이동통신공학[2주차] - channel models, digital communications, large scale fading model/small scale fading model

* 본 포스트는 K-MOOC 온라인 강좌에서 고려대학교 고영채 교수님의 강좌인 이동통신공학을 듣고 정리한 내용입니다. 자세한 내용들은 해당 강좌를 참고해주시고, 저작권에 문제가 된다면 말씀해주세요. 바로 글을 내리도록 하겠습니다.

http://www.kmooc.kr/courses/course-v1:KoreaUnivK+ku_eng_001+2020_A07/about 

 

Channel Models

receiver는 신호를 수신했을 때 scattering, diffraction, reflection의 3가지 요소에 의해 하나의 신호가 아닌, 여러 개의 신호를 수신함. 게다가, 만약 수신자가 계속 움직이고 있다면(mobility 존재) 주변에 있는 환경은 계속해서 변화되어서(Scattering, diffraction, reflection에 의해) 수신된 신호의 세기가 계속해서 달라짐

 

scattering(산란) : 어떤 매질을 직선 경로로 통과하는 빛, 소리 등의 복사가 하나 이상의 국부적 불균일성에 의해 경로를 벗어나는 현상

diffraction(회절) : 음파나 전파 또는 광파 등이 장애물이나 좁은 틈을 통과할 때, 파동이 그 뒤편까지 전파하는 현상

reflection(반사) : 파동이 다른 두 매질의 경계에서 방향을 바꿔 진행하는 물리 현상

통신공학에서는 이렇게 변화하는 특성들을 wireless channel이라 하여 black box 모델로서 표현

 

 

Digital Communications(디지털 통신)

 

Signal Power

Instantaneous power : 순간에 측정한 파워, 매 시간에 따라 변함

Average power : 시간적으로 average를 취한 power

 

 

Mathematical Model of Wireless channels

신호를 받았을 때(r(t)) AWGN을 제거하고, f에 대한 역함수를 취하면 s(t)를 그대로 복원할 수 있지 않을까?

우리의 목적은 무선 채널 모델인 f 함수를 알아내는 것이며, f라는 함수를 알아내는 것이 채널을 예측하는 과정.

 

채널 모델 Categorization

평균 전력(Average Power)에 따른 채널 모델 상황

Instantaneous Power에 따른 채널 모델 상황

Delay Spread : 무선 전파의 다중경로(Multipath)환경에서 각각 다른 경로를 거치게 된, 첫 번째 수신된 전파와 그 다음 반사되어 오는 수신전파 사이에 지연된 시간

scattering, diffraction, reflection이 있는 환경에서, 신호를 하나 보냈음에도 수신단에서는 N개의 서로 다른 delay를 가진 여러 개의 신호(t, t-τ1, t-τ2...)를 받을 것임

 

Doppler Spread : 도플러 효과(어떤 파동의 파동원과 관찰자의 상대 속도에 따라 진동수와 파장이 바뀌는 현상) 등에 의해서 주파수 변동/퍼짐/늘려짐을 겪게되는 현상

즉, mobility가 존재하는 node의 속도에 비례해서 변이가 일어남

 

Average Power와 Instantaneous Power가 모두 고려된 상황에서의 Received Signal Power 그림

 

궁극적인 목표.

 

Large scale fading model : average power에 대한 채널 모델

즉, path loss와 shadowing을 모델링하는 것

 

Small scale fading model : Instantaneous power에 대한 채널 모델

주파수 성분마다 다른 영향을 받느냐에 따라 frequency flat이냐 frequency selective냐를 볼 것이고 추가로 fast fading이나 slow fading이냐를 볼 것인데, 이들을 고려한 모델링.

즉, 받은 신호의 주파수 성분, 다시 말해 주파수대역 마다 다른 영향을 받는다면 frequency selective fading이라고 말을 하고 같은 영향을 받는다면 frequency flat fading이라고 함