יסודות הדהייה וסוגי הדהייה בתקשורת אלחוטית

בהתחשב בליקויים שונים הקשורים לערוצים ובמיקום המשדר/מקלט, להלן סוגי הדעיכה במערכת תקשורת אלחוטית.
➤ דהייה בקנה מידה גדול: זה כולל אובדן נתיב ואפקטים של הצללה.
➤דעיכה בקנה מידה קטן: מחולקת לשתי קטגוריות עיקריות: פיזור השהייה רב-נתיבי ופיזור דופלר. פיזור ההשהיה הרב-נתיבי מחולק עוד לדעיכה שטוחה ודעיכה סלקטיבית בתדר. פיזור דופלר מחולק לדעיכה מהירה ודעיכה איטית.
➤מודלי דהייה: סוגי הדהייה הנ"ל מיושמים במודלים או התפלגויות שונות הכוללים את ריילי, ריסיאן, נקאגאמי, וויבול וכו'.

כידוע, אותות דהייה מתרחשים עקב השתקפויות מהקרקע ומבניינים מסביב, כמו גם אותות מפוזרים מעצים, אנשים ומגדלים הנמצאים באזור גדול. ישנם שני סוגים של דהייה: דהייה בקנה מידה גדול ודהייה בקנה מידה קטן.

1.) דהייה בקנה מידה גדול

דהייה בקנה מידה גדול מתרחשת כאשר מכשול מתקרב בין המשדר למקלט. סוג הפרעה זה גורם לירידה משמעותית בעוצמת האות. הסיבה לכך היא שגלי אלקטרומגנטיים מוצלים או נחסמים על ידי המכשול. זה קשור לתנודות גדולות של האות לאורך מרחק.

1.א) אובדן נתיב

ניתן לבטא את אובדן נתיב המרחב הפנוי באופן הבא.
➤ Pt/Pr = {(4 * π * d)²/ λ²} = (4*π*f*d)²/c²
אֵיפֹה,
Pt = עוצמת שידור
Pr = כוח קליטה
λ = אורך גל
d = מרחק בין אנטנת השידור לאנטנת הקליטה
c = מהירות האור, כלומר 3 x 10⁸

מהמשוואה משתמע שהאות המשודר נחלש לאורך המרחק כאשר האות מתפשט על פני שטח גדול יותר ויותר מקצה השידור לקצה הקליטה.

1.ב) אפקט הצללה

• ניתן לראות זאת בתקשורת אלחוטית. צל הוא סטייה של עוצמת האות האלקטרומגנטי הנקלטת מהערך הממוצע.
• זוהי תוצאה של מכשולים בנתיב בין המשדר למקלט.
• זה תלוי במיקום גיאוגרפי וכן בתדר רדיו של גלי אלקטרומגנטיים (EM).

2. דהייה בקנה מידה קטן

דהייה בקנה מידה קטן עוסקת בתנודות מהירות בעוצמת האות הנקלט על פני מרחק קצר מאוד ובפרק זמן קצר.

בהתבסס עלהתפשטות עיכוב רב-נתיביתישנם שני סוגים של דהייה בקנה מידה קטן: דהייה שטוחה ודהייה סלקטיבית בתדר. סוגי דהייה מרובי נתיבים אלה תלויים בסביבת ההתפשטות.

2.א) דהייה שטוחה

ערוץ אלחוטי נחשב כבעל דהייה שטוחה אם יש לו הגבר קבוע ותגובת פאזה ליניארית על פני רוחב פס הגדול מרוחב הפס של האות המשודר.

בסוג זה של דעיכה, כל רכיבי התדר של האות הנקלט משתנים באותו פרופורציה בו זמנית. זה ידוע גם כדעיכה לא סלקטיבית.

• אות BW << ערוץ BW
• מחזור סמלים >> התפשטות עיכוב

השפעת הדעיכה השטוחה נראית כיחסת יחס האות לרעש (SNR). ערוצי הדעיכה השטוחה הללו ידועים כערוצי משתני אמפליטודה או ערוצי פס צר.

2.ב) דעיכה סלקטיבית בתדר

זה משפיע על רכיבים ספקטרליים שונים של אות רדיו עם אמפליטודות שונות. מכאן השם דעיכה סלקטיבית.

• אות BW > ערוץ BW
• תקופת סמלים < התפשטות עיכוב

בהתבסס עלפיזור דופלרישנם שני סוגים של דעיכה: דעיכה מהירה ודעיכה איטית. סוגי דעיכה אלו של פיזור דופלר תלויים במהירות הנייד, כלומר מהירות המקלט ביחס למשדר.

2.ג) דהייה מהירה

תופעת הדעיכה המהירה מיוצגת על ידי תנודות מהירות של האות על פני שטחים קטנים (כלומר, רוחב פס). כאשר האותות מגיעים מכל הכיוונים במישור, תיצפה דעיכה מהירה בכל כיווני התנועה.

דעיכה מהירה מתרחשת כאשר תגובת הדחף של הערוץ משתנה במהירות רבה בתוך משך הסמל.

• פיזור דופלר גבוה
• תקופת סמלים > זמן קוהרנטיות
• שונות אות < שונות ערוץ

פרמטרים אלה גורמים לפיזור תדרים או דעיכה סלקטיבית בזמן עקב התפשטות דופלר. דעיכה מהירה היא תוצאה של השתקפויות של עצמים מקומיים ותנועת עצמים יחסית לעצמים אלה.

בדעיכה מהירה, אות הקליטה הוא סכום של אותות רבים המוחזרים ממשטחים שונים. אות זה הוא סכום או הפרש של אותות מרובים שיכולים להיות בונים או הרסניים בהתבסס על הזזת פאזה יחסית ביניהם. יחסי פאזה תלויים במהירות התנועה, תדירות השידור ואורך הנתיב היחסי.

דעיכה מהירה מעוותת את צורת פעימת פס הבסיס. עיוות זה הוא ליניארי ויוצרISI(הפרעות בין סמלים). איקוויזציה אדפטיבית מפחיתה את ISI על ידי הסרת עיוות ליניארי המושרה על ידי הערוץ.

2.ד) דהייה איטית

דהייה איטית היא תוצאה של צללים של בניינים, גבעות, הרים וחפצים אחרים מעבר לנתיב.

• פיזור דופלר נמוך
• נקודת סמל <
• וריאציה של אות >> וריאציה של ערוץ

יישום של מודלי דהייה או התפלגויות דהייה

יישומים של מודלי דעיכה או התפלגויות דעיכה כוללים דעיכה של ריילי, דעיכה של ריסיאן, דעיכה של נקאגאמי ועידה של וויבול. התפלגויות ערוצים או מודלים אלה נועדו לשלב דעיכה באות נתוני פס הבסיס בהתאם לדרישות פרופיל העמידה.

דהיית ריילי

• במודל ריילי, רק רכיבי Non Line of Sight (NLOS) מדומים בין המשדר למקלט. ההנחה היא שאין נתיב LOS בין המשדר למקלט.
• MATLAB מספקת את הפונקציה "rayleighchan" לסימולציה של מודל ערוץ ריילי.
• הכוח מתפלג בצורה אקספוננציאלית.
• הפאזה מפוזרת באופן אחיד ואינה תלויה באמפליטודה. זהו סוג הדעיכה הנפוץ ביותר בתקשורת אלחוטית.

דהייה ריציאנית

• במודל האמריקאי, מדומים גם רכיבי קו ראייה (LOS) וגם רכיבים שאינם קו ראייה (NLOS) בין המשדר למקלט.
• MATLAB מספק את הפונקציה "ricianchan" לסימולציה של מודל ערוץ ריציאני.

דהיית נקאגאמי

ערוץ דהייה של נקאגאמי הוא מודל סטטיסטי המשמש לתיאור ערוצי תקשורת אלחוטיים שבהם הסיגנל הנקלט עובר דהייה מרובת נתיבים. הוא מייצג סביבות עם דהייה בינונית עד חמורה, כגון אזורים עירוניים או פרבריים. ניתן להשתמש במשוואה הבאה כדי לדמות את מודל ערוץ הדהייה של נקאגאמי.