التداخل متعدد المسارات في الاتصالات MPI

تُعد إدارة التداخل متعدد المسارات ميزة أساسية لأي نظام ميكروفون لاسلكي، حيث تستخدم الأنظمة العديد من تقنيات معالجة معالجة الإشارات المتقدمة؛ لزيادة المتانة إلى أقصى حد في ظل ظروف الاستقبال الأكثر صعوبة.

ما هو التداخل متعدد المسارات MPI

التداخل متعدد المسارات: هو تداخل يحدث عندما تصل إشارة (RF) من جهاز إرسال إلى جهاز استقبال عبر مسارين أو أكثر، كما يوجد عادةً مسار مباشر بالإضافة إلى عدد من المسارات غير المباشرة التي تسببها الانعكاسات، ويمكن أن تسبب الجدران والأشخاص والقطع الثابتة والأشياء الأخرى في الغرفة انعكاسات داخلية، ويمكن أن تسبب المباني والمركبات المجاورة انعكاسات في الهواء الطلق.

• “RF” هي اختصار لـ “Radio Frequency”.

مبدأ عمل التداخل متعدد المسارات MPI

بشكل عام، سيكون الطول الإجمالي لكل مسار إشارة مختلفاً لذلك سيكون التأخير الزمني المرتبط بكل مسار مختلفًا أيضًا ممّا يؤدي بدوره إلى اختلاف طور كل إشارة مستلمة، وإذا وصلت الإشارات تقريبًا في الطور، تزداد قوة الإشارة المستقبلة وأمّا إذا وصلت الإشارات خارج الطور يتم تخفيف الإشارة.

تحمل أنظمة اتصالات الموجة الضوئية معلومات مشفرة على شدة الضوء أو طوره أو استقطابه من نقطة إلى أخرى على طول مسار بصري، وعند تصميم مثل هذه الأنظمة يجب مراعاة العديد من الآليات التي تحط من نقل المعلومات، وحتى أواخر التسعينيات كانت الأسباب الرئيسية لتدهور الإشارة في الإرسال هي الألياف اللاخطية والانبعاث التلقائي المتضخم (ASE) من المضخمات الضوئية.

ومع ذلك في الآونة الأخيرة أصبح نوع ثالث من تدهور النظام الذي ينطوي على الضرب غير المرغوب فيه للإشارة مع عدد من مصادر التداخل الضعيفة ذا أهمية متزايدة، كما يمكن أن تنتج مصادر التداخل هذه عن الانقراض غير الكامل لإشارة الإسقاط في الوصلات العرضية الضوئية ومضاعفات الإرسال الإضافية، وهما عنصران أساسيان لبنى الشبكات الضوئية المرنة والشفافة.

كما يمكن أن يؤدي التشتت الخلفي أحادي رايلي في أنظمة الإرسال ثنائية الاتجاه إلى تداخلات غير مرغوب فيها في المستقبل، وعلى الرغم من أنّ هذين المثالين يشتملان على مصادر تداخل مستقلة عن الإشارة الرئيسية، إلّا أنّ الفئة المهمة للتداخل متعدد المسارات (MPI) تتضمن عوامل تداخل هي نسخ متماثلة متأخرة للإشارة الرئيسية، وفي حالة MPI تؤدي المسارات الضوئية الإضافية غير المرغوب فيها ذات الخسائر الأكبر من المسار الرئيسي إلى إشارات متداخلة في المستقبل ويمكن أن يكون لها تأثير كبير على أداء النظام.

• “ASE” هي اختصار لـ “amplified spontaneous emission”.

• “MPI” هي اختصار لـ “Multipath interference”.

التداخل متعدد المسارات للألياف الضوئية

يتم التحقيق في التداخل متعدد المسارات (MPI) في الألياف الضوئية غير الحساسة للثني من خلال تحليل جوانب مختلفة بدءًا من مراجعة الخلفية النظرية، ومن خلال تحليل قضايا القياس إلى توصيف أسلاك التصحيح القصيرة، كما يتم تحليل إعدادين لتوصيف (MPI) مع إبراز مزاياها وقيودها.

بعد ذلك تمت مقارنة عدد من الألياف التجارية غير الحساسة للثني ممّا يدل على أنّها تظهر بشكل عام مستوى أقل من (-30 ديسيبل) في النطاق من (1250 نانومتر) إلى (1350 نانومتر)، كما يشمل أيضاً شرائح ألياف قصيرة متداخلة بأطوال تصل إلى (1 سم)، لمحاكاة سلوك الموصلات القابلة للتثبيت في الحقل وعزل مساهمتها في (MPI)، بحيث تُظهر النتائج زيادة في (MPI) عند تتابع قطعتين أو أكثر من قطع الألياف بطول سم.

التداخل متعدد المسارات لأنظمة UWB الراديوية النبضية

يتم تطوير التداخل متعدد المسارات في نظام راديو النبضة ((IR) -UWB)، مع الأخذ في الاعتبار نموذج قناة (IEEE 802.15.4a) القياسي، حيث في مثل هذه الأنظمة يجب ضبط طول الشريحة بعناية لأنّ جميع مسارات الانتشار الموجودة خارج هذا الحد، يمكن أن تسبب تداخلات بين الإطارات أو بين الرموز (IFI / ISI).

كما يتم حساب دالة كثافة الاحتمال (PDF) لقوة جميع مكونات متعددة المسارات مع تأخيرات أكبر من وقت الشريحة وذلك لمنع مثل هذه التداخلات، كما تُشتق التعابير التحليلية الدقيقة أولاً لاحتمال وقوع طول النبض في مجموعة معينة من نموذج الانتشار متعدد المسيرات، ولإحصاءات عدد المسيرات المنتشرة على عدة مجموعات متجاورة.

كما يتم استخدام ملف تقريبي لتأخير القدرة (PDP) لتقييم قدرة التداخل الكلية، حيث يبدو أن المشكلة مستعصية على الحل رياضياً، باستخدام التعبيرات المغلقة المقترحة وبافتراض الحد الأدنى من المعلومات المسبقة عن حالة القناة، يتم تمكين التحديث السريع لقيمة وقت الشريحة للتحكم في الإشارة إلى التداخل بالإضافة إلى نسبة الضوضاء.

يعتبر (IR) تقنية واعدة من منظور صناعي وعلى وجه الخصوص فهو حل مرشح رئيسي لتطبيقات مثل شبكات الاستشعار اللاسلكية، نظرًا لقدرته على توفير نقل البيانات المشتركة وتحديد المواقع بدقة ومع ذلك لا يزال يتعين حل عدد من تحديات تصميم نظام (IR-UWB)؛ لضمان استخدام أوسع لهذه التكنولوجيا في الممارسة العملية.

كما تحتاج الدقة الزمنية الدقيقة جداً في إرسال الأشعة تحت الحمراء إلى جانب التنوع الغني متعدد المسارات لقنوات (UWB) إلى تصميم إشارة، وتصميم معماري دقيقين لتحقيق أداء جيد في درجة تعقيد معقولة، وقد يتطلب تمديد تأخير المسير الكبير خوارزميات معقدة لمعالجة الإشارات عند المستقبل للتعامل مع (IFI / ISI).

يمكن تجنب ذلك إذا تمت بزيادة الحد الأدنى للتأخير بين قيمتين متتاليتين لقفز الوقت أي إذا كان معدل الشريحة وبالتالي معدل البت، أو إذا لم نستخدم عناصر الكود المتتالية أي المقابلة إلى تأخير زمني لشريحة واحدة، ويجب أيضاً مراعاة التداخل متعدد المستخدمين (MUI) في تصميم النظام وقد تكون هناك حاجة إلى بعض المخططات التي تحد من تأثيره على الأداء، وبالنظر إلى الرقائق كقنوات مجاورة متاحة للعديد من المستخدمين فإنّ السبب الرئيسي للتداخل بين القنوات هو الانتشار الزمني للقناة وإذا تجاوزت مدة الرقاقة.

كما أنّ أداء مستقبلات (TH-PPM) و(TH-BPSK) القائمة على الارتباط يتدهور بشدة بواسطة (MUI) وبالتالي نظراً لملف تعريف قناة معين، يمكن لأي معلومات عن قدرة المكونات المتعددة المسيرات المتداخلة (MPC) أن توفر مساعدة قيمة إمّا لتقييم الإشارة إلى التداخل بالإضافة إلى نسبة الضوضاء (SINR)، والأداء من حيث معدل خطأ البتات أو للتكيف معلمات النظام لظروف الانتشار.

كما يتم اشتقاق التعبيرات التحليلية التقريبية لنسبة قدرة الإشارة إلى (ISI) أولاً في العديد من تنسيقات إرسال (UWB) عبر قناتين، كما يتم التعبير عن شكل مغلق لطاقة (ISI / IFI) عند ناتج المستقبل من خلال نموذج القناة الإحصائية (IEEE 802.15.3a) مع مجموعة واحدة، ويتم إجراء تأثير المعلمات المختلفة أي رمز التنقل الزمني وحجم وقت الحماية على الأداء، وبالتالي تمكين التصميم المناسب للنظام.

حتى لو كانت (IFI) مهمة خاصة بالنسبة لأنظمة (UWB) ذات معدل البيانات المرتفع، فأنّه يمكن إهمال تأثيرها في نهاية المطاف في أنظمة التنقل الزمني (BPSK) أو (PPM) في ظل ظروف معينة، ويلزم وجود عدد كبير من الإطارات لكل رمز ويتجاهل (ISI) والنفاذ المتعدد أي إرسال رمز واحد لمستخدم واحد.

• “UWB” هي اختصار لـ “Ultra-wideband” و”BPSK” هي اختصار لـ “Binary phase shift keying”.

• “PPM” هي اختصار لـ “Pulse-position modulation” و”ISI / IFI” هي اختصار لـ “intersymbol interference – inter-frame interference”.

• “SINR” هي اختصار لـ “Signal to Interference & Noise Ratio” و”MPC” هي اختصار لـ “Multipath component”.

• “MUI” هي اختصار لـ “Multimedia User Interface” و”IR” هي اختصار لـ “Infrared”.

• “PDP” هي اختصار لـ “Power Distribution Panel” و”PDF” هي اختصار لـ “probability density function”.