الخبو في الاتصالات اللاسلكية Fading in Wireless Communication

يحدث الخبو متعدد المسيرات في أي بيئة يوجد فيها انتشار متعدد المسارات وهناك بعض الحركة للعناصر داخل نظام الاتصالات الراديوية، كما يشمل ذلك موقع المرسل أو المستقبل الراديوي، أو في العناصر التي تؤدي إلى الانعكاسات، وغالباً ما يكون الخبو متعدد المسارات عميقاً نسبياً، أي تتلاشى الإشارات تماماً بينما في أوقات أخرى قد لا يتسبب الخبو في انخفاض الإشارة إلى ما دون قوة قابلة للاستخدام.

ما هو الخبو في الاتصالات اللاسلكية Fading in Wireless Communication؟

الخبو في الاتصال اللاسلكي “Fading in Wireless Communication”: هو تذبذب في قوة الإشارة المستقبلة عند جهاز الاستقبال، وهي في الأساس اختلافات غير مرغوب فيها تم تقديمها في الوقت الذي تنتشر فيه الإشارة من طرف إلى آخر عن طريق اتخاذ مسارات متعددة.

إنّ الخبو سمة مشتركة لإشارات الموجة الأيونوسفيرية التي تنتشر باستخدام الاتصالات اللاسلكية، كما أنّ الاتصال اللاسلكي يدعم الانتشار متعدد المسارات، وهذا الانتشار متعدد المسيرات ليس سوى نتيجة العديد من الانعكاسات الجوية، لذلك عندما يتم إرسال موجات إشارة من هوائي في نفس الوقت، يؤدي الانتشار متعدد المسارات إلى استقبال موجات في فترات زمنية مختلفة في المستقبل.

تتعرض الموجات عند انتشارها عبر مسارات مختلفة لتباين في الارتفاع وكثافة التأين في منطقة الغلاف الجوي المتأين من الغلاف الجوي، كما أنّ الإشارة المستقبلة بالفعل هي مجموع متجه للموجات المستقبلة في تلك اللحظة في المستقبل، حيث تتم إضافة هذه الإشارات المستلمة من مسارات مختلفة في المستقبل إمّا بشكل بناء أو مدمر، ويؤدي هذا إلى تباين في القوة الإجمالية للإشارة المستقبلة، وهكذا يُعرف باسم التلاشي.

كما أنه بسبب الخبو تظهر قوة الإشارة تبايناً من بضع ديسيبل إلى حوالي “10 ديسيبل” أو “20 ديسيبل” حيث يعتمد هذا على حالة ما إذا كان التلاشي طبيعياً أم شديداً، والخبو ظاهرة تدريجية ويمكن استرداد الإشارة، ومع ذلك فإنّ ظاهرة الخبو هي حالة من اضطراب الغلاف الأيوني المفاجئ أو العواصف الأيونوسفيرية في دورات البقع الشمسية وما إلى ذلك، ممّا يؤدي إلى خبو كامل للإشارة، حيث أنّ الاضطرابات الأيونية المفاجئة، أي “SID” هي حدث لا يمكن التنبؤ به، وبالتالي يقال إنّ الخبو هو أحداث سريعة تحدث في الغلاف الجوي.

• “SID” هي اختصار لـ “Sudden Ionospheric Disturbances”.

أنواع الخبو في الاتصالات اللاسلكية:

أولاً: الخبو الانتقائي “Selective fading”:

يُعرف أيضاً باسم الخبو الانتقائي للتردد، حيث عندما تنتشر الموجات عبر مسارات مختلفة من خلال انعكاسها من كيانات مختلفة من صنع الإنسان، فإنّ الترددات المختلفة تتأثر بدرجات مختلفة، كما سيؤدي ذلك إلى حدوث تباين في اتساع وطور الإشارات إلى مدى مختلف أثناء الانتشار في القناة، وكما أنّه حتى لو كان طول المسار الذي تنتشر من خلاله الإشارة هو نفسه، فإنّ الإشارات أيضاً ستمتلك أطوال موجية مختلفة، وهذا يسبب تبايناً في مرحلة الإشارة عبر النطاق الترددي الكلي.

يمكن أن يحدث الخبو الانتقائي على مدى واسع جداً من الترددات، كما أنّ الإشارات تستخدم انتشار الموجة الأرضية وانتشار الموجة الأيونوسفيرية، ففي هذه الحالة سوف يتغير طور الإشارات بمرور الوقت حيث يستخدم الاثنان وسيط انتشار مختلف، وبالتالي عندما يتم استقبال الإشارات على هوائي الاستقبال، ستكون هناك تغييرات في الإشارة المستقبلة من الإشارة المرسلة بالفعل.

لذلك، نظراً لأنّ هذا النوع من الخبو انتقائي للتردد، فإنّ حتى الأجزاء المجاورة من الخبو في وقت الانتشار تتلاشى بشكل مستقل حتى لو كان تردد فصلها صغيراً، وبعد ذلك يسبب تشويهاً شديداً للإشارة المعدلة، ونظراً لأنّه يؤثر بشدة على الإشارات عالية التردد، فهو أكثر خطورة في حالة انتشار الموجة الأيونوسفيرية، كما تكون إشارات الاتساع المعدلة بشكل عام أكثر عرضة لمثل هذه التشوهات بدلاً من إشارات “SSB“، وبالتالي يمكن استخدام أنظمة “SSB” لتقليل الخبو الانتقائي.

• “SSB” هو اختصار لـ “Single Sideband Modulation”.

ثانياً: خبو التداخل “Interference fading”:

ينتج خبو التداخل أيضاً عن الانتشار متعدد المسيرات للإشارات المرسلة من الهوائي، حيث يحدث عندما تتداخل الموجات في القناة أثناء انتشارها من طرف إلى آخر، كما أنّ الإشارة تنتشر من خلال انتشار الموجة الأيونوسفيرية، ثم تنتقل الموجات عن طريق الانعكاس من المناطق العليا والسفلى من الأيونوسفير.

كما تنتشر الموجات أحياناً من خلال قفزات مفردة أو متعددة أيضاً، وفي حالة الإشارات ذات التردد المنخفض، ممّا يؤدي إلى حدوث تداخل للإشارات في القناة، كما يمثل الشكل التالي خبو التداخل الناجم عن انتشار الأشعة عبر مسيرات متعددة:

هنا ينعكس الشعاع “a” من الطبقة “E”، كما ينعكس الشعاع “b” من الطبقة “F”، أمّا الإشعاع “c” هو انتشار متعدد، والإشعاع “d” هو الموجة الأرضية”، كما أنّه يحدث أحياناً حتى بسبب الاختلاف في كثافة التأين، حيث في الأساس مع التباين في طول المسار يوجد اختلاف عشوائي في الطور، وبالتالي يتغير الاتساع باستمرار وبالتالي يتسبب في تداخل الموجات.

ثالثاً: خبو الامتصاص “Absorption fading”:

عندما تنتشر الإشارة من طرف إلى آخر، فإنّ هناك خسائر ناتجة عن وسيط الإرسال، وبشكل عام عندما تنتشر الإشارة عبر أي وسيط، فإنّ الوسط يمتلك قدراً من امتصاص الإشارة، ومع ذلك فإنّ كمية الإشارة التي يمتصها الوسيط ليست ثابتة؛ لأنّ هذا يعتمد على عوامل مختلفة، وبالتالي سيكون من الخطأ اعتماد أنّ كل إشارة مرسلة تعاني من قدر متساوٍ من الامتصاص أثناء انتشارها عبر نفس الوسط، لذلك نظراً لامتصاص وسيط الإرسال للإشارة، تختلف قوة الإشارة ممّا يؤدي إلى تدهور الإشارة المستقبلة.

رابعاً: خبو الاستقطاب “Polarization fading”:

ينتج خبو الاستقطاب عن التباين في استقطاب الموجات التي تصل إلى سطح الأرض، حيث في انتشار الموجة الأيونوسفيرية عندما تنعكس الموجة عائدة إلى سطح الأرض ثم يتغير استقطابها، أمّا التغيير في استقطاب الموجة المنعكسة هو نتيجة تراكب موجات أخرى أي عادية وغير عادية، مع استقطاب معاكس لها اتساع ومراحل مختلفة.

يؤدي هذا إلى إحداث تغيير في استقطاب الموجة باستمرار مع الهوائي، ومن ثم فإنّ اتساع الإشارة المستقبلة عند المستقبل يختلف أيضاً، وهكذا يُعرف باسم خبو الاستقطاب.

رابعاً: خبو التخطي “Skip fading”:

يشير الاسم نفسه هنا إلى أن هذا النوع من الخبو مرتبط بمسافة التخطي لانتشار الموجات الراديوية كما يحدث بشكل عام بالقرب من منطقة مسافة التخطي، وهذا النوع من الخبو ناتج عن تغير في الارتفاع وكثافة التأين في منطقة الغلاف الأيوني، كما أنّ مسافة التخطي هي المنطقة بين نقطة الإرسال والاستقبال، كما يتم استقبال الإشارة بعد الانعكاس من طبقة الأيونوسفير، لذلك فإنّ التباين في كثافة التأين سيغير بلا شك منطقة التخطي، كما يمكن أن يكون هذا الاختلاف نقطة داخل منطقة التخطي أو خارجها.

كيفية التعامل مع الخبو:

إنّ الطريقة المستخدمة بشكل شائع لتقليل الخبو هي استخدام التحكم التلقائي في الجهد في قسم الاستقبال، لكن هذا لا يعمل كحل كامل لأنّه لا يظهر فائدة عندما ينخفض ​​مستوى الإشارة إلى ما دون مستوى الضوضاء، كما في مثل هذه الحالة لن يكون للتضخيم أي فائدة، وأيضاً لا تدعم هذه الطريقة الخبو الانتقائي، وهكذا يُستخدم نظام استقبال متنوع لتقليل خبو الإشارة.

كما أنّ ديناميات الخبو متعدد المسارات لها تأثير كبير على أداء أنظمة الاتصالات اللاسلكية المتنقلة، كما إنّ الطبيعة المتغيرة بطبيعتها للقناة اللاسلكية المتنقلة تجعل تقنيات معالجة الإشارات غير الثابتة جذابة بشكل خاص لتصميم النظام، حيث تمثل تمثيلات التردد الزمني أدوات قوية لمعالجة الإشارات المتغيرة بمرور الوقت، كما يُترجم المستوى الأعلى للتنوع الذي توفره معالجة التردد الزمني على التقنيات التقليدية إلى مكاسب كبيرة في جميع جوانب أداء النظام تقريباً.