إنّ سعة القناة عرضة لعوائق إرسال مختلفة مثل: خسارة المسار والتداخل والانسداد، حيث تعيق هذه العوامل النطاق ومعدل البيانات وموثوقية الإرسال اللاسلكي، كما يوفر المسار ممرًا للمعلومات أو البيانات من المرسل إلى المستقبل مع قدر معين من فقدان المعلومات أو البيانات، والتي يمكن إعادة إنتاجها باستخدام تقنيات أخرى.
ما هي سعة القناة Channel Capacity
سعة القناة (Channel Capacity): هي أقصى معدل يمكن إرسال المعلومات به عبر قناة، وتقول النظرية الأساسية لنظرية المعلومات أنه بأي معدل أقل من سعة القناة، يمكن تصميم رمز التحكم في الخطأ الذي يكون احتمال الخطأ فيه ضئيلًا بشكل تعسفي، وفي رسالة جيدة التصميم يجب أن يظهر رمز إدخال قناة معزولة (ai) مع احتمال (pi)، بحيث يتم تكبير متوسط المعلومات المتبادلة.
العوامل التي يعتمد عليها الحد الأقصى في سعة القناة
- النطاق الترددي المتاح.
- عدد المستويات في الإشارة الرقمية.
- جودة القناة أي مستوى الضوضاء.
العوامل التي تعتمد عليها سعة القناة
- معدل البيانات، وهذا هو معدل البت في الثانية والذي يمكن من خلاله توصيل البيانات وكما يعتمد معدل البيانات على عوامل وهي؛ النطاق الترددي المتاح وعدد المستويات في الإشارة الرقمية وجودة القناة أي مستوى الضوضاء.
- عرض النطاق، وهو عرض النطاق الترددي للإشارة المرسلة وكما هو مقيّد بالمرسل وطبيعة وسيط الإرسال معبراً عنها في دورات في الثانية أو هيرتز.
- الضوضاء، حيث يتم قياس المستوى المتوسط للضوضاء على طول مسار الاتصالات.
- نسبة الخطأ، وهذا هو معدل حدوث الأخطاء، حيث يكون الخطأ هو استقبال (1) عند إرسال (0) أو استقبال (0) عند إرسال (1).
خصائص القناة اللاسلكية
تشمل خصائص القناة بما في ذلك خصائص قناة الانتشار المادية مثل سمت الإرسال الأفقي وسمت الإرسال العمودي وسمت الاستقبال الأفقي وسمت الاستقبال الرأسي، وخصائص التردد الراديوي ودوائر النطاق الأساسي مثل خصائص عنصر الهوائي ووضع الهوائي والتخالف الزمني للنطاق الأساسي وتخالف التردد وضوضاء الطور.
قد تكون الحزمة مصدرًا على سبيل المثال منشأ الترميز المسبق وإنهاء الترميز المسبق ومنفذ الهوائي ومتجه وزن الهوائي ومصفوفة وزن الهوائي، وكما يمكن استبدال رمز الحزمة بمؤشر مورد لأنّ الحزمة قد تكون مرتبطة ببعض كود تردد الوقت، وربط المورد للإرسال وقد تكون الحزمة أيضًا أسلوب إرسال وقد يشمل أسلوب الإرسال تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء وتنوع مجال التردد أو المجال الزمني وما شابه.
أمّا في تجميع القنوات المتعددة يتم إرسال البيانات الأولى على القناة إلى جهاز لاسلكي ويتم إرسال البيانات في نفس الوقت على قناة أخرى إلى الجهاز اللاسلكي، كما يتم إرسال البيانات بطريقة منسقة من خلال تجميع القناة.
1- خسارة المسار
- يمكن التعبير عن خسارة المسار على أنّها نسبة قدرة الإشارة المرسلة إلى قدرة نفس الإشارة التي يستقبلها المستقبل على مسار معين، وإنها دالة على مسافة الانتشار.
- تقدير خسارة المسار مهم جدًا لتصميم ونشر شبكات الاتصالات اللاسلكية.
- تعتمد خسارة المسار على عدد من العوامل مثل التردد الراديوي المستخدم وطبيعة التضاريس.
- نموذج الانتشار في الفضاء الحر هو أبسط نموذج لخسارة المسار، حيث توجد إشارة مسار مباشر بين المرسل والمستقبل بدون توهين للغلاف الجوي أو مكونات متعددة المسارات.
- نموذج ثنائي الاتجاه يسمى أيضًا نموذجين للمسار، وهو نموذج خسارة المسير المستخدم على نطاق واسع.
- في الواقع تصل الإشارة إلى المستقبل من خلال مسارات متعددة.
- يحاول نموذج المسارين التقاط هذه الظاهرة.
- إنّ الإشارة تنتقل إلى المستقبل من خلال مسارين أحدهما خط البصر والآخر المسار الذي يتم من خلاله استقبال الموجة المنعكسة.
2- الخبو
يشير الخبو إلى التقلبات في قوة الإشارة عند استقبالها في جهاز الاستقبال، كما يمكن تصنيف الخبو إلى نوعين وهي:
- الخبو بسرعة أو الخبو على نطاق صغير.
- الخبو ببطء أو الخبو على نطاق واسع.
يشير الخبو السريع إلى التقلبات السريعة في الاتساع أو الطور أو التأخيرات المتعددة المسارات للإشارة المستقبلة، بسبب التداخل بين الإصدارات المتعددة من نفس الإشارة المرسلة التي تصل إلى المستقبل في أوقات مختلفة قليلاً، كما يُطلق على الوقت بين استقبال الإصدار الأول من الإشارة وآخر إشارة مردودة انتشار التأخير، وإن الانتشار متعدد المسيرات للإشارة المرسلة والذي يتسبب في خبو سريع يرجع إلى آليات الانتشار الثلاث وهي الانعكاس والانحراف والنثر.
قد تضيف مسارات الإشارات المتعددة أحيانًا بشكل بناء أو في بعض الأحيان بشكل مدمر في المستقبل ممّا يتسبب في تباين في مستوى قدرة الإشارة المستقبلة، ويقال إنّ الغلاف المفرد المستقبَل لإشارة الخبو السريع يتبع توزيع رايلي لمعرفة ما إذا كان هناك مسار على خط البصر بين المرسل والمستقبل.
الخبو البطيء
يشير الاسم (Slow Fading) نفسه إلى أنّ الإشارة تتلاشى ببطء، وميزات الخبو البطيء أنّه يحدث الخبو البطيء عندما تقع الأشياء التي تمتص الإرسال جزئيًا بين المرسل والمستقبل، ويُطلق على هذا الاسم الخبو البطيء لأن مدة الخبو قد تستمر لعدة ثوانٍ أو دقائق، وقد يحدث الخبو البطيء عندما يكون جهاز الاستقبال داخل مبنى ويجب أن تمر الموجة اللاسلكية عبر جدران المبنى، أو عندما يكون جهاز الاستقبال محميًا مؤقتًا من جهاز الإرسال بواسطة مبنى.
تسبب الأجسام المعوقة تباينًا عشوائيًا في قدرة الإشارة المستقبلة، كما قد يتسبب الخبو البطيء في اختلاف قوة الإشارة المستقبلة على الرغم من أنّ المسافة بين المرسل والمستقبل تظل كما هي، وكما يُشار أيضًا إلى الخبو البطيء باسم خبو الظل لأنّ الكائنات التي تسبب الخبو، والتي قد تكون مباني كبيرة أو هياكل أخرى تحجب مسار الإرسال المباشر من المرسل إلى المستقبل.
3- التداخل
يجب أن تواجه عمليات الإرسال اللاسلكية التداخل من مجموعة متنوعة من المصادر، ونوعان رئيسيان من التداخل هما تداخل القناة المجاورة وتداخل القناة المشتركة، حيث في حالة تداخل القناة المجاورة تحتوي الإشارات في الترددات القريبة على مكونات خارج نطاقاتها المخصصة، وقد تتداخل هذه المكونات مع الإرسال المستمر في الترددات المجاورة.
يمكن تجنبه بإدخال نطاقات حراسة بعناية بين نطاقات التردد الموزعة، ويرجع التداخل في نفس القناة الذي يشار إليه أحيانًا أيضًا باسم تداخل النطاق الضيق إلى الأنظمة المجاورة الأخرى، التي تستخدم نفس تردد الإرسال والتداخل بين الرموز هو نوع آخر من التداخل، حيث يحدث التشوه في الإشارة المستقبلة بسبب التمدد الزمني وما يترتب على ذلك من تداخل بين النبضات الفردية في الإشارة.
والمعادلة التكيفية هي تقنية شائعة الاستخدام لمكافحة التداخل بين الرموز، حيث يتضمن تجميع طاقة الرمز المشتتة في الفاصل الزمني الأصلي، كما يتم استخدام خوارزميات المعالجة الرقمية المعقدة في عملية التعادل.
في النهاية، إنّ سعة القناة هي مقياس الأداء النظري للمعلومات الأساسية لقناة الاتصال، والقناة اللاسلكية عرضة لمجموعة متنوعة من عوائق الإرسال مثل فقدان المسار والتداخل والانسداد، وتعمل هذه العوامل على تقييد النطاق ومعدل البيانات وموثوقية الإرسال اللاسلكي.
