تلاشي القناة اللاسلكيةالتلاشي هو تغير في سعة الإشارة المستقبلة أو طورها أو قدرتها نتيجة لتغيرات في مسار الانتشار. يمكن أن يقلل من هامش الربط، ويشوه إشارات النطاق العريض، ويجعل قياسات الترددات الراديوية صعبة التكرار. يساعد فهم نوع التلاشي الموجود في النظام المهندسين على اختيار الهوائيات المناسبة، وطرق الاختبار، وتقنيات التخفيف.
يشرح هذا الدليل التلاشي واسع النطاق وضيق النطاق، والقنوات المسطحة والقنوات الانتقائية الترددية، والتلاشي البطيء والسريع، ونماذج القنوات الإحصائية الأكثر شيوعًا. كما يوضح كيف يؤثر نمط الهوائي والاستقطاب وهندسة الاختبار على قياسات التلاشي العملية.
ما هو تلاشي القناة اللاسلكية؟
نادراً ما تصل الإشارة اللاسلكية إلى جهاز الاستقبال عبر مسار مثالي واحد فقط. فالمباني والتضاريس والمركبات والمعدات وغيرها من الأجسام قد تحجب أو تعكس أو تحيد أو تشتت الموجات الكهرومغناطيسية. ولذلك، قد تصل نسخ متعددة من الإشارة نفسها بتأخيرات وسعات وأطوار وزوايا وصول مختلفة. وقد يكون تداخلها بنّاءً في موقع أو تردد معين، وهدّاماً في موقع أو تردد آخر.
يختلف التلاشي عن فقدان الإشارة في الفضاء الحر. يصف فقدان الإشارة الانخفاض العام في القدرة مع زيادة المسافة والتردد، بينما يصف التلاشي تغيرات إضافية حول هذا المتوسط. يصنف المهندسون التلاشي عادةً على محورين مستقلين: النطاق المكاني وانتقائية القناة.
الشكل 1.توضح التغيرات البطيئة والسريعة في مستوى الإشارة المستقبلة اختلافات في زمن التلاشي أو نطاق المسافة.
كيف يتم تصنيف التلاشي اللاسلكي
تلاشي واسع النطاقيصف التغيرات التدريجية على مسافات طويلة نسبياً، ويرجع ذلك أساساً إلى تغير فقدان الإشارة والتظليل.تلاشي على نطاق صغيريصف التغيرات السريعة على مسافات قصيرة أو فترات زمنية قصيرة بسبب تعدد المسارات والحركة.
يمكن تصنيف التلاشي على نطاق صغير حسب انتشار التأخير إلى مسطح أو انتقائي التردد، وحسب انتشار دوبلر إلى بطيء أو سريع. هذه تصنيفات منفصلة: يمكن أن تكون القناة مسطحة وسريعة، أو مسطحة وبطيئة، أو انتقائية التردد وسريعة، أو انتقائية التردد وبطيئة.
التلاشي واسع النطاق: فقدان المسار والتظليل
اتجاه فقدان المسار
يُعرَّف فقدان الإشارة بأنه متوسط انخفاض القدرة المستقبلة مع زيادة مسافة الانتشار. في الفضاء الحر غير المعيق، يرتبط الفقدان بطول الموجة والمسافة. أما في البيئات الواقعية، فتُضاف عوامل أخرى كالتضاريس والتشويش والتأثيرات الجوية، بالإضافة إلى اعتمادية ارتفاع الهوائي، لذا تستخدم حسابات ميزانية الربط العملية عادةً نموذج انتشار مناسبًا لسيناريو النشر.
تلاشي الظل
يحدث التظليل عندما تحجب الأجسام الكبيرة مسار الانتشار المباشر جزئيًا أو كليًا. يمكن للمباني والتلال والآلات وهياكل المركبات أن تُحدث تغيرات بطيئة نسبيًا في مستوى الإشارة المستقبلة مع تغير جهاز الإرسال أو جهاز الاستقبال أو البيئة المحيطة. غالبًا ما يُعبَّر عن تلاشي الإشارة الناتج عن التظليل إحصائيًا حول متوسط فقدان المسار المحلي.
التلاشي على نطاق صغير: تعدد المسارات والحركة
التلاشي المسطح مقابل التلاشي الانتقائي للتردد
القناة تقريبًاتلاشي مسطحعندما يكون عرض نطاق التماسك أوسع من عرض نطاق الإشارة المشغولة، فإن القناة تغير سعة الإشارة وطورها دون إعادة تشكيل طيفها بشكل كبير.
تصبح القناةانتقائي للترددعندما يكون عرض نطاق الإشارة كبيرًا مقارنةً بعرض نطاق التماسك، فإن المكونات الطيفية المختلفة تتعرض لكسب وطور مختلفين. والسبب الرئيسي هو انتشار تأخير المسارات المتعددة القابل للقياس، والذي قد يُسبب تداخلًا بين الرموز في الوصلات الرقمية.
التلاشي البطيء مقابل التلاشي السريع
التلاشي البطيءيعني ذلك أن القناة لا تتغير إلا قليلاً خلال فترة الإشارة ذات الصلة.تلاشي سريعيعني ذلك أن القناة تتغير بشكل ملحوظ خلال تلك الفترة. وتؤدي الحركة النسبية بين جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال والمشتتات المحيطة إلى حدوث انزياحات دوبلر وتقصير زمن تماسك القناة.
| تصنيف | مقارنة رئيسية | التأثير النموذجي |
|---|---|---|
| تلاشي مسطح | عرض نطاق الإشارة أصغر من عرض نطاق التماسك | تباين واسع في السعة والطور عبر الإشارة بأكملها |
| انتقائي التردد | عرض نطاق الإشارة أكبر من عرض نطاق التماسك | تشوه طيفي وتداخل محتمل بين الرموز |
| التلاشي البطيء | زمن التماسك طويل نسبيًا مقارنةً بفترة الإشارة | تغير تدريجي على مستوى الرابط |
| تلاشي سريع | زمن التماسك قصير نسبيًا مقارنةً بفترة الإشارة | التغير السريع والضعف المرتبط بالدوبلر |
نماذج التلاشي الإحصائي الشائعة
- رايلي يتلاشى:يشيع استخدامها عندما لا يكون هناك مكون مهيمن واحد في خط الرؤية وتتكون الإشارة المستقبلة من العديد من المكونات المتناثرة.
- تلاشي ريسيان:يتضمن مكونًا رئيسيًا بالإضافة إلى مكونات متعددة المسارات متناثرة. ويعبر عامل رايسيان K عن نسبة القدرة بين المكونات الرئيسية والمنتشرة.
- ناكاجامي يتلاشى:توزيع تجريبي مرن يمكنه تمثيل نطاق من درجات التلاشي من خلال معلمة الشكل الخاصة به.
- تراجع مؤشر ويبول:توزيع إحصائي آخر قابل للتكيف يستخدم لبيئات انتشار مختارة تم قياسها.
يجب أن يستند اختيار النموذج إلى البيئة الفعلية والتردد والتنقل وتكوين الهوائي وبيانات القياس. تستخدم سير عمل MATLAB الحديثة كائنات مثلقناة رايلي للاتصالاتوقناة ريسيانبدلاً من الوظائف القديمة المشار إليها في النسخة السابقة من هذه المقالة.
الشكل 3.توفر التوزيعات الإحصائية المغلفة نماذج موجزة لسلوك التلاشي المقاس.
كيف يؤثر التلاشي على أداء نظام الترددات اللاسلكية
يمكن أن يؤدي التلاشي إلى تقليل الطاقة المستقبلة، وخفض نسبة الإشارة إلى الضوضاء، وزيادة معدل الخطأ، وانقطاع الاتصال اللاسلكي. كما يمكن أن يشوه التلاشي الانتقائي للتردد أشكال الموجات واسعة النطاق، في حين أن التغير السريع في تأثير دوبلر قد يجعل تقدير القناة أكثر صعوبة.
تشمل أساليب التخفيف الشائعة ما يلي:
- هامش ربط كافٍ وتحكم تلقائي في الكسب؛
- التنوع الزمني أو الترددي أو المكاني أو الاستقطابي؛
- معادلة وتصميم شكل الموجة متعددة الحاملات؛
- ترميز القنوات، والتشابك، والتعديل التكيفي؛
- معالجة MIMO وتوجيه الحزمة؛
- تحديد موضع الهوائي بعناية، واختيار نمطه، والتحكم في استقطابه.
لا توجد تقنية واحدة تقضي على جميع آليات التلاشي. يعتمد النهج الأمثل على إحصائيات القناة، وعرض النطاق الترددي المستخدم، والتنقل، ومتطلبات التغطية، واحتمالية انقطاع الخدمة المقبولة.
الشكل 4.ينبغي أن تحدد البيانات المقاسة ما إذا كان التوزيع الإحصائي مناسبًا لقناة معينة.
اختيار الهوائي لاختبارات سبر القنوات وتلاشي الإشارة
لا يُنشئ الهوائي قناة الانتشار بمفرده، ولكنه يؤثر بشكل كبير على المسارات والاستقطابات التي يتم إرسالها أو استقبالها. ويمكن أن يؤثر كل من الكسب، وعرض الحزمة، ونمط الإشعاع، ونقاء الاستقطاب، واستقرار الطور، وهندسة التركيب على سلوك القناة المقاس.
لإجراء قياسات متكررة للقناة أو التلاشي، قم بتوثيق ما يلي:
- نطاق التردد الكامل وعرض نطاق القياس الفوري؛
- كسب الهوائي وعرض الحزمة عبر التردد؛
- متطلبات الاستقطاب الخطي أو الخطي المزدوج أو الدائري؛
- ارتفاع الهوائي، واتجاهه، والمسافة بينه وبين الهياكل المحيطة به؛
- موصل الترددات اللاسلكية، وفقدان الكابل، ومستوى مرجعي للمعايرة؛
- حركة المرسل والمستقبل والمشتت؛
- انتشار التأخير، وانتشار دوبلر، والنطاق الديناميكي المطلوب.
خيارات هوائي RF MISO
تقوم شركة RF MISO بتصميم وتوريد هوائيات الترددات الراديوية والميكروويف لأعمال المختبرات والمواقع الميدانية وتكامل الأنظمة. وبناءً على التغطية المطلوبة وهندسة القياس، قد ينظر المهندسون فيهوائيات بوقية عريضة النطاقلإجراء قياسات النطاق العريض الاتجاهية،هوائيات لوغاريتمية دوريةلتغطية ترددات واسعة، أوهوائيات متعددة الاتجاهاتلدراسات التغطية والانتشار المختارة.
راجع ورقة بيانات النموذج الحالي لمعرفة نطاق التردد، والكسب، والاستقطاب، ونسبة الموجة الموقوفة (VSWR)، والموصل، والأبعاد الميكانيكية. لاختيار التطبيق المناسب، شارك مع فريق RF MISO نطاق الاختبار، وعرض النطاق الترددي، والنمط المطلوب، والاستقطاب، وقيود التركيب، وبيئة القياس.
ناقش متطلباتك لقياس الترددات اللاسلكية
يمكن أن يساعد نظام RF MISO في تحديد خيارات الهوائي لفحص القناة، ودراسات الانتشار، وتقييم النظام اللاسلكي، وقياسات الترددات اللاسلكية ذات الصلة.
المراجع ومصادر القراءة الإضافية
تاريخ النشر: 14 أغسطس 2023
