القنوات اللاسلكية

القناة اللاسلكية:

وهي الوسط الموجود بين المرسل والمستقبل والتي غالباً تتميز أو تتصف بعدم وحدانية المسار الذي تنتقل فيه الرسالة من المرسل إلى المستقبل، وهذا بدوره يعني الحصول على أكثر من نسخة من نفس الإشارة المرسلة في المستقبل وكل نسخة تكون قد عانت من تخامد مسار مختلف عن الأخرى وكذلك من صفحة مختلفة (تأخيرات مختلفة). ويكون مجموع هذه الإشارات قد عانى من ضجيج وهذا الضجيج ليس ضجيج أبيض الغوصي جمعي (AWGN) فقط،  وبالتالي النموذج التقليدي للقناة و هو نمذجة الضجيج بضجيج أبيض غوصي لم يعد صالحاً من أجل توصيف القنوات اللاسلكية. أي لابد من البحث عن نموذج مناسب لتوصيف هذه القنوات لكي نتمكن من التعامل معها وحل المشاكل التي تنشأ عن استخدامها، ولكي نوصف هذه القنوات يجب أن ندرس الطرق المختلفة التي سلكتها الإشارة المرسلة و يوضح الشكل 1 مثال على تعدد المسارات في القنوات اللاسلكية.

الشكل 1

في الحقيقة الشكل 1 يعبِّر بشكل مبسط عن الواقع إلا أنه في الحقيقة يكون هناك عدد كبير جداً من المسارات وفي أغلب الأحيان لا يكون هناك خط نظر LOS (Line of site) مما يزيد الوضع سوءاً. خط النظر يختفي عادةً عندما تكون هناك أجسام كبيرة تشكل عائقاً بين المرسل والمستقبل، وعادةً تكون الإشارة التي سلكت خط النظر هي الأقوى من بين كل النسخ التي تصل إلى المستقبل وعلى الأقل إن لم تكن هي الأقوى تكون هي الأكثر قابلية للتحديد (more deterministic)، وعلى الرغم من أنَّ قوة هذه الإشارة أو صفحتها قد تتغير بشكل ملحوظ مع الحركة إلا أنها تبقى كتابع للمسافة وليس لعوامل عشوائية أخرى.

• أما انعكاس الإشارة فيحدث عندما تصطدم بجسم أبعاده كبيرة بالنسبة لطول موجتها، وبالتالي تعاني الإشارة من انعكاسات مختلفة في حال وجود عدد كبير من الأجسام في وسط الانتشار ومن خلال هذه الانعكاسات قد تجد الإشارة مساراً إلى المستقبل. و من البديهي أن يكون المسار الناتج عن الانعكاس أطول من مسار خط النظر وبالتالي تصل الإشارة بتخميد مسار وصفحة (تأخير) مختلفين عن تلك التي من خط النظر.
• ويحدث الانعراج عندما تصطدم الإشارة بجسم حاد الحواف وكحالة الانعكاس نحصل على تخامد مسار و صفحة مختلفين للإشارة المستقبلة.
• وأما البعثرة فتحصل عندما يكون هناك عدد كبير من الأجسام التي أبعادها صغيرة بالنسبة لطول موجة الإشارة المرسلة، فعندما تمر الإشارة بين هذه الأجسام تتبعثر وفق عدة اتجاهات منها اتجاه المستقبل. في الحقيقة هناك ظواهر أخرى تؤثر على انتشار الإشارة مثل الامتصاص والانكسار.

يجب التنويه إلى أنَّ الظواهر السابقة التي تنتشر وفقها الإشارة ليست ظواهر سلبية دوماً، بل أحياناً تكون مفيدة جداً فمثلاً في حالة استخدام الخلوي يستحيل أن يتوفر خط نظر بين المحطة والجهاز المحمول، وكذلك في حالة وجود جبل بين المرسل والمستقبل يكون الانعراج هو المسار الوحيد للاتصال.

ما تم ذكره من مؤثرات على انتشار الإشارة تعطي خصائص مميزة للقنوات اللاسلكية، وهي تؤثر على طاقة الإشارة بأشكال مختلفة وبشكل رئيسي هناك نوعان لهذا التأثير يتطلب كل منهما معالجة مستقلة عن الآخر، وهما الخفوت الواسع النطاق(Large-scale fading) و الخفوت الصغير النطاق (Small-scale fading).

يكون لدينا النوع الأول عندما نتحدث عن طاقة الإشارة على مسافة طويلة (بالنسبة لعرض الأبنية مثلاً) أو على مجال زمني كبير نسبياً، وهذا النوع يسمى التخامد (Attenuation) أو ضياع المسار (Path loss). أما النوع الثاني فهو يهتم بالتغير السريع في مطال الإشارة وطاقتها وعلى مسافة قصيرة أو على مجال زمني صغير، ويسمى الخفوت (Fading).

والشكل 2 يوضح نوعي الخفوت حيث نلاحظ فيه متوسط الفقد وكيف أنه يتزايد مع المسافة، ونلاحظ كيف أنّ الخفوت الواسع النطاق يتأرجح حول متوسط الفقد مسبباً في بعض الأحيان خفوت أكثر من المتوسط، ونلاحظ كذلك الخفوت الصغير النطاق والذي هو تأرجح حول الخفوت الواسع النطاق وهو يسبب خفوت حاد في طاقة الإشارة.

الشكل 2