.신호는 2개의 다른 패스에 의해 수신기에 도달하여 적어도1개의 패스가 변화하고 있습니다(렌지닝 또는 쇼트닝).이것은 보통 전리층의 다양한 층이 이동, 분리 및 결합할 때 초저녁 또는 이른 아침에 발생합니다.두 경로는 둘 다 하늘파일 수도 있고 하나는 지상파일 수도 있습니다.

선택적 페이딩은 느린 주기적 장애로 나타납니다. 취소 효과 또는 "null"은 특정 주파수에서 가장 깊으며, 이 주파수는 수신된 오디오를 스위프하면서 지속적으로 변화합니다.

신호의 반송파 주파수가 변화함에 따라 진폭 변화의 크기가 변화합니다.일관성 대역폭은 주파수 분리를 측정하며, 그 후 2개의 신호에 상관없는 페이딩이 발생합니다.

플랫 페이딩에서는 채널의 일관성 대역폭이 신호의 대역폭보다 커집니다.따라서 신호의 모든 주파수 구성요소에서 동일한 크기의 페이딩이 발생합니다.
주파수 선택 페이딩에서는 채널의 일관성 대역폭이 신호의 대역폭보다 작습니다.따라서 신호의 다른 주파수 성분에서 상관없는 페이딩이 발생합니다.

신호의 다른 주파수 성분이 독립적으로 영향을 받기 때문에 신호의 모든 부분이 동시에 딥 페이드(deep fade)의 영향을 받을 가능성은 매우 낮습니다.직교 주파수 분할 다중(OFDM)이나 코드 분할 다중 액세스(CDMA)등의 특정 변조 방식은, 페이딩에 대한 견고성을 제공하기 위해서 주파수 다양성을 사용하는 경우에 적합합니다.OFDM은 광대역 신호를 주파수 선택 페이딩이 아닌 플랫 페이딩에 노출되는 많은 천천히 변조된 협대역 서브캐리어로 나눕니다.이는 오류 코딩, 단순 등화 또는 적응 비트 로딩으로 해결할 수 있습니다.순환 프레픽스라고 불리는 심볼 사이에 가드 간격을 도입함으로써 심볼간 간섭을 회피합니다.CDMA는 레이크리시버를 사용하여 각 에코를 개별적으로 처리합니다.

주파수 선택 페이딩 채널도 각 심볼에 관련된 신호 에너지가 시간 내에 확산되기 때문에 분산된다.이로 인해 시간적으로 인접한 송신 기호가 서로 간섭하게 됩니다.심볼간 간섭의 영향을 보상하기 위해 종종 이러한 채널에 이퀄라이저가 배치됩니다.

에코도 도플러 시프트에 노출되어 시간 변동 채널 모델이 생성될 수 있습니다.

이 효과는 예를 들어 OFDM(서브캐리어 인터리빙 및 순방향 오류 수정 포함)을 적용하거나 4분의 1 파장 간격으로 별도의 안테나가 있는2개의 수신기를 사용하거나 2개의 안테나가 있는 특수 설계 다이버시티 수신기를 사용하여 대응할 수 있습니다.이러한 수신기는 2개의 안테나에 도달하는 신호를 연속적으로 비교하여 더 나은 신호를 제공합니다.

업페이드

업페이드란 무선 신호가 강도를 높이는 상황에서 ^[5]건설적인 간섭을 설명하기 위해 사용되는 페이딩의 특수한 경우입니다.일부 멀티패스 조건에서는 서로 다른 경로를 통해 이동하는 신호가 수신기에 위상적으로 도착하여 주 신호에 가산적이 되기 때문에 신호의 진폭이 이러한 방식으로 증가합니다.따라서 리시버에 도달하는 총신호는 멀티패스 조건이 없었던 경우보다 강합니다.이 효과는 ^[6]무선 LAN 시스템에서도 두드러집니다.

모델

감쇠 분포 페이딩 모델의 예를 다음에 나타냅니다.

분산 페이딩 모델(여러 에코 포함)로, 각각 다른 지연, 게인 및 위상 시프트에 노출되며, 종종 일정합니다.이로 인해 주파수 선택 페이딩 및 심볼 간 간섭이 발생합니다.이득은 Rayleigh 또는 Rician 분포일 수 있습니다.에코도 도플러 시프트에 노출되어 시간 변동 채널 모델이 생성될 수 있습니다.
나카가미 페이딩
로그 정규 그림자 페이딩
레일리 페이딩
리시안 페이딩
확산 전력(TWDP) 페이딩이 있는 2파
와이블 페이딩

경감

페이딩은 노이즈의 파워를 줄이지 않고 신호 파워를 잃을 수 있기 때문에 통신 시스템의 퍼포먼스가 저하될 수 있습니다.이 신호 손실은 신호 대역폭의 일부 또는 전부를 초과할 수 있습니다.페이딩은 시간이 지남에 따라 변화할 때도 문제가 될 수 있습니다.통신 시스템은 종종 이러한 장애에 적응하도록 설계되지만 페이딩은 적응할 수 있는 속도보다 더 빠르게 변화할 수 있습니다.이러한 경우 채널에서 페이드(및 신호 대 잡음비가 떨어짐에 따라 관련된 비트오류)가 발생할 가능성이 링크 퍼포먼스의 제한 요인이 됩니다.

페이딩의 효과는 다이버시티를 사용하여 독립된 페이딩이 발생하는 여러 채널을 통해 신호를 전송하고 수신기에서 일관되게 결합함으로써 조합할 수 있습니다.이 복합 채널에서 페이드 현상이 발생할 확률은 모든 컴포넌트 채널이 페이드 현상을 동시에 경험할 확률에 비례합니다.

다양성은 시간, 빈도 또는 공간에서 달성될 수 있습니다.신호 페이딩을 극복하기 위해 사용되는 일반적인 기술은 다음과 같습니다.

다양성 외에도 (예를 들어 OFDM에서) 순환 접두사 적용 및 채널 추정 및 등화 등의 기술을 페이딩에 사용할 수 있다.

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

^ Tse, David; Viswanath, Pramod (2006). Fundamentals of Wireless Communication (4 ed.). Cambridge [Eng.]: Cambridge University Press. p. 31. ISBN 0521845270.
^ Lars Ahlin & Jens Zander, Principle of Wireless Communications, 페이지 126-130.
^ Biglieri, Ezio; Caire, Giuseppe; Taricco, Giorgio (1999). "Coding for the Fading Channel: a Survey". In Byrnes, J.S. (ed.). Signal Processing for Multimedia. IOS Press. p. 253. ISBN 978-90-5199-460-5.
^ Médard, Muriel; Tse, David N. C. "Spreading in block-fading channels" (PDF). Conference Record of the Thirty-Fourth Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers. 34th Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, Oct 29 – Nov 1, 2000, Pacific Grove, CA, USA. Vol. 2. pp. 1598–1602. doi:10.1109/ACSSC.2000.911259. ISBN 0-7803-6514-3. Retrieved 2014-10-20.
^ Harvey Lehpamer 마이크로파 전송 네트워크: 계획, 설계, 도입, McGraw-Hill 2010 ISBN 0-07-170122-2 페이지 100
^ 배리 D.Lewis, Peter T. Davis Wireless Networks for dummies, For Dummies, 2004 ISBN 0-7645-7525-2, 234페이지

문학.

T.S. Rapport, 무선통신: 원칙과 실천, 제2판, 프렌티스홀, 2002.
David Tse와 Pramod Viswanath, 무선통신의 기초, 캠브리지 대학 출판부, 2005.
M.Awad, K.T.왕 [1]^{[permanent dead link]} & ZLi, 실내 전파 채널의 시간적 특성에 관한 개방형 문헌의 경험적 데이터의 통합 개요, [2] 안테나 및 전파에 관한 IEEE 트랜잭션, vol. 56, no. 5, 페이지 1451–1468, 2008년 5월.
P. Barsocchi, 지상파 무선 통신용 채널 모델: 설문 조사, CNR-ISTI 기술 보고서, 2006년 4월.

외부 링크

멀티패스 효과에 의한 페이딩

[1] Tse, David; Viswanath, Pramod (2006). Fundamentals of Wireless Communication (4 ed.). Cambridge [Eng.]: Cambridge University Press. p. 31. ISBN 0521845270.

[2] Lars Ahlin & Jens Zander, Principle of Wireless Communications, 페이지 126-130.

[3] Biglieri, Ezio; Caire, Giuseppe; Taricco, Giorgio (1999). "Coding for the Fading Channel: a Survey". In Byrnes, J.S. (ed.). Signal Processing for Multimedia. IOS Press. p. 253. ISBN 978-90-5199-460-5.

[4] Médard, Muriel; Tse, David N. C. "Spreading in block-fading channels" (PDF). Conference Record of the Thirty-Fourth Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers. 34th Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, Oct 29 – Nov 1, 2000, Pacific Grove, CA, USA. Vol. 2. pp. 1598–1602. doi:10.1109/ACSSC.2000.911259. ISBN 0-7803-6514-3. Retrieved 2014-10-20.

[5] Harvey Lehpamer 마이크로파 전송 네트워크: 계획, 설계, 도입, McGraw-Hill 2010 ISBN 0-07-170122-2 페이지 100

[6] 배리 D.Lewis, Peter T. Davis Wireless Networks for dummies, For Dummies, 2004 ISBN 0-7645-7525-2, 234페이지

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[3]

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