ما هو تأثير تعدد مسارات الإرسال في الاتصالات

نظرًا لأنّ الإشارات متعددة المسارات تصل ليس فقط في وقت لاحق ولكن أيضًا في كثير من الأحيان خارج الطور ولا يتم توجيهها مثل: هوائي الإرسال الرأسي النقي أو الأفقي النقي، يمكن أن تحدث بعض حالات إلغاء الإشارات، وبالإضافة إلى ذلك يمكن أن تتسبب حقيقة التأخير البسيطة في خروج الإشارات من الطور.

ما المقصود بتعدد مسارات الإرسال

تعدد المسارات: هو ظاهرة التقلبات في قوة الإشارة التي تتكون من مزيج غير متماسك من الإشارات القادمة من اتجاهات متنوعة من خلال الانعكاس أو التشتت مع الإشارة المباشرة، وهذه الإشارات المنعكسة أو المتناثرة لها اتساع ومراحل مختلفة مقارنة بالإشارة المستقبلة مباشرة.

ملاحظة: أثناء انعكاس أو تشتت الإشارة يحدث تغير مفاجئ في الطور في الموجة، ويترتب على ذلك انخفاض في اتساع الإشارة، اعتمادًا على الموقع من الذي يحدث الانعكاس.

كيفية تأثير تعدد مسارات الإرسال

يمكن للإشارات خارج الطور أن تقلل الجودة بشكل فعال عندما تتحد مع إشارة جيدة عند هوائي الاستقبال وكما هذا له تأثير إنشاء مسافة اصطناعية للإشارة الجيدة، ممّا يقلل من فعاليتها وأحيانًا تجعل الإشارة متعددة المسارات هي الإشارة الوحيدة التي يراها هوائي الاستقبال، ويُعد (Multipath) مشكلة رئيسية ويجب التخلص منها حيثما أمكن ذلك عن طريق تحديد موقع الهوائيات بعناية.

إنّ الإشارة المباشرة المستلمة تدخل الرابط، حيث تكون مرتبطة ويتم تعيين التأخير في الإصدار الفوري من الكود المطلوب لتحقيق الذروة واستخدامه للعثور على النطاق، كما أنّ تحديد الذروة هذا تم من خلال مقارنة قيم الارتباط مع الإصدارات المبكرة والمتأخرة من الكود المحلي مع الإشارة الواردة.

وفي المُميِّز (discriminator) تتوازن قيم الارتباط المبكرة والمتأخرة تمامًا وتنخفض إلى الصفر وعندما تكون النسخة السريعة من الكود في المستقبِل متوافقة تمامًا مع الإصدار الوارد، وفي حالة تعدد المسيرات تكون الإشارة الواردة عبارة عن إشارة مركبة تحتوي على الجزء المباشر والمخفض من الإشارة المنعكسة، والتي تختلف أيضًا في الطور والسعة.

كيفية التخفيف من تعدد المسارات

يعد الخبو متعدد المسارات ميزة يجب مراعاتها عند تصميم أو تطوير نظام اتصالات لاسلكي، والطرق التالية مفيدة في التخفيف من آثار تعدد المسارات:

1- المعادل Equalizers

• يمكن النظر إلى الخبو متعدد المسارات على أنّه إرسال عبر نظام متغير زمني خطي ويمكن تصحيح ذلك باستخدام معادل الصوت.

• في الاتصالات السلكية واللاسلكية، المعادلة هي عكس التشويه الذي تحدثه إشارة مرسلة عبر قناة.

• عند استخدام المعادل يتم أولاً إرسال إشارة معروفة وتسمى أيضًا إشارة التدريب.

• يقوم المعادل بتقدير استجابة القناة كدالة للوقت وهو أمر ممكن لأن جهاز الاستقبال يعرف كلاً من الإشارة المتوقعة والتي تم استقبالها بالفعل في شكل مشوه.

• بعد ذلك بافتراض أن القناة تظل ثابتة، فإنّها تعوض تأثيرات القناة على الإشارة عن طريق إدخال تأثيرات عكسية أثناء مرور الإشارة عبرها.

• وبالتالي يتم الحفاظ على الشكل الموجي الفعلي للإشارة المرسلة ويتم إلغاء أي تأخير إضافي لمجموعة وتأخير الطور بين مكونات التردد المختلفة التي تقدمها القناة.

• بشكل فعال يجعل المعادل استجابة التردد مسطحة على النطاق الترددي الإجمالي.

• ونظراً لأنّ سيناريو تعدد المسارات يتغير بمرور الوقت، فمن الفعال استخدام معادلات تكيفية للتخفيف من تأثيرات تعدد المسارات بشكل أكثر كفاءة.

2- التنوع Diversity

• نظرًا لكون تعدد المسارات ظاهرة محلية، وتعتمد أيضًا على الوقت في بعض الحالات فإنّ استخدام تقنية التنوع يساعد في التخفيف من تأثير تعدد المسارات.

• كل من التنوع المكاني والتنوع الزمني فعالان في هذه الحالة.

• يمكن أن توفر تقنيات التنوع تحسينًا ملحوظًا في أداء تعدد المسارات.

3- جهاز استقبال Rake

• إن تعدد المسارات ليس سوى نفس الإشارة التي تصل إلى المستقبل من خلال مسارات مختلفة وبالتالي مع تأخيرات مختلفة أو تغيرات طور.

• يوفر ملف تعريف التأخير للقناة إصدارات متعددة من الإشارة المرسلة في جهاز الاستقبال.

مبدأ عمل جهاز استقبال Rake

جهاز استقبال (Rake): هو جهاز استقبال لاسلكي مصمم لمواجهة تأثيرات تعدد المسارات، ويفعل ذلك عن طريق استخدام عدة (subreceivers) تسمى الأصابع، وكل إصبع ليس سوى رابط كل منها مفصول بتأخيرات محددة على مدار الساعة أي بمراحل مرجعية مختلفة وبالتالي يتم تخصيصها لمكون متعدد المسارات مختلف.

وبالتالي فإن كل إصبع يرتبط بشكل مستقل بإشارة متعددة المسارات تتأخر بشكل متزايد وبالتالي يفك ترميز مكون واحد متعدد المسارات، ويقدر المستقبِل التأخير وكذلك اتساع المظهر الجانبي للتأخير، كما يتم الجمع بين مساهمات جميع الأصابع لعكس تأثير التأخير واستخدام الإشارات على كل مسار إرسال إلى أفضل حالاتها.

قد يؤدي هذا إلى ارتفاع نسبة الإشارة إلى الضوضاء في بيئة متعددة المسارات، ونظراً لأنّ كل مكون يحتوي على المعلومات الأصلية، يتم حساب حجم ووقت وصول كل مكون عند المستقبل لتقدير القناة ثم تُضاف جميع المكونات بشكل متماسك لتحسين جودة الإشارة النهائية.

أهمية تعدد المسارات

تستخدم الاتصالات المتنقلة المسارات المتعددة كواجهات لاسلكية متعددة وتدفقات فرعية منفصلة لزيادة الإنتاجية نظريًا، ومع ذلك يستخدم بروتوكول متعدد المسارات (MPTCP) التحكم في الازدحام المقترن والذي يفترض أنّ التدفقات الفرعية تشترك في جهاز توجيه مزدحم مشترك، وعلى سبيل المثال حتى في الحالات التي لا يوجد فيها جهاز توجيه مزدحم مشترك.

وفقًا لذلك يتم تقييد إجمالي معدل الإرسال لـ (MPTCP) عن طريق التحكم في الازدحام المقترن لجميع التدفقات الفرعية وحتى بالنسبة للتدفقات الفرعية، حيث لا يكون القيد ضروريًا وفي هذه الحالات يفشل (MPTCP) في الاستفادة من البنية التحتية المتاحة لتقديم إنتاجية أعلى.

تشمل وسائل تدفق اتصالات متنقلة متعدد المسارات على معلومات ارتباط تدفق بروتوكول الإنترنت (IP) المتلقي، حيث تشير معلومات ارتباط تدفق (IP) إلى أول تدفق فرعي مرتبط بتقنية الوصول إلى الراديو (RAT) الأولى من تدفق الاتصالات المتنقلة متعدد المسارات.

وكذلك تدفق فرعي ثان مرتبط بـ (RAT) ثاني لتدفق الاتصالات المتنقلة متعددة المسارات، وتحديد ما إذا كان التدفق الفرعي الأول والتدفق الفرعي الثاني يشتركان في جهاز توجيه، وكما يتم تعديل جدول التوجيه لتدفق الاتصالات المتنقلة متعددة المسارات بحيث يعتمد التدفق الفرعي الأول موجهًا مختلفًا، ويرسل جدول التوجيه المعدل على الأقل إلى جهاز توجيه واحد على الأقل.

ملاحظة:“MPTCP” هي اختصار لـ “Multi Path Transmission Control Protocol”.

ملاحظة:“RAT” هي اختصار لـ “Radio access technology”.

ملاحظة:“IP” هي اختصار لـ “Internet Protocol”.

في النهاية، يرجع حدوث تعدد مسارات الإرسال إلى المسار الإضافي الذي تنتقل إليه الإشارات متعددة المسارات وبسبب أنه أثناء انعكاس أو تشتت هذه الإشارة يحدث تغير مفاجئ في الطور في الموجة.