أساسيات التلاشي وأنواعه في الاتصالات اللاسلكية

بالنظر إلى مختلف أنواع التشويش المتعلقة بالقناة وموقع جهاز الإرسال/الاستقبال، فيما يلي أنواع التلاشي في نظام الاتصالات اللاسلكية.
➤التلاشي واسع النطاق: يتضمن فقدان المسار وتأثيرات التظليل.
➤ التلاشي على نطاق صغير: ينقسم إلى فئتين رئيسيتين هما: انتشار التأخير متعدد المسارات وانتشار دوبلر. وينقسم انتشار التأخير متعدد المسارات بدوره إلى تلاشي مسطح وتلاشي انتقائي التردد. أما انتشار دوبلر فينقسم إلى تلاشي سريع وتلاشي بطيء.
➤ نماذج التلاشي: يتم تطبيق أنواع التلاشي المذكورة أعلاه في نماذج أو توزيعات مختلفة تشمل رايلي، وريسيان، وناكاجامي، وويبول، إلخ.

كما نعلم، يحدث ضعف الإشارة نتيجة انعكاسات من الأرض والمباني المحيطة، بالإضافة إلى الإشارات المتناثرة من الأشجار والأشخاص والأبراج الموجودة في المنطقة. وهناك نوعان من ضعف الإشارة: ضعف الإشارة واسع النطاق وضعف الإشارة ضيق النطاق.

1) تلاشي واسع النطاق

يحدث التلاشي واسع النطاق عندما يعترض عائقٌ الطريق بين جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال. يتسبب هذا النوع من التداخل في انخفاض كبير في قوة الإشارة، وذلك لأن الموجة الكهرومغناطيسية تُحجب أو تُحجب بواسطة العائق. ويرتبط هذا بتقلبات كبيرة في الإشارة مع المسافة.

1.أ) فقدان المسار

يمكن التعبير عن فقدان مسار الفضاء الحر على النحو التالي.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)²/ λ²} = (4*π*f*d)²/c²
أين،
Pt = قدرة الإرسال
Pr = طاقة الاستقبال
λ = الطول الموجي
د = المسافة بين هوائي الإرسال وهوائي الاستقبال
ج = سرعة الضوء، أي 3 × 10⁸

من المعادلة يتضح أن الإشارة المرسلة تضعف مع المسافة حيث تنتشر الإشارة على مساحة أكبر فأكبر من طرف الإرسال باتجاه طرف الاستقبال.

1.ب) تأثير التظليل

• يُلاحظ هذا في الاتصالات اللاسلكية. التظليل هو انحراف القدرة المستقبلة للإشارة الكهرومغناطيسية عن القيمة المتوسطة.
• إنها نتيجة وجود عوائق على المسار بين جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال.
• يعتمد ذلك على الموقع الجغرافي وكذلك التردد الراديوي للموجات الكهرومغناطيسية.

2. تلاشي على نطاق صغير

يتعلق التلاشي على نطاق صغير بالتقلبات السريعة في قوة الإشارة المستقبلة على مسافة قصيرة جدًا وفترة زمنية قصيرة.

مرتكز علىانتشار التأخير متعدد المساراتيوجد نوعان من التلاشي على نطاق صغير، وهما التلاشي المسطح والتلاشي الانتقائي للتردد. وتعتمد أنواع التلاشي متعدد المسارات هذه على بيئة الانتشار.

2.أ) التلاشي المسطح

يقال إن القناة اللاسلكية تتلاشى بشكل مسطح إذا كان لها كسب ثابت واستجابة طور خطية على نطاق ترددي أكبر من نطاق تردد الإشارة المرسلة.

في هذا النوع من التلاشي، تتذبذب جميع مكونات تردد الإشارة المستقبلة بنفس النسب في آن واحد. ويُعرف أيضاً بالتلاشي غير الانتقائي.

• عرض نطاق الإشارة << عرض نطاق القناة
• فترة الرمز >> فرق التأخير

يظهر تأثير التلاشي المسطح على شكل انخفاض في نسبة الإشارة إلى الضوضاء. وتُعرف هذه القنوات ذات التلاشي المسطح بقنوات متغيرة السعة أو قنوات ضيقة النطاق.

2.ب) التلاشي الانتقائي للتردد

يؤثر ذلك على مكونات طيفية مختلفة لإشارة الراديو بسعات مختلفة. ومن هنا جاء اسم التلاشي الانتقائي.

• عرض نطاق الإشارة > عرض نطاق القناة
• فترة الرمز < انتشار التأخير

مرتكز علىانتشار دوبلريوجد نوعان من التلاشي: التلاشي السريع والتلاشي البطيء. يعتمد هذان النوعان من التلاشي الناتج عن انتشار دوبلر على سرعة الهاتف المحمول، أي سرعة جهاز الاستقبال بالنسبة لجهاز الإرسال.

2.ج) تلاشي سريع

تتمثل ظاهرة التلاشي السريع في التقلبات السريعة للإشارة عبر مناطق صغيرة (أي نطاق ترددي ضيق). وعندما تصل الإشارات من جميع الاتجاهات في المستوى، يُلاحظ التلاشي السريع في جميع اتجاهات الحركة.

يحدث التلاشي السريع عندما تتغير استجابة نبضة القناة بسرعة كبيرة خلال مدة الرمز.

• انتشار دوبلر عالي
• فترة الرمز > زمن التماسك
• تغير الإشارة < تغير القناة

تؤدي هذه المعايير إلى تشتت التردد أو التلاشي الزمني الانتقائي نتيجة لانتشار دوبلر. وينتج التلاشي السريع عن انعكاسات الأجسام المحلية وحركة الأجسام بالنسبة لتلك الأجسام.

في التلاشي السريع، تكون الإشارة المستقبلة عبارة عن مجموع إشارات عديدة تنعكس من أسطح مختلفة. هذه الإشارة هي مجموع أو فرق إشارات متعددة، وقد تكون هذه الإشارات بناءة أو هدامة بناءً على فرق الطور النسبي بينها. وتعتمد علاقات الطور على سرعة الحركة، وتردد الإرسال، وأطوال المسارات النسبية.

يؤدي التلاشي السريع إلى تشويه شكل نبضة النطاق الأساسي. هذا التشويه خطي ويخلقمعهد القياس الدولي(تداخل الرموز). تعمل معادلة الصوت التكيفية على تقليل تداخل الرموز عن طريق إزالة التشوه الخطي الناتج عن القناة.

2.د) التلاشي البطيء

التلاشي البطيء هو نتيجة لتأثير الظلال الناتجة عن المباني والتلال والجبال وغيرها من الأشياء الموجودة على الطريق.

• انتشار دوبلر منخفض
• فترة الرمز <
• تغير الإشارة >> تغير القناة

تطبيق نماذج التلاشي أو توزيعات التلاشي

تشمل تطبيقات نماذج أو توزيعات التلاشي تلاشي رايلي، وتلاشي رايسيان، وتلاشي ناكاجامي، وتلاشي ويبول. صُممت هذه التوزيعات أو النماذج لدمج التلاشي في إشارة بيانات النطاق الأساسي وفقًا لمتطلبات ملف تعريف التلاشي.

رايلي يتلاشى

• في نموذج رايلي، تتم محاكاة مكونات غير خط البصر فقط بين المرسل والمستقبل. ويُفترض عدم وجود مسار خط البصر بينهما.
• يوفر برنامج MATLAB وظيفة "rayleighchan" لمحاكاة نموذج قناة رايلي.
• يتم توزيع الطاقة بشكل أسي.
• تتوزع المرحلة بشكل منتظم ولا تعتمد على السعة. وهي من أكثر أنواع التلاشي استخداماً في الاتصالات اللاسلكية.

تلاشي ريسيان

• في النموذج الاسكتلندي، يتم محاكاة كل من مكونات خط البصر (LOS) وغير خط البصر (NLOS) بين جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال.
• يوفر برنامج MATLAB وظيفة "ricianchan" لمحاكاة نموذج قناة الريسيان.

ناكاجامي يتلاشى

قناة ناكاجامي المتلاشية هي نموذج إحصائي يُستخدم لوصف قنوات الاتصال اللاسلكي التي تتعرض فيها الإشارة المستقبلة لتلاشي متعدد المسارات. وهي تمثل بيئات ذات تلاشي متوسط ​​إلى شديد، مثل المناطق الحضرية أو الضواحي. يمكن استخدام المعادلة التالية لمحاكاة نموذج قناة ناكاجامي المتلاشية.