페이딩 현상(Fading), 도플러 효과

페이딩이란 지형지물에 의한 전파의 산란이나 반사로 인한 수신 전계 강도의 변화를 말합니다. CDMA부터 통신감도에 안좋은 영향을 주는 현상이며 이 현상을 잡기위해 통신 기술이 발전하기도 했습니다. 오늘은 페이딩의 종류와 원인에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

 

1. Large Scale Fading(대규모 페이딩)

 ⇒ 넓은 지역 범위에서 수신 신호세기의 느린 변동을 말합니다.

 

• Path loss(경로 손실)
  • 가시거리(LOS) 상에서 두 통신장 비간의 거리에 의해 발생되는 손실을 뜻합니다.

 

• Shadowing(음영)
  • 신호가 주변 환경(건물, 나무 등)에 의해 차단 또는 감쇠되는 현상을 말합니다.

 

 

2. Small Scale Fading(소규모 페이딩)

 ⇒ 좁은 지역 및 짧은 시간 동안 신호 강도 및 위상이 바뀌는 현상입니다.

 

• Fast Fading
  • 기지국과 이동국이 가까워지는 경우 도플러 효과로 인해 상대적으로 수신 신호 주파수가 높아지는 현상
  • 수신 신호 대역폭 < 도플러 확산
• Slow Fading
  • 기지국과 이동국이 멀어지는 경우 도플러 효과로 인해 상대적으로 수신 신호 주파수가 낮아지는 현상
  • 수신 신호 대역폭 > 도플러 확산

 

※ 도플러 효과란?

⇒ 전파의 송신부, 수신부가 가까워지거나 멀어짐에 따라

    상대적으로 수신 주파수가 높아지거나 낮아지는 현상입니다.

 

그림을 통해서 이해해보겠습니다.

여기에 고정된 기지국과 이동국이 있으며

이때 이동국에서 받는 신호의 주파수는 일정합니다.

고정된 기지국과 이동국

만약 기지국과 이동국의 거리가 실시간으로 바뀌는 상황에는 주파수가 어떻게 될까요?

기지국이 빠른 속도로 이동하는 경우는 없으니 이동국이 빠르게 움직이는 상황을 가정해보겠습니다.

 

▶이동국이 기지국과 가까워질 때

fast fading

기지국에서 송신하는 주파수 대역은 동일하지만 기지국과 가까워지는 입장에서는

상대적으로 주파수가 높아지는 것처럼 보입니다.

 

▶ 이동국이 기지국과 멀어질 때

slow fading

마찬가지로 기지국에서 송신하는 주파수 대역은 동일하지만 기지국과 멀어지는 입장에서는

상대적으로 주파수가 낮아지는 것처럼 보입니다.

 

도플러 효과를 이해하기 위해서는 자동차의 경적소리를 생각하면 됩니다.

우리가 길거리에 나와 지나가는 자동차가 경적을 울리는 상황을 생각해봅시다.

그때 소리가 '빠아아아아아아아앙....' 하면서 멀어지죠.

듣기에는 음정이 점점 낮아지는것 처럼 들립니다.

 

하지만 운전자 입장에서는 동일한 음으로 소리가 나고 있을 겁니다.

신호의 거리가 가까워지고 멀어질수록 수신자 입장에서 느끼기에

소리의 음(주파수) 차이가 느껴지는 상황인 것입니다.

 

 

3. Multipath Fading(다중 경로 페이딩)

 ⇒ 신호가 다양한 경로에서 수신기에 도달할 때 발생합니다. 전자기파의 산란, 회절, 반사 등으로 서로 다른 진폭, 위상, 입사각, 편파 등이 간섭을 일으키는 현상입니다.

다중 경로 페이딩

그림에서는 1개의 반사파밖에 없지만 실제로는 엄청 많은 반사파들이 혼재된 채로 수신부에 도착합니다. 이러한 반사파는 도착 시간이 다르기 때문에 시간차가 다른 신호들과 겹쳐서 간섭이 증가하게 됩니다. 

이것을 심볼간 간섭- ISI(InterSymbol Interference) 라고 합니다.