بادرة الأرض التبريد والآثار المتعددة الجنسيات على نزاهة الإشارة في الهوائيات

مقدمة

غير أن نظم الاتصال اللاسلكية تدعم الربط الحديث، من الشبكات المتنقلة وشبكة ويونفي إلى وصلات ورادارات السواتل، غير أن سلامة الإشارة الهوائية تشكل باستمرار من خلال بيئة النشر، ويمكن أن تؤدي ظاهرتان أساسيتان ومترابطتان - والتفكير الأرضي و إلى آثار متداخلة - إلى تغيير جذري في استراتيجيات التنقيب.

فيزياء التفكير الأرضي

ويحدث الانعكاس الأرضي عندما تُطلق موجة إذاعية من هوائي مُحَلِق لسطح الأرض، ويعاد توجيه جزء من طاقته نحو جهاز الاستقبال، وتُسافر الموجة المُنعكسة على مسار أطول من الموجة المباشرة للرؤية، مما يخلق فرقاً في المرحلة التي يُستقبل فيها الهوائي، ويجمع الترددان بين التداخل البنّاء (تثبّت الإشارة) أو الارتطام.

المناطق الحلقية وإزالة مسارها

وفهماً للتأمل الكمي، فإن النظر في أول منطقة Fresnel zone ] - وهي منطقة منهجة بين جهاز الإرسال والاستقبال، وإذا ما دخلت إلى هذه المنطقة عقبات، بما فيها الأرض، فإنها تغير مسار النشر، ويعطي محور المنطقة الأولى من الفريزل في نقطة معينة:

(أ) إذا كانت الموجة ودال-1 هي مسافات للمرسل والمستقبل، وبالنسبة لوصلات الـ (LOS) الموثوق بها، ينبغي أن يكون 60 في المائة على الأقل من المنطقة الأولى من النفقة خالية من العقبات، وعندما يقطع الأرض إلى هذه المنطقة، كما يحدث في كثير من الأحيان في وصلات أرضية، تصبح الموجة المعبرة مساهماً كبيراً في الإشارة الواردة.() ويجب على المهندسين حساب [الإضافات: صاف]

معامل التكرار والاختبارات السطحية

ويتوقف نطاق والمرحلة من الموجة المنعكسة على معامل للزراعة من الأرض، وهذا المعامل يحدده طول الرخصة المعقدة (e-Ir) والسلوكية (الدرجة الدنيا) للمواد السطحية، فضلا عن زاوية الإصابة والاستقطاب، بالنسبة للتأمل السلس، الذي يجري على نحو مثالي (مثلا، الماء الهادئ عند التردد العالي)

آليات التكاثر المتعددة التعاطف

ولا تشمل الآثار المتعددة المضارب التأمل الأرضي فحسب، بل تشمل أيضا انعكاسات من المباني والجبال والمركبات والجدارات الداخلية، بالإضافة إلى الانتشار حول الحواف والحطام من السطحات الخام، مما ينجم عن ذلك أن الإشارة الواردة هي صورة زائدة عن العديد من النسخ المتأخرة والمخففة من الإشارة المحالة.

التفكك، والتشهير، والتفرق

• Reflection] - occurs when the wave impinges on a surface with dimensions large compared to the wavelength. The law of reflection applies (angle of incidence equals angle of reflection), but the reflection coefficient varies with material and polarization.
• Diffraction] - يمكِّن الموجات من الالتفاف حول العقبات (مثل زوايا البناء، وأجهزة التلال).
• Scattering] - يحدث عندما تصطدم الموجة بسطحات خام أو أشياء صغيرة (مثلاً، الرغوة، المطر، أثاث الشوارع) وتوزع الطاقة في اتجاهات كثيرة، وتسهم في انتشار العناصر المتعددة المتعاطفين.

أنواع الاختفاءات المتعددة التعاطف

ويؤدي انتشار التكاثر المتعدد الفصيل إلى التلاشي، الذي يمكن تصنيفه حسب خصائصه الزمنية والمنظورية:

• Flat fading] - جميع عناصر التردد في الإشارة تشهد نفس التصعيد، وهذا يحدث عندما يكون نطاق الإشارة أصغر بكثير من النطاق الترددي للشبكة.
• Frequency —FLT:1]] - مختلف الترددات تتلاشى بشكل مستقل، وهذا نموذجي عندما يتجاوز نطاق التردد الإشارة نطاق الاتساق، مما يسبب التشويه والتدخل فيما بين النظم.
• Fast fading] — the channel changes significantly over the duration of a symbol, often caused by movement of the transmitter, receiver, or scatterers. The envel of the received signal often follows a ]Rayleigh[[FT:3]] distribution when no dominant LOS pathic, or a [FL:
• Slow fading] - تحدث تغيرات على مدى فترات زمنية أطول (مثلاً، الظل على المباني) ويستخدم نموذج السجل الطبيعي عادة لهذا النوع من التزييف.

الأثر على سلامة الإشارة

وسواء كان ذلك من انعكاس الأرض أو من أشكال متعددة من العقبات الأخرى، فإن التأثيرات المشتركة تضعف سلامة الإشارة بطرق عديدة قابلة للقياس الكمي.

Inter —Symbol Interference (ISI)

وعندما تصل العناصر المتعددة المتعاطفات مع التأخيرات التي تشكل جزءا كبيرا من فترة الرموز، فإنها تُنثر الطاقة من رمز إلى آخر، وهذا المعهد يُرفع معدل الخطأ إلى حد ما ويحد من أقصى معدل بيانات يمكن تحقيقه، ويُحدد ] انتشار القناة - أي الفرق بين أحدث وأحدث صدى الإشارات - مدى انتشار الإشارة الضيقة ISI.

نسبة الفشل والإشارة إلى

وقد يؤدي التدخل الضار من الانعكاس الأرضي والتعددية إلى تلاشي عميق - أي انخفاض سريع في الطاقة المتلقاة يبلغ ٢٠ درنا أو أكثر، مما يؤدي إلى انخفاض نسبة الإشارة الفورية إلى الضباب، أو انخفاض المكالمات، أو تدهور نوعية الفيديو، وفي البيئات المتنقلة، يتوقف معدل التزييف على السرعة النسبية )نوب الدم( وناقل التردد Gz على سبيل المثال، على مسافة ٢ كم من المركبات التي تنقل

Doppler Spread and Time-Varying Channels

وتعاني عناصر الـدول التي تصل من اتجاهات مختلفة من تحولات مختلفة بسبب الحركة، وهذا دوبلر ينتشر ] ويوسع نطاق الإشارة ويتسبب في تزييف الوقت المفصل، ويساهم في النظم التي لها فترات رمزية طويلة (مثلاً، التقلبات السطحية)، ويمكن أن يدمر انتشار الارتداد بين الشاحنات الفرعية، مما يؤدي إلى تدخل في الإضافة.

استراتيجيات التخفيف

وعلى مدى عقود، وضع المهندسون مجموعة أدوات قوية لمواجهة الآثار السلبية للتأمل الأرضي والتعددية، وكثيرا ما تدمج هذه الاستراتيجيات في نظم الاتصالات الحديثة.

تنوع الهوائيات

والمبدأ بسيط: نشر هوائيات متعددة في جهاز الاستقبال (أو جهاز الإرسال) بحيث يكون التزييف الذي يعاني منه كل هوائي مستقلا إحصائيا، وإذا كان الهوائي في ورطة عميقة، فمن المرجح أن يكون هناك إشارة أقوى، وتشمل مخططات التنوع المشتركة ما يلي:

• Space diversity] - antennas separated by several wavelengths (typically FF/2 to several Д).
• Polarization diversity] - using orthogonal polarizations to exploit decorrelation.
• التنوع النهائي ] - هوائيات ذات أنماط إشعاعية مختلفة لالتقاط مختلف الوافدين المتعددي التعاطف.
• Maximal Ratio Combining (MRC)] - weighting each branch by its SNR before combining, providing the best theoretical performance.

MIMO Systems

وتتجاوز تكنولوجيا متعددة المدخلات متعددة الجوانب التنوع باستخدام هوائيات متعددة في كلا الاتجاهين لخلق مسارات مكانية موازية، كما أن هذه التكنولوجيا تغذيها بكثرة بدلا من معاملتها كعنصر مضلل، وفي بيئة مبعثرة غنية، يمكن لكل طريق أن يحمل بيانات مستقلة، ويضاعف معدل البيانات دون طيف إضافي.

OFDM and Adaptive Equalization

([FLT:]) التواتر المتوقع للتكاثر في المناطق الجبلية (OFDM) هو الحد الأدنى من الاختيار بالنسبة للعديد من النظم ذات التردد العالي (Wi-Fi, 4G, 5G — DVBT) ويقسم القناة الواسعة النطاق إلى العديد من الشاحنات الفرعية الضيقة، التي تعاني من زوايا مميتة.

وفي نظم الشاحنات الوحيدة، تستخدم أجهزة المساواة المعينة ] (خط أو قرار متردد) لدرء استجابة القناة للاندفاعية، ويجري تحديث أجهزة قياس المكافئة باستخدام تسلسلات التدريب أو الخوارزميات العمياء لتتبع التقلبات المتعددة التي تولد الزمن.

تصميم النباتات الأرضية والتنسيب الهوائي

]٥[ إدارة التأمل الأرضي عن قصد، يمكن للمهندسين أن يرسموا هيكل الطائرة الأرضية ]الطائرة[ ]الطائرة[ الأرضية ]الطائرة:[ ]الطائرة:[

التطبيقات العالمية الحقيقية

الشبكات الخلوية (4G/5G)

وفي النظم الخلوية، يهيمن كل من التأمل الأرضي والتعددية من المباني، وعادة ما تكون الهوائيات في محطة قاعدية مثبتة على أبراج أو أسطح من أجل كسب ارتفاعها والحد من آثار الاحتكاك الأرضية، وغياب الثروات المتعددة في الميكروسات الحضرية يساعد بالفعل على أداء المنظمة البحرية الدولية.

التغطية الداخلية

فالبيئات الداخلية (المياه والمكاتب والمصانع) تمثل مفارقات شديدة بسبب الجدران والأثاث والناس، والتفكير الأرضي أقل أهمية في الأماكن الداخلية لأن الحد الأدنى والحد الأقصى يخلقان انعكاسات إضافية، بينما يؤدي التأخير في مكتب نموذجي إلى 50 إلى 100 نانو، بينما يمكن أن يتجاوز في قاعات كبيرة 200 نون.

الاتصالات الساتلية والفضاء الجوي

وفيما يتعلق بالصلات الساتلية، فإن التأمل الأرضي يشكل شاغلاً رئيسياً في زوايا الارتفاع المنخفضة، ويجب أن تتجنب محطات الأرض الأرضية التابعة للسواتل الثابتة الإشارة إلى الزوايا التي تسبب فيها الانعكاسات الأرضية تلاشي عميق - وهذا هو السبب في أن المحطات تقع في مناطق مفتوحة ذات أرض سلسة. وفي الاتصالات بين الطائرات والمسافات الأرضية، يؤدي التداخل المتعدد من الصمامات الأرضية إلى قناة ريكية.

أدوات التحليل والتحكّم

Engineers rely on both analysis models and software to predict ground reflection and multipath effects. ]ITU —R P.1546 recommendation provides a method for point-toarea predictions that include ground reflection. Ray‐tracing tools (e.g. Wireless InSite, WinProp) simulate sitespecific

خاتمة

إن التأمل الأرضي والآثار المتعددة المتعاطفة ليسا مجرد فضول أكاديمي - بل هما الواقع اليومي للتشغيل اللاسلكي - فالفهم العميق للمناطق الوعرة، ومعاملات التأمل، وإحصاءات التزوير، والتأخير في الانتشار أمر أساسي لأي مهندس يصمم المضاربة، أو يوصل شبكات التخطيط، أو يحسن ميزانيات الربط، ولحسن الحظ، نضجت الصناعة مجموعة قوية من التدابير المضادة: التنوع، والآلية المتكاملة، والتطبيق.