تصف هذه الصفحة أساسيات التلاشي وأنواعه في الاتصالات اللاسلكية. تنقسم أنواع التلاشي إلى تلاشي واسع النطاق وتلاشي صغير النطاق (انتشار التأخير متعدد المسارات وانتشار دوبلر).
التلاشي المسطح وتلاشي اختيار التردد هما جزء من التلاشي متعدد المسارات، بينما التلاشي السريع والبطيء هما جزء من تلاشي دوبلر المنتشر. تُطبّق هذه الأنواع من التلاشي وفقًا لتوزيعات أو نماذج رايلي، وريتشيان، وناكاجامي، وويبل.
مقدمة:
كما هو معلوم، يتكون نظام الاتصالات اللاسلكية من مُرسِل ومُستقبِل. المسار من المُرسِل إلى المُستقبِل ليس سلسًا، وقد تمر الإشارة المُرسَلة بأنواع مُختلفة من التوهين، بما في ذلك فقدان المسار، وتوهين المسارات المُتعددة، وغيرها. يعتمد توهين الإشارة عبر المسار على عوامل مُختلفة، منها الوقت، والتردد الراديوي، ومسار أو موقع المُرسِل/المُستقبِل. يُمكن أن تكون القناة بين المُرسِل والمُستقبِل مُتغيرة زمنيًا أو ثابتة، وذلك حسب ثبات المُرسِل/المُستقبِل أو حركتهما بالنسبة لبعضهما البعض.
ما هو التلاشي؟
يُطلق على التباين الزمني في قوة الإشارة المُستقبَلة، الناتج عن تغيرات في وسيط الإرسال أو مساراته، اسم التلاشي. ويعتمد التلاشي على عوامل مُختلفة كما ذُكر سابقًا. ففي حالة الإرسال الثابت، يعتمد التلاشي على الظروف الجوية، مثل هطول الأمطار والبرق، إلخ. أما في حالة الإرسال المتنقل، فيعتمد التلاشي على العوائق على المسار، والتي تتغير مع مرور الوقت. تُؤدي هذه العوائق إلى تأثيرات إرسال مُعقدة للإشارة المُرسَلة.
يوضح الشكل 1 مخطط السعة مقابل المسافة لأنواع التلاشي البطيء والتلاشي السريع والذي سنناقشه لاحقًا.
أنواع التلاشي
بالنظر إلى مختلف الإعاقات المرتبطة بالقناة وموضع المرسل / المستقبل، فيما يلي أنواع التلاشي في نظام الاتصالات اللاسلكية.
➤التلاشي على نطاق واسع: يتضمن فقدان المسار وتأثيرات التظليل.
➤التلاشي صغير النطاق: يُقسّم إلى فئتين رئيسيتين: انتشار تأخير المسارات المتعددة وانتشار دوبلر. يُقسّم انتشار تأخير المسارات المتعددة أيضًا إلى تلاشي مُسطّح وتلاشي انتقائي التردد. يُقسّم انتشار دوبلر إلى تلاشي سريع وتلاشي بطيء.
➤نماذج التلاشي: يتم تنفيذ أنواع التلاشي المذكورة أعلاه في نماذج أو توزيعات مختلفة تتضمن Rayleigh وRician وNakagami وWeibull وما إلى ذلك.
كما هو معلوم، تحدث إشارات التلاشي نتيجةً لانعكاسات من الأرض والمباني المحيطة، بالإضافة إلى إشارات متفرقة من الأشجار والأشخاص والأبراج الموجودة في المنطقة الواسعة. هناك نوعان من التلاشي: التلاشي واسع النطاق والتلاشي صغير النطاق.
1.) البهتان على نطاق واسع
يحدث التلاشي واسع النطاق عند وجود عائق بين المرسل والمستقبل. يُسبب هذا النوع من التداخل انخفاضًا كبيرًا في قوة الإشارة. ويرجع ذلك إلى حجب أو حجب الموجة الكهرومغناطيسية بواسطة العائق. ويرتبط ذلك بتقلبات كبيرة في الإشارة على المدى البعيد.
1.أ) فقدان المسار
يمكن التعبير عن خسارة مسار الفضاء الحر على النحو التالي.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)2/ λ2} = (4*π*f*d)2/c2
أين،
Pt = طاقة الإرسال
Pr = طاقة الاستقبال
λ = الطول الموجي
د = المسافة بين هوائي الإرسال والاستقبال
ج = سرعة الضوء أي 3 × 108
من المعادلة، يتضح أن الإشارة المرسلة تتضاءل مع مرور المسافة حيث يتم نشر الإشارة على مساحة أكبر وأكبر من نهاية الإرسال إلى نهاية الاستقبال.
1.ب) تأثير التظليل
يُلاحظ هذا في الاتصالات اللاسلكية. التظليل هو انحراف الطاقة المُستقبَلة للإشارة الكهرومغناطيسية عن متوسط قيمتها.
• هو نتيجة وجود عوائق على المسار بين المرسل والمستقبل.
• يعتمد ذلك على الموقع الجغرافي وكذلك التردد الراديوي للموجات الكهرومغناطيسية.
2. بهتان على نطاق صغير
يتعلق التلاشي على نطاق صغير بالتقلبات السريعة في قوة الإشارة المستقبلة على مسافة قصيرة جدًا وفترة زمنية قصيرة.
مرتكز علىانتشار تأخير المسارات المتعددةهناك نوعان من التلاشي صغير النطاق: التلاشي المسطح والتلاشي الانتقائي للتردد. يعتمد هذان النوعان من التلاشي متعدد المسارات على بيئة الانتشار.
2.أ) التلاشي المسطح
يقال أن القناة اللاسلكية تتلاشى بشكل مسطح إذا كان لها مكسب ثابت واستجابة طور خطية على نطاق ترددي أكبر من نطاق تردد الإشارة المرسلة.
في هذا النوع من التلاشي، تتذبذب جميع مكونات تردد الإشارة المُستقبَلة بنسب متزامنة متساوية. ويُعرف أيضًا بالتلاشي غير الانتقائي.
• إشارة BW << قناة BW
• فترة الرمز >> انتشار التأخير
يُلاحظ تأثير التلاشي المسطح على شكل انخفاض في نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR). تُعرف قنوات التلاشي المسطح هذه بقنوات متغيرة السعة أو قنوات ضيقة النطاق.
2.ب) التلاشي الانتقائي للتردد
يؤثر هذا على مكونات طيفية مختلفة لإشارة راديوية بسعات مختلفة. ومن هنا جاء اسم التلاشي الانتقائي.
• عرض النطاق الترددي للإشارة > عرض النطاق الترددي للقناة
• فترة الرمز < انتشار التأخير
مرتكز علىانتشار دوبلرهناك نوعان من التلاشي: التلاشي السريع والتلاشي البطيء. يعتمد هذان النوعان من التلاشي المنتشر دوبلر على سرعة الهاتف المحمول، أي سرعة جهاز الاستقبال بالنسبة لجهاز الإرسال.
2.ج) التلاشي السريع
ظاهرة التلاشي السريع تتمثل في تقلبات سريعة للإشارة عبر مساحات صغيرة (أي عرض النطاق الترددي). عند وصول الإشارات من جميع اتجاهات المستوى، يُلاحظ تلاشي سريع في جميع اتجاهات الحركة.
يحدث التلاشي السريع عندما تتغير استجابة نبضة القناة بسرعة كبيرة خلال مدة الرمز.
• انتشار دوبلر العالي
• فترة الرمز > زمن التماسك
• اختلاف الإشارة < اختلاف القناة
تؤدي هذه المعلمات إلى تشتت التردد أو التلاشي الانتقائي الزمني نتيجة انتشار دوبلر. التلاشي السريع ناتج عن انعكاسات الأجسام المحلية وحركتها بالنسبة لها.
في حالة التلاشي السريع، تكون إشارة الاستقبال مجموع إشارات متعددة تنعكس من أسطح مختلفة. هذه الإشارة هي مجموع أو فرق إشارات متعددة، والتي قد تكون بناءة أو هدامة بناءً على انزياح الطور النسبي بينها. تعتمد علاقات الطور على سرعة الحركة، وتردد الإرسال، وأطوال المسارات النسبية.
يُشوّه التلاشي السريع شكل نبضة النطاق الأساسي. هذا التشويه خطي ويخلقالاستخبارات الباكستانية(تداخل الرموز). يعمل المعادلة التكيفية على تقليل التداخل بين الرموز عن طريق إزالة التشوه الخطي الناتج عن القناة.
2.د) التلاشي البطيء
التلاشي البطيء هو نتيجة للظلال التي تسببها المباني والتلال والجبال والأشياء الأخرى على طول المسار.
• انتشار دوبلر منخفض
• رمز الفترة <
• تباين الإشارة >> تباين القناة
تنفيذ نماذج التلاشي أو توزيعات التلاشي
تشمل تطبيقات نماذج أو توزيعات التلاشي تلاشي رايلي، وتلاشي ريسيان، وتلاشي ناكاغامي، وتلاشي ويبل. صُممت هذه التوزيعات أو النماذج للقنوات لدمج التلاشي في إشارة بيانات النطاق الأساسي وفقًا لمتطلبات نمط التلاشي.
تلاشي رايلي
في نموذج رايلي، تتم محاكاة مكونات عدم خط الرؤية (NLOS) فقط بين المرسل والمستقبل. ويُفترض عدم وجود مسار خط رؤية بين المرسل والمستقبل.
• يوفر MATLAB وظيفة "rayleighchan" لمحاكاة نموذج قناة رايلي.
• يتم توزيع الطاقة بشكل كبير.
• الطور موزع بالتساوي ومستقل عن السعة. وهو أكثر أنواع التلاشي استخدامًا في الاتصالات اللاسلكية.
التلاشي الريسي
• في النموذج الريكاني، يتم محاكاة كل من مكونات خط البصر (LOS) وغير خط البصر (NLOS) بين المرسل والمستقبل.
• يوفر MATLAB وظيفة "ricianchan" لمحاكاة نموذج قناة rician.
ناكاجامي يتلاشى
قناة ناكاجامي للتلاشي هي نموذج إحصائي يُستخدم لوصف قنوات الاتصالات اللاسلكية التي تتعرض فيها الإشارة المُستقبَلة لتلاشي متعدد المسارات. وتمثل هذه القنوات بيئات ذات تلاشي متوسط إلى شديد، مثل المناطق الحضرية أو الضواحي. ويمكن استخدام المعادلة التالية لمحاكاة نموذج قناة ناكاجامي للتلاشي.
• في هذه الحالة نرمز إلى h = r*eجΦوالزاوية Φ موزعة بالتساوي على [-π، π]
• يُفترض أن المتغير r وΦ مستقلان عن بعضهما البعض.
• يتم التعبير عن ملف PDF الخاص بـ Nakagami على النحو الوارد أعلاه.
• في ملف PDF الخاص بـ Nakagami، 2σ2= هـ{ر2}, Γ(.) هي دالة جاما و k >= (1/2) هو الرقم المتلاشي (درجات الحرية المتعلقة بعدد المتغيرات العشوائية الغوسية المضافة).
• تم تطويره في الأصل تجريبيًا بناءً على القياسات.
• طاقة الاستقبال اللحظية موزعة بتوزيع جاما. • مع k = 1، فإن رايلي = ناكاجامي
تلاشي ويبل
هذه القناة نموذج إحصائي آخر يُستخدم لوصف قنوات الاتصالات اللاسلكية. تُستخدم قناة تلاشي ويبل عادةً لتمثيل بيئات ذات ظروف تلاشي متنوعة، بما في ذلك التلاشي الضعيف والشديد.
أين،
2σ2= هـ{ر2}
• يمثل توزيع ويبل تعميمًا آخر لتوزيع رايلي.
• عندما يكون X وY متغيرين غاوسيين متوسطهما صفر، فإن غلاف R = (X2+ ي2)نصفهو توزيع رايلي. • ومع ذلك، يتم تعريف الغلاف R = (X2+ ي2)نصف، ويتم توزيع ملف PDF المقابل (ملف توزيع الطاقة) بواسطة Weibull.
• يمكن استخدام المعادلة التالية لمحاكاة نموذج التلاشي Weibull.
في هذه الصفحة، تناولنا مواضيع متنوعة حول التلاشي، مثل ماهية قنوات التلاشي، وأنواعها، ونماذج التلاشي، وتطبيقاتها، ووظائفها، وغيرها. يمكن استخدام المعلومات الواردة في هذه الصفحة لمقارنة واستنتاج الفرق بين التلاشي صغير النطاق وكبير النطاق، والفرق بين التلاشي المسطح والتلاشي الانتقائي للتردد، والفرق بين التلاشي السريع والبطيء، والفرق بين تلاشي رايلي وتلاشي ريسيان، وغيرها.
E-mail:info@rf-miso.com
الهاتف: 0086-028-82695327
الموقع الإلكتروني: www.rf-miso.com
وقت النشر: ١٤ أغسطس ٢٠٢٣
