वायरलेस कम्युनिकेशनमधील फेडिंगची मूलभूत माहिती आणि प्रकार

चॅनलशी संबंधित विविध अडथळे आणि ट्रान्समीटर/रिसीव्हरची स्थिती विचारात घेऊन, वायरलेस कम्युनिकेशन सिस्टीममध्ये खालील प्रकारचे फेडिंग आढळून येते.
➤मोठ्या प्रमाणावर फिकट होणे: यात पाथ लॉस आणि शॅडोइंग इफेक्ट्सचा समावेश आहे.
➤ लहान प्रमाणातील फडिंग: याचे मल्टिपाथ डिले स्प्रेड आणि डॉप्लर स्प्रेड या दोन मुख्य प्रकारांमध्ये विभाजन केले जाते. मल्टिपाथ डिले स्प्रेडचे पुढे फ्लॅट फडिंग आणि फ्रिक्वेन्सी सिलेक्टिव्ह फडिंगमध्ये विभाजन केले जाते. डॉप्लर स्प्रेडचे फास्ट फडिंग आणि स्लो फडिंगमध्ये विभाजन केले जाते.
➤फेडिंग मॉडेल्स: वरील फेडिंग प्रकार विविध मॉडेल्स किंवा डिस्ट्रिब्युशन्समध्ये लागू केले जातात ज्यामध्ये रेले, राइसियन, नाकागामी, वायबुल इत्यादींचा समावेश होतो.

आपल्याला माहित आहे की, जमिनीवरून आणि आजूबाजूच्या इमारतींवरून होणाऱ्या परावर्तनामुळे, तसेच मोठ्या परिसरातील झाडे, माणसे आणि टॉवर्समधून विखुरलेल्या सिग्नल्समुळे सिग्नल क्षीण होतात. क्षीण होण्याचे दोन प्रकार आहेत, ते म्हणजे मोठ्या प्रमाणावरील क्षीणता आणि लहान प्रमाणावरील क्षीणता.

१.) मोठ्या प्रमाणावर फिकट होणे

जेव्हा ट्रान्समीटर आणि रिसीव्हरच्या मध्ये एखादा अडथळा येतो, तेव्हा मोठ्या प्रमाणावर सिग्नल क्षीणन (fading) होते. या प्रकारच्या व्यत्ययामुळे सिग्नलच्या सामर्थ्यात लक्षणीय घट होते. याचे कारण असे की, अडथळ्यामुळे विद्युतचुंबकीय लहरी (EM wave) झाकल्या जातात किंवा अडवल्या जातात. याचा संबंध अंतरावर सिग्नलमध्ये होणाऱ्या मोठ्या चढउतारांशी असतो.

१.अ) मार्ग हानी

मुक्त अवकाशातील मार्ग हानी खालीलप्रमाणे व्यक्त केली जाऊ शकते.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)^२/ λ^२} = (4*π*f*d)^२/c^२
कुठे,
Pt = प्रेषण शक्ती
Pr = प्राप्त शक्ती
λ = तरंगलांबी
d = प्रेषक आणि प्राप्तकर्ता अँटेनामधील अंतर
c = प्रकाशाचा वेग म्हणजेच 3 x 10⁸

समीकरणावरून असे सूचित होते की, प्रेषक टोकापासून ग्रहण टोकाकडे सिग्नल अधिकाधिक मोठ्या क्षेत्रावर पसरत असल्यामुळे, अंतरावर प्रसारित सिग्नल क्षीण होतो.

१.ब) सावलीचा परिणाम

• हे वायरलेस कम्युनिकेशनमध्ये दिसून येते. शॅडोइंग म्हणजे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक (EM) सिग्नलच्या प्राप्त शक्तीचे सरासरी मूल्यापासून होणारे विचलन.
• हे ट्रान्समीटर आणि रिसीव्हरमधील मार्गातील अडथळ्यांचा परिणाम आहे.
• हे भौगोलिक स्थानावर तसेच विद्युतचुंबकीय (EM) लहरींच्या रेडिओ फ्रिक्वेन्सीवर अवलंबून असते.

२. लहान प्रमाणात फिकट होणे

सूक्ष्म स्तरावरील क्षीणन हे अतिशय कमी अंतरावर आणि कमी कालावधीत प्राप्त होणाऱ्या सिग्नलच्या तीव्रतेतील जलद चढउतारांशी संबंधित आहे.

यावर आधारितबहुमार्गी विलंब प्रसारलघु-स्तरीय फडिंगचे दोन प्रकार आहेत, म्हणजे फ्लॅट फडिंग आणि फ्रिक्वेन्सी सिलेक्टिव्ह फडिंग. हे मल्टिपाथ फडिंगचे प्रकार प्रसारणाच्या वातावरणावर अवलंबून असतात.

२.अ) सपाट फिकटपणा

जर वायरलेस चॅनेलचा गेन (gain) स्थिर असेल आणि प्रसारित सिग्नलच्या बँडविड्थपेक्षा जास्त असलेल्या बँडविड्थवर त्याचा फेज रिस्पॉन्स (phase response) लिनियर (linear) असेल, तर त्या चॅनेलला फ्लॅट फेडिंग (flat fading) चॅनेल म्हटले जाते.

या प्रकारच्या फेडिंगमध्ये, प्राप्त झालेल्या सिग्नलचे सर्व फ्रिक्वेन्सी घटक एकाच वेळी समान प्रमाणात चढउतार करतात. याला नॉन-सिलेक्टिव्ह फेडिंग असेही म्हणतात.

• सिग्नल बँडविड्थ << चॅनल बँडविड्थ
• प्रतीक कालावधी >> विलंब प्रसार

फ्लॅट फेडिंगचा परिणाम SNR मध्ये घट म्हणून दिसून येतो. या फ्लॅट फेडिंग चॅनेलना ॲम्प्लिट्यूड व्हेरिंग चॅनेल किंवा नॅरोबँड चॅनेल म्हणून ओळखले जाते.

२.ब) वारंवारता निवडक क्षीणन

ते रेडिओ सिग्नलच्या वेगवेगळ्या स्पेक्ट्रल घटकांवर वेगवेगळ्या तीव्रतेने परिणाम करते. म्हणूनच याला सिलेक्टिव्ह फेडिंग असे म्हणतात.

• सिग्नल बँडविड्थ > चॅनल बँडविड्थ
• प्रतीक कालावधी < विलंब प्रसार

यावर आधारितडॉप्लर स्प्रेडफेडिंगचे दोन प्रकार आहेत, ते म्हणजे फास्ट फेडिंग आणि स्लो फेडिंग. हे डॉप्लर स्प्रेड फेडिंगचे प्रकार मोबाईलच्या वेगावर, म्हणजेच ट्रान्समीटरच्या तुलनेत रिसीव्हरच्या वेगावर अवलंबून असतात.

२.क) जलद फिकट होणे

जलद क्षीण होण्याची घटना लहान क्षेत्रांवर (म्हणजेच बँडविड्थवर) सिग्नलच्या जलद चढउतारांनी दर्शविली जाते. जेव्हा प्रतलातील सर्व दिशांमधून सिग्नल येतात, तेव्हा गतीच्या सर्व दिशांसाठी जलद क्षीणता दिसून येईल.

जेव्हा सिम्बॉलच्या कालावधीत चॅनल इम्पल्स रिस्पॉन्समध्ये खूप वेगाने बदल होतो, तेव्हा फास्ट फेडिंग होते.

• उच्च डॉप्लर स्प्रेड
• प्रतीक कालावधी > सुसंगतता कालावधी
• सिग्नलमधील बदल < चॅनलमधील बदल

या पॅरामीटर्समुळे डॉप्लर स्प्रेडिंगमुळे फ्रिक्वेन्सी डिस्पर्शन किंवा टाइम सिलेक्टिव्ह फेडिंग होते. स्थानिक वस्तूंचे परावर्तन आणि त्या वस्तूंच्या सापेक्ष वस्तूंची गती, यांमुळे फास्ट फेडिंग होते.

जलद क्षीणतेमध्ये, प्राप्त होणारा सिग्नल हा विविध पृष्ठभागांवरून परावर्तित झालेल्या असंख्य सिग्नल्सची बेरीज असतो. हा सिग्नल अनेक सिग्नल्सची बेरीज किंवा वजाबाकी असतो, जो त्यांच्यातील सापेक्ष कला-बदलावर (phase shift) आधारित रचनात्मक किंवा विनाशात्मक असू शकतो. कला-संबंध हे गतीचा वेग, प्रेषणाची वारंवारता आणि सापेक्ष मार्गांच्या लांबीवर अवलंबून असतात.

जलद क्षीणनामुळे बेस बँड पल्सचा आकार विकृत होतो. ही विकृती रेषीय असते आणि त्यामुळे निर्माण होतेआयएसआय(इंटर सिम्बॉल इंटरफेरन्स). अ‍ॅडॅप्टिव्ह इक्वलायझेशन चॅनलमुळे होणारे लिनियर डिस्टॉर्शन काढून ISI कमी करते.

२.डी) हळू हळू फिकट होणे

मार्गावर इमारती, टेकड्या, पर्वत आणि इतर वस्तूंच्या सावल्या पडल्यामुळे प्रकाश हळूहळू फिकट होतो.

• कमी डॉप्लर स्प्रेड
• प्रतीक कालावधी <
• सिग्नलमधील बदल >> चॅनलमधील बदल

फेडिंग मॉडेल्स किंवा फेडिंग डिस्ट्रिब्युशन्सची अंमलबजावणी

फेडिंग मॉडेल्स किंवा फेडिंग डिस्ट्रिब्युशन्सच्या अंमलबजावणीमध्ये रेले फेडिंग, राइसियन फेडिंग, नाकागामी फेडिंग आणि वायबुल फेडिंग यांचा समावेश होतो. ही चॅनल डिस्ट्रिब्युशन्स किंवा मॉडेल्स, फेडिंग प्रोफाइलच्या आवश्यकतांनुसार बेस बँड डेटा सिग्नलमध्ये फेडिंग समाविष्ट करण्यासाठी डिझाइन केलेली आहेत.

रेले फॅडिंग

• रेले मॉडेलमध्ये, ट्रान्समीटर आणि रिसीव्हर दरम्यान फक्त नॉन-लाइन ऑफ साइट (NLOS) घटकांचे सिम्युलेशन केले जाते. असे गृहीत धरले जाते की ट्रान्समीटर आणि रिसीव्हर दरम्यान कोणताही LOS मार्ग अस्तित्वात नाही.
• MATLAB रेले चॅनेल मॉडेलचे सिम्युलेशन करण्यासाठी "rayleighchan" फंक्शन प्रदान करते.
• शक्ती घातांकीय पद्धतीने वितरित आहे.
• फेज समान रीतीने वितरित असतो आणि ॲम्प्लिट्यूडपासून स्वतंत्र असतो. वायरलेस कम्युनिकेशनमध्ये हा फेडिंगचा सर्वाधिक वापरला जाणारा प्रकार आहे.

राइसियन फिकट होत आहे

• राइसियन मॉडेलमध्ये, ट्रान्समीटर आणि रिसीव्हर दरम्यान लाइन ऑफ साइट (LOS) आणि नॉन-लाइन ऑफ साइट (NLOS) दोन्ही घटकांचे सिम्युलेशन केले जाते.
• MATLAB राइसियन चॅनल मॉडेलचे सिम्युलेशन करण्यासाठी "ricianchan" फंक्शन प्रदान करते.

नाकागामी फिकट होत आहे

नाकागामी फेडिंग चॅनल हे एक सांख्यिकीय मॉडेल आहे, जे अशा वायरलेस कम्युनिकेशन चॅनल्सचे वर्णन करण्यासाठी वापरले जाते, ज्यात प्राप्त झालेल्या सिग्नलमध्ये मल्टिपाथ फेडिंग होते. हे शहरी किंवा उपनगरीय भागांसारख्या मध्यम ते तीव्र फेडिंग असलेल्या वातावरणाचे प्रतिनिधित्व करते. नाकागामी फेडिंग चॅनल मॉडेलचे सिम्युलेशन करण्यासाठी खालील समीकरणाचा वापर केला जाऊ शकतो.