Kablosuz iletişimde sönümlemenin temelleri ve türleri

Kablosuz iletişim sistemlerinde kanala bağlı çeşitli bozulmalar ve verici/alıcının konumu takibi göz önüne alındığında sönümleme türleri ortaya çıkmaktadır.
➤Büyük Ölçekli Solma: Yol kaybı ve gölgeleme efektlerini içerir.
➤Küçük Ölçekli Solma: İki ana kategoriye ayrılır; çok yollu gecikme yayılımı ve doppler yayılımı. Çok yollu gecikme yayılımı ayrıca düz sönümleme ve frekans seçici sönümleme olarak ikiye ayrılır. Doppler yayılımı hızlı sönümleme ve yavaş sönümleme olarak ikiye ayrılır.
➤Sönümleme modelleri: Yukarıdaki sönümleme türleri Rayleigh, Rician, Nakagami, Weibull vb. gibi çeşitli modellerde veya dağıtımlarda uygulanmaktadır.

Bildiğimiz gibi sönümlü sinyaller, zeminden ve çevredeki binalardan yansımaların yanı sıra geniş alanda bulunan ağaçlardan, insanlardan ve kulelerden gelen dağınık sinyaller nedeniyle de meydana gelir. İki tür solma vardır; büyük ölçekli solma ve küçük ölçekli solma.

1.) Büyük Ölçekli Solma

Verici ve alıcı arasına bir engel girdiğinde büyük ölçekli sönümleme meydana gelir. Bu girişim türü önemli miktarda sinyal gücünde azalmaya neden olur. Bunun nedeni EM dalgasının engel tarafından gölgelenmesi veya engellenmesidir. Sinyalin mesafe boyunca büyük dalgalanmalarıyla ilgilidir.

1.a) Yol kaybı

Boş alan yol kaybı aşağıdaki gibi ifade edilebilir.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)²/ λ²} = (4*π*f*d)²/c²
Nerede,
Pt = İletim gücü
Pr = Güç alma
λ = dalga boyu
d = verici ve alıcı anten arasındaki mesafe
c = ışık hızı yani 3 x 10⁸

Denklemden, sinyal iletim ucundan alma ucuna doğru giderek daha geniş bir alana yayıldıkça iletilen sinyalin mesafe boyunca zayıfladığı anlamına gelir.

1.b) Gölgeleme efekti

• Kablosuz iletişimde görülür. Gölgelenme, EM sinyalinin alınan gücünün ortalama değerden sapmasıdır.
• Verici ile alıcı arasındaki yol üzerindeki engellerden kaynaklanır.
• Coğrafi konuma ve EM (ElektroManyetik) dalgaların radyo frekansına bağlıdır.

2. Küçük Ölçekli Solma

Küçük ölçekli sönümleme, alınan sinyal gücünün çok kısa mesafe ve kısa zaman periyodunda hızlı dalgalanmalarıyla ilgilidir.

dayalıçok yollu gecikme yayılımıiki tür küçük ölçekli solma vardır; düz sönümleme ve frekans seçici sönümleme. Bu çok yollu sönümleme türleri yayılma ortamına bağlıdır.

2.a) Düz solma

Kablosuz kanalın, iletilen sinyalin bant genişliğinden daha büyük bir bant genişliği üzerinde sabit kazancı ve doğrusal faz yanıtı varsa, düz sönümlemeli olduğu söylenir.

Bu tür sönümlemede, alınan sinyalin tüm frekans bileşenleri aynı anda aynı oranlarda dalgalanır. Seçici olmayan sönümleme olarak da bilinir.

• Sinyal BW << Kanal BW
• Sembol periyodu >> Gecikme Yayılımı

Düz sönmenin etkisi SNR'de azalma olarak görülmektedir. Bu düz sönümlemeli kanallar, genliği değişen kanallar veya dar bantlı kanallar olarak bilinir.

2.b) Frekans Seçmeli sönümleme

Bir radyo sinyalinin farklı genliklerdeki farklı spektral bileşenlerini etkiler. Bu nedenle seçici sönümleme adı verilmiştir.

• Sinyal BW > Kanal BW
• Sembol süresi < Yayılma Gecikmesi

dayalıdoppler yayılımıiki tür solma vardır; hızlı solma ve yavaş solma. Bu doppler yayılma sönümleme tipleri mobil hıza, yani alıcının vericiye göre hızına bağlıdır.

2.c) Hızlı solma

Hızlı zayıflama olgusu, sinyalin küçük alanlar (yani bant genişliği) üzerindeki hızlı dalgalanmaları ile temsil edilir. Sinyaller düzlemdeki tüm yönlerden geldiğinde, hareketin tüm yönlerinde hızlı sönümleme gözlemlenecektir.

Hızlı sönümleme, kanal dürtü yanıtının sembol süresi içerisinde çok hızlı değişmesi durumunda meydana gelir.

• Yüksek doppler yayılımı
• Sembol dönemi > Tutarlılık süresi
• Sinyal Değişimi < Kanal değişimi

Bu parametreler, doppler yayılımından dolayı frekans dağılımına veya zaman seçici sönmeye neden olur. Hızlı solma, yerel nesnelerin yansımaları ve nesnelerin bu nesnelere göre hareketinin sonucudur.

Hızlı sönümlemede alma sinyali, çeşitli yüzeylerden yansıyan çok sayıda sinyalin toplamıdır. Bu sinyal, aralarındaki göreceli faz kaymasına bağlı olarak yapıcı veya yıkıcı olabilen birden fazla sinyalin toplamı veya farkıdır. Faz ilişkileri hareket hızına, iletim frekansına ve göreceli yol uzunluklarına bağlıdır.

Hızlı sönümleme, temel bant darbesinin şeklini bozar. Bu distorsiyon doğrusaldır veISI(Semboller Arası Girişim). Uyarlanabilir eşitleme, kanalın neden olduğu doğrusal bozulmayı ortadan kaldırarak ISI'yi azaltır.

2.d) Yavaş solma

Yavaş solma, yol üzerindeki binaların, tepelerin, dağların ve diğer nesnelerin gölgelemesinin bir sonucudur.

• Düşük Doppler Yayılımı
• Sembol dönemi <
• Sinyal Değişimi >> Kanal Değişimi

Sönümleme modellerinin veya sönümleme dağılımlarının uygulanması

Sönümleme modellerinin veya sönümleme dağılımlarının uygulamaları Rayleigh sönümlemesini, Rician sönümlemesini, Nakagami sönümlemesini ve Weibull sönümlemesini içerir. Bu kanal dağıtımları veya modelleri, sönümleme profili gereksinimlerine göre temel bant veri sinyalindeki sönümlemeyi içerecek şekilde tasarlanmıştır.

Rayleigh solması

• Rayleigh modelinde verici ve alıcı arasında yalnızca Görüş Hattı Dışı (NLOS) bileşenler simüle edilir. Verici ve alıcı arasında LOS yolunun olmadığı varsayılmaktadır.
• MATLAB, rayleigh kanal modelini simüle etmek için "rayleighchan" fonksiyonunu sağlar.
• Güç üstel olarak dağıtılır.
• Faz düzgün bir şekilde dağılmıştır ve genlikten bağımsızdır. Kablosuz iletişimde en çok kullanılan Fading türüdür.

Rician solması

• Rician modelinde verici ve alıcı arasında hem Görüş Hattı (LOS) hem de Görüş Hattı olmayan (NLOS) bileşenler simüle edilir.
• MATLAB, rician kanal modelini simüle etmek için "ricianchan" fonksiyonunu sağlar.

Nakagami soluyor

Nakagami sönümleme kanalı, alınan sinyalin çok yollu sönümlemeye maruz kaldığı kablosuz iletişim kanallarını tanımlamak için kullanılan istatistiksel bir modeldir. Kentsel veya banliyö alanları gibi orta ila şiddetli solma olan ortamları temsil eder. Nakagami sönümleme kanalı modelini simüle etmek için aşağıdaki denklem kullanılabilir.