Wireless Channel Characteristics - Fading Channel

이동통신 채널에는 Large-Scale propagation과 Small-Scale propagation의 Fading을 갖는다.

 

 

이동통신시스템에서 신호 전파에 영향을 미치는 3가지의 기본 메커니즘

• Relflection : 전파하는 전자기파가 RF 신호 파장에 비해 매우 큰 크기의 매끄러운 표면에 충돌할 때 발생
• Diffaction : 송신기와 수신기 사이의 무선경로가 λ에 비해 매우 밀집된 물체에 의해 차단되어 방해되는 물체의 뒤에 2차파가 형성될 때 발생
• Scattering : 전파가 크고 거친 표면이나 λ와 비슷하거나 작은 표면에 충동하여 반사된 에너지가 사방으로 퍼져 나갈 때 발생

 

Large-Scale Fading

 

Mobile Cannel Environment

 

• 거리에 따른 Path Loss, 장애물에 의한 Shadowing
• 다중경로에 의한 Fading
• 같은 기지국(cell)안의 다른 사용자로부터의 간섭 - intracell interference
• 다른 기지국(cell)으로부터 수신되는 신호에 따른 간섭 - intercell interference

 

 

Large-Scale Propagation Model

 

• 송수신단 사이의 거리에 따른 감쇠 Path Loss
• 건물 등의 지형 지물에 따른 감쇠 Shadowing

⇒ 신호의 변화는 천천히 일어나며, 신호의 변화 분포는 주로 Log-normal 분포

 

거리에 따른 path loss값

 

Log-distance 경로 손실 모델

 

평균 수신 전력은 거리에 따라 로그함수의 값으로 감소됨

Log-normal shadowing 모델

 

거리 d만큼 떨어진 지점에서 경로 감쇠 값

- 실제 주변 환경에 따라 경로 손실 변화

- 실제 환경에서 나무나 빌딩 등에 의해 전파 감쇠

같은 거리에 존재하나 신호세기가 다른 요인

 

 

Small-Scale Fading

: 아주 짧은 시간 (수초 단위) 혹은 짧은 거리 (수 파장)에서 수신 신호의 빠른 변화를 나타내는 전파 모델

 

 

 

 multi-path fading 

 

Multi-path(다중 경로 지연 확산)에 의한 fading - 시간축 Delay spread

 

• 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)
  • 신호 대역폭 > 채널 대역폭
  • 지연 확산 > 심볼 주기
  • ISI 증가, delay 증가

 

• 주파수 비선택적 페이딩(flat fading)
  • 신호 대역폭 < 채널 대역폭
  • 지연확산 < 심볼 주기
  • delay 감소

 

 

 

Doppler Effect(도플러 확산)에 의한 fading - 주파수축 Doppler spread 

 

• 빠른 페이딩 (fast fading)
  • 도플러 확산의 증가
  • Coherence Time < 심볼 주기
  • 도플러 확산으로 인한 주파수 분산이 클 경우

 

• 느린 페이딩 (slow fading)
  • 도플러 확산의 감소
  • Coherence Time > 심볼 주기
  • 도플러 확산으로 인한 주파수 분산이 작은 경우

 

 

 

 

 

 

 

참고

Sklar, Bernard. "Rayleigh fading channels in mobile digital communication systems. I. Characterization." IEEE Communications magazine 35.7 (1997): 90-100.

서울과학기술대학교 김동호 교수님, 이동통신시스템 강의자료