تنوع الهوائي

تحتوي هذه المقالة على العديد من المشكلات. يُرجى المساعدة في تحسينها أو مناقشة هذه المشكلات على صفحة المناقشة . ( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسائل ) تتضمن هذه المقالة قائمة مراجع عامة ، لكنها تفتقر إلى الاستشهادات المضمنة الكافية .يرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة من خلال تقديم اقتباسات أكثر دقة. ( مايو 2018 )( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسالة ) تعتمد هذه المقالة بشكل مفرط على الإشارة إلى المصادر الأولية .يرجى تحسين هذه المقالة بإضافة مصادر ثانوية أو ثالثية . ابحث عن المصادر:  "تنوع الهوائيات" – الأخبار  · الصحف  · الكتب  · العلماء  · JSTOR ( مايو 2018 )( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسالة ) ( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسالة )

تنوع الهوائي ، المعروف أيضًا باسم تنوع المكان أو التنوع المكاني ، هو أي من مخططات التنوع اللاسلكي العديدة التي تستخدم هوائيين أو أكثر لتحسين جودة وموثوقية الرابط اللاسلكي. غالبًا، وخاصة في البيئات الحضرية والداخلية، لا يوجد خط رؤية واضح (LOS) بين المرسل والمستقبل. بدلاً من ذلك، تنعكس الإشارة على طول مسارات متعددة قبل استلامها أخيرًا. يمكن لكل من هذه الارتدادات أن تؤدي إلى تحولات طورية وتأخيرات زمنية وتوهينات وتشوهات يمكن أن تتداخل بشكل مدمر مع بعضها البعض عند فتحة هوائي الاستقبال.

تعد تنوع الهوائيات فعالة بشكل خاص في التخفيف من حالات تعدد المسارات هذه . وذلك لأن الهوائيات المتعددة توفر للمستقبل عدة ملاحظات لنفس الإشارة. وسوف يتعرض كل هوائي لبيئة تداخل مختلفة. وبالتالي، إذا كان أحد الهوائيات يعاني من تلاشي عميق ، فمن المحتمل أن يكون لدى هوائي آخر إشارة كافية. ويمكن لمثل هذا النظام بشكل جماعي توفير رابط قوي. وفي حين يُرى هذا في المقام الأول في أنظمة الاستقبال ( استقبال التنوع )، فقد أثبت التناظرية أيضًا قيمته لأنظمة الإرسال ( تنوع الإرسال ) أيضًا.

يتطلب مخطط تنوع الهوائيات بطبيعته أجهزة إضافية وتكاملاً مقارنة بنظام هوائي واحد، ولكن نظرًا للتشابه بين مسارات الإشارة، يمكن مشاركة قدر كبير من الدوائر. كما أن الإشارات المتعددة تفرض متطلبات معالجة أكبر على المستقبل، مما قد يؤدي إلى متطلبات تصميم أكثر صرامة. ومع ذلك، عادةً ما تكون موثوقية الإشارة ذات أهمية قصوى، واستخدام هوائيات متعددة هو وسيلة فعالة لتقليل عدد حالات انقطاع الإشارة وفقدان الاتصالات.

يمكن تحقيق تنوع الهوائي بعدة طرق. واعتمادًا على البيئة والتداخل المتوقع، يمكن للمصممين استخدام طريقة واحدة أو أكثر من هذه الطرق لتحسين جودة الإشارة. في الواقع، تُستخدم طرق متعددة بشكل متكرر لزيادة الموثوقية بشكل أكبر.

• تعتمد التنوع المكاني على استخدام هوائيات متعددة، عادةً ما تكون لها نفس الخصائص، وتكون منفصلة فعليًا عن بعضها البعض. واعتمادًا على معدل حدوث الإشارة الواردة، في بعض الأحيان تكون المسافة في حدود الطول الموجي كافية. وفي أحيان أخرى تكون هناك حاجة إلى مسافات أكبر بكثير. على سبيل المثال، يعد التقسيم الخلوي أو القطاعي مخططًا للتنوع المكاني يمكن أن يكون به هوائيات أو محطات أساسية متباعدة أميالاً. وهذا مفيد بشكل خاص لصناعة الاتصالات المتنقلة لأنه يسمح لمستخدمين متعددين بمشاركة طيف اتصال محدود وتجنب التداخل في نفس القناة.
• يتكون التنوع النمطي من هوائيين أو أكثر يقعان في نفس المكان مع أنماط إشعاع مختلفة . يستخدم هذا النوع من التنوع هوائيات اتجاهية تكون منفصلة فعليًا عادةً بمسافة (قصيرة غالبًا). وهي مجتمعة قادرة على التمييز بين جزء كبير من مساحة الزاوية ويمكنها توفير مكسب أعلى مقارنة بمشع واحد متعدد الاتجاهات.
• يجمع تنوع الاستقطاب بين أزواج الهوائيات ذات الاستقطابات المتعامدة (أي الأفقي/الرأسي، ± المائل 45 درجة، الاستقطاب الدائري الأيسر/الأيمن، إلخ). يمكن للإشارات المنعكسة أن تخضع لتغيرات الاستقطاب اعتمادًا على الوسط الذي تنتقل من خلاله. سيؤدي فرق الاستقطاب بمقدار 90 درجة إلى عامل توهين يصل إلى 34 ديسيبل في قوة الإشارة. من خلال إقران استقطابين متكاملين، يمكن لهذا المخطط تحصين النظام من عدم تطابق الاستقطاب الذي قد يتسبب بخلاف ذلك في تلاشي الإشارة. بالإضافة إلى ذلك، أثبت هذا التنوع قيمته في محطات الاتصالات اللاسلكية والمتنقلة لأنه أقل عرضة للتوجهات العشوائية تقريبًا لهوائيات الإرسال. ^[1]
• تستخدم خاصية تنوع الإرسال/الاستقبال هوائيين منفصلين ومتجاورين لوظائف الإرسال والاستقبال. ويؤدي هذا التكوين إلى التخلص من الحاجة إلى جهاز مزدوج الإرسال ويمكنه حماية مكونات المستقبل الحساسة من الطاقة العالية المستخدمة في الإرسال.
• يمكن أن تكون المصفوفات التكيفية عبارة عن هوائي واحد بعناصر نشطة أو مجموعة من الهوائيات المتشابهة مع القدرة على تغيير نمط إشعاعها المشترك مع استمرار الظروف المختلفة. تعمل المصفوفات الممسوحة إلكترونيًا النشطة ( AESAs ) على معالجة محولات الطور والمخففات الموجودة على وجه كل موقع إشعاع لتوفير قدرة مسح شبه فورية بالإضافة إلى التحكم في النمط والاستقطاب. هذا مفيد بشكل خاص لتطبيقات الرادار لأنه يوفر للهوائي الواحد القدرة على التبديل بين عدة أوضاع مختلفة مثل البحث والتتبع والرسم الخرائطي وتدابير مكافحة التشويش.

تتطلب كل التقنيات المذكورة أعلاه نوعًا ما من المعالجة اللاحقة لاستعادة الرسالة المطلوبة. ومن بين هذه التقنيات:

• التبديل: في جهاز الاستقبال التبديلي، يتم تغذية الإشارة من هوائي واحد فقط إلى جهاز الاستقبال طالما ظلت جودة تلك الإشارة أعلى من حد معين. وإذا تدهورت الإشارة، يتم تبديل هوائي آخر. يعد التبديل أسهل وأقل تقنيات معالجة تنوع الهوائيات استهلاكًا للطاقة، ولكن قد تحدث فترات من التلاشي وعدم التزامن أثناء تدهور جودة أحد الهوائيات وإنشاء رابط هوائي آخر.
• الاختيار: كما هو الحال مع التبديل، تقدم عملية الاختيار إشارة هوائي واحد فقط إلى المستقبل في أي وقت معين. ومع ذلك، يعتمد الهوائي المختار على أفضل نسبة إشارة إلى ضوضاء (SNR) بين الإشارات المستقبلة. وهذا يتطلب إجراء قياس مسبق وأن تكون جميع الهوائيات قد أنشأت اتصالات (على الأقل أثناء قياس نسبة الإشارة إلى الضوضاء) مما يؤدي إلى متطلبات طاقة أعلى. يمكن أن تتم عملية الاختيار الفعلية بين حزم المعلومات المستلمة. وهذا يضمن الحفاظ على اتصال هوائي واحد قدر الإمكان. يمكن بعد ذلك إجراء التبديل على أساس كل حزمة على حدة إذا لزم الأمر.
• الجمع: في الجمع، تحافظ جميع الهوائيات على اتصالات ثابتة في جميع الأوقات. ثم يتم دمج الإشارات وتقديمها إلى المستقبل. اعتمادًا على تعقيد النظام، يمكن إضافة الإشارات مباشرة (الجمع المتساوي الكسب) أو ترجيحها وإضافتها بشكل متماسك ( الجمع بنسبة قصوى ). يوفر مثل هذا النظام أكبر مقاومة للتلاشي ولكن نظرًا لأن جميع مسارات الاستقبال يجب أن تظل نشطة، فإنه يستهلك أيضًا أكبر قدر من الطاقة.
• التحكم الديناميكي: تستطيع أجهزة الاستقبال التي يتم التحكم فيها ديناميكيًا الاختيار من بين مخططات المعالجة المذكورة أعلاه في أي وقت تنشأ فيه المواقف. ورغم أنها أكثر تعقيدًا، إلا أنها تعمل على تحسين التوازن بين الطاقة والأداء. ويتم الإشارة إلى الانتقالات بين الأوضاع و/أو اتصالات الهوائي من خلال تغيير في جودة الاتصال المدركة. وفي حالات التلاشي المنخفض، لا يستطيع جهاز الاستقبال استخدام أي تنوع واستخدام الإشارة المقدمة بواسطة هوائي واحد. ومع تدهور الظروف، يمكن لجهاز الاستقبال بعد ذلك أن يتخذ الأوضاع الأكثر موثوقية ولكنها تتطلب طاقة كبيرة كما هو موضح أعلاه.

من التطبيقات العملية المعروفة لاستقبال التنوع في الميكروفونات اللاسلكية ، وفي الأجهزة الإلكترونية المماثلة مثل أنظمة الجيتار اللاسلكية. الميكروفون اللاسلكي مع جهاز استقبال غير متنوع (جهاز استقبال به هوائي واحد فقط) يكون عرضة للانقطاعات العشوائية، أو التلاشي، أو الضوضاء ، أو أي تداخل آخر ، خاصةً إذا كان جهاز الإرسال (الميكروفون اللاسلكي) في حركة. سيتحول الميكروفون اللاسلكي أو نظام الصوت الذي يستخدم استقبال التنوع إلى الهوائي الآخر في غضون ميكروثانية إذا تعرض أحد الهوائيات للضوضاء، مما يوفر إشارة ذات جودة محسنة مع انخفاض عدد الانقطاعات والضوضاء. من الناحية المثالية، لن يحدث أي انقطاعات أو ضوضاء في الإشارة المستقبلة.

هناك استخدام شائع آخر في معدات شبكات Wi-Fi والهواتف اللاسلكية للتعويض عن التداخل متعدد المسارات . ستحول المحطة الأساسية الاستقبال إلى أحد الهوائيين اعتمادًا على أيهما يستقبل إشارة أقوى حاليًا. للحصول على أفضل النتائج، يتم عادةً وضع الهوائيات على مسافة طول موجي واحد. بالنسبة لنطاقات الموجات الدقيقة ، حيث تكون الأطوال الموجية أقل من 100 سم، يمكن القيام بذلك غالبًا باستخدام هوائيين متصلين بنفس الأجهزة. بالنسبة للترددات المنخفضة والأطوال الموجية الأطول، يجب أن تكون الهوائيات على مسافة عدة أمتار، مما يجعلها أقل منطقية بكثير.

كما تستفيد أبراج الهواتف المحمولة غالبًا من التنوع - فكل وجه (قطاع) من البرج غالبًا ما يكون بهوائيان؛ أحدهما للإرسال والاستقبال، والآخر للاستقبال فقط. ويتم استخدام جهازي استقبال لأداء الاستقبال المتنوع.

يؤدي استخدام هوائيات متعددة في كل من الإرسال والاستقبال إلى نظام متعدد المدخلات والمخرجات (MIMO). ويطلق على استخدام تقنيات التنوع في كلا طرفي الرابط اسم الترميز المكاني الزمني .

التشفير المتنوع هو تقنيات التشفير المكاني لنظام MIMO في القنوات اللاسلكية. تعاني القنوات اللاسلكية بشدة من ظاهرة التلاشي، مما يتسبب في عدم موثوقية فك تشفير البيانات. في الأساس، يرسل التشفير المتنوع نسخًا متعددة من خلال هوائيات إرسال متعددة، وذلك لتحسين موثوقية استقبال البيانات. إذا فشل أحدها في الاستقبال، يتم استخدام الآخرين لفك تشفير البيانات. يحقق MIMO التنوع المكاني والإرسال المتعدد المكاني.

• مخططات التنوع
• كود الزمان والمكان
• مستقبل أشعل النار
• الاتصالات متعددة المدخلات والمخرجات (MIMO)
• نظام الهوائي الموزع
• التنوع الكلي
• التنوع يجمع
• نقل التنوع
• اكتساب التنوع
• التنوع التعاوني

• جيه مون و واي كيم. "تنوع الهوائيات يعزز شبكات LAN اللاسلكية". تصميم أنظمة الاتصالات، الصفحات 15-22، يناير 2003
• SM Lindenmeier وLM Reiter وDE Barie وJF Hopf. "تنوع الهوائيات لتحسين معدل الخطأ في استقبال الراديو الرقمي المحمول وخاصة في المناطق ذات الأشجار الكثيفة". المؤتمر الدولي للهوائيات ITG، ISBN 978-3-00-021643-5 ، الصفحات 45-48. 30 مارس 2007. 
• "المصفوفات التكيفية وتكوينات الهوائي المتنوعة لأجهزة الاتصالات اللاسلكية المحمولة" بقلم كارل ديتريش الابن، 15 فبراير 2000.
• "دليل الهوائي التكيفي: الكفاءة الطيفية والمعالجة المكانية" بقلم مارك جولدبرج. مكتب الهندسة والتكنولوجيا التابع للجنة الاتصالات الفيدرالية. 7 سبتمبر 2001.
• "نهج موجه نحو الكائنات يعتمد على MATLAB لمحاكاة قناة التلاشي متعددة المسارات" ورقة بيضاء من تأليف CD Iskander. فبراير 2008.