बहुपथ प्रसार

This article is about विद्युत चुम्बकीय संचरण घटना. For संगणना में उपयोग, see बहुपथ (बहुविकल्पी).

रेडियो संचार में, बहुपथ रेडियो संचरण घटना है जिसके परिणामस्वरूप रेडियो संकेतन (दूरसंचार) दो या दो से अधिक पथों से प्राप्त एंटीना (इलेक्ट्रानिकी) तक पहुंचता है। बहुपथ के कारणों में वायुमंडलीय वाहिका, आयनमंडली प्रभाव प्रतिबिंब और अपवर्तन, और जल निकायों और पहाड़ों और भवनों जैसे स्थलीय वस्तुओं से प्रतिबिंब (भौतिकी) सम्मिलित हैं। जब एक ही संकेत एक से अधिक पथों पर प्राप्त होते है, तो यह संकेत के व्यतिकरण (तरंग संचरण) और चरण (तरंगों) का निर्माण कर सकते है। विनाशकारी व्यतिकरण क्षीणन का कारण बनता है; इससे कुछ क्षेत्रों में पर्याप्त रूप से प्राप्त होने के लिए रेडियो संकेत बहुत दुर्बल हो सकते है। इस कारण से, इस प्रभाव को बहुपथ व्यतिकरण या बहुपथ विरूपण के रूप में भी जाना जाते है।

जहां विभिन्न पथों से आने वाले संकेतों के परिमाण का वितरण रेले वितरण के रूप में जाना जाते है, इसे रेले क्षीणन के रूप में जाना जाते है। जहां एक घटक (प्रायः, परन्तु आवश्यक नहीं कि दृष्टि की रेखा (दूरसंचार) घटक) प्रमुख हो, रिसीयन वितरण एक अधिक यथार्थ मॉडल प्रदान करते है, और इसे वैधानिक द्वारा आरआई शब्द के रूप में जाना जाते है। जहां दो घटक प्रमुख होते हैं, व्यवहार को दो-तरंग विसारित शक्ति (टीडब्ल्यूडीपी) वितरण के साथ सबसे ठीक मॉडल किए जाते है। ये सभी विवरण सामान्यतः उपयोग किए जाते हैं और स्वीकार किए जाते हैं और परिणाम की ओर ले जाते हैं। यद्यपि, वे सामान्य हैं और अंतर्निहित भौतिकी को सार/गुप्त/अनुमानित करते हैं।

व्यतिकरण

Main article: तरंग अंतःक्षेप

सुसंगत तरंगें जो दो अलग-अलग पथों से यात्रा करती हैं, चरण बदलाव के साथ आएंगी, इसलिए एक दूसरे के साथ व्यतिकरण करेंगी।

बहुपथ व्यतिकरण तरंगों के भौतिकी में एक घटना है जिससे एक स्रोत से एक तरंग दो या दो से अधिक पथों के माध्यम से संसूचक तक जाती है और तरंग के दो (या अधिक) घटक रचनात्मक या विनाशकारी रूप से व्यतिकरण करते हैं। बहुपथ व्यतिकरण एनालॉग टेलीविजन प्रसारण और रेडियो तरंगों की प्रतिछाया होने का सामान्य कारण है।

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अंतराल के माध्यम से चलने वाले टीवी संकेत के लिए आदर्श स्थिति का आरेख: संकेत प्रेषित्र (टीएक्स) को छोड़ देता है और गृहीता (टीवी सेट, जिसे आरएक्स लेबल किया जाता है) के लिए एक पथ के माध्यम से यात्रा करते है।

File:MultipathTVghost.png

इस दृष्टांत में, एक वस्तु (इस स्थिति में एक विमान) दूसरा पथ जोड़कर पद्धति को प्रदूषित करती है। संकेत गृहीता (आरएक्स) पर दो अलग-अलग पथों के माध्यम से आता है जिनकी लंबाई अलग-अलग होती है। मुख्य पथ सीधा पथ है, जबकि दूसरा समतल से परावर्तन के कारण है।

आवश्यक प्रतिबन्ध यह है कि तरंग के घटक अपनी पूर्ण यात्रा के समय संसक्ति (भौतिकी) बने रहें।

तरंग के दो (या अधिक) घटकों के कारण व्यतिकरण उत्पन्न होगा, सामान्य रूप से, अलग लंबाई की यात्रा की (जैसा कि प्रकाशिक पथ की लंबाई - ज्यामितीय लंबाई और अपवर्तन (अलग-अलग प्रकाशिक गति) द्वारा मापा जाता है), और इस प्रकार एक दूसरे के साथ चरण से बाहर संसूचक पर पहुंचना।

अप्रत्यक्ष पथों के कारण संकेत आयाम के साथ-साथ चरण में आवश्यक संकेत के साथ व्यतिकरण करते है जिसे बहुपथ क्षीणन कहा जाता है।

उदाहरण

एनालॉग फैक्स और टेलीविजन ट्रांसमिशन (दूरसंचार) में, बहुपथ प्रकंपन और प्रतिछाया का कारण बनता है, जिसे मुख्य प्रतिरूप के दाईं ओर क्षीणित समरूप प्रतिरूप के रूप में देखे जाते है। आवांछित प्रतिबिम्ब तब होते हैं जब संचार एक पहाड़ या अन्य बड़ी वस्तु से उछलता है, जबकि एंटीना पर एक छोटे, सीधे पथ से पहुंचता है, जिसमें गृहीता दो संकेतों को विलम्ब से अलग करता है।

File:Multipath propagation diagram en.svg

रडार बहुपथ एक वास्तविक लक्ष्य से आवांछित प्रतिबिम्बों के प्रकट होने का कारण बनता है।

रडार प्रसंस्करण में, बहुपथ आवांछित प्रतिबिम्ब लक्ष्यों को प्रकट करने का कारण बनता है, जो रडार गृहीता (रेडियो) को प्रवंचन करता है। ये आवांछित प्रतिबिम्ब विशेष रूप से कष्टप्रद होते हैं क्योंकि वे चलते हैं और सामान्य लक्ष्य (जो वे प्रतिध्वनित करते हैं) के जैसे व्यवहार करते हैं, और इसलिए गृहीता को उचित लक्ष्य प्रतिध्वनि को अलग करने में जटिलता होती है। इन समस्याओं को राडार के निकट के भूतल प्रतिचित्र को सम्मिलित करके और भूतल के नीचे या निश्चित ऊंचाई (ऊंचाई) से उत्पन्न होने वाली सभी प्रतिध्वनियों को समाप्त करके कम किए जा सकते है।

अंकीय रेडियो संचार (जैसे जीएसएम) में बहुपथ त्रुटियों का कारण बन सकता है और संचार की गुणवत्ता को प्रभावित कर सकते है। त्रुटियां अंतरा प्रतीक व्यतिकरण (आईएसआई) के कारण होती हैं। आईएसआई को उचित करने के लिए प्रायः समानता (संचार) का उपयोग किया जाता है। वैकल्पिक रूप से, लांबिक आवृत्ति विभाजन मॉड्यूलेशन और रेक गृहीता जैसी तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है।

File:Gps-multipath-efect.png

बहुपथ के कारण जीपीएस त्रुटि

वैश्विक स्थिति निर्धारण पद्धति गृहीता में, बहुपथ प्रभाव स्थिर गृहीता के निर्गम को इंगित करने का कारण बन सकता है जैसे कि यह यादृच्छिक रूप से झंपन या विसर्पण था। जब इकाई चलती है तो झंपन या विसर्पण छिपा हो सकता है, परन्तु यह अभी भी स्थान और गति की प्रदर्शित यथार्थता को कम करते है।

तारयुक्‍त मीडिया में

बहुपथ संचरण विद्युत लाइन संचार और टेलीफोन स्थानीय लूप में समान है। किसी भी स्थिति में, प्रतिबाधा कुमेल संकेत प्रतिबिंब का कारण बनता है।

उच्च गति शक्ति लाइन संचार पद्धति सामान्यतः बहु-वाहक मॉड्यूलेशन (जैसे ओएफडीएम या तरंगिका ओएफडीएम) को नियोजित करते हैं ताकि बहुपथ संचरण के कारण होने वाले अंतरा प्रतीक व्यतिकरण से बचा जा सके। आईटीयू-टी जी.एचएन मानक वर्तमान घरेलू तारक्रम (शक्ति संचरण लाइन, फोन लाइन, और समाक्ष केबल) का उपयोग करके उच्च गति (1 गीगाबिट प्रति सेकंड तक) लोकल एरिया नेटवर्क बनाने की विधि प्रदान करते है। जी.एचएन, आईएसआई से बचने के लिए चक्रीय उपसर्ग के साथ ओएफडीएम का उपयोग करते है। क्योंकि बहुपथ संचरण प्रत्येक प्रकार के तार में अलग प्रकार से व्यवहार करते है, जी.एचएन प्रत्येक मीडिया के लिए अलग-अलग ओएफडीएम पैरामीटर (ओएफडीएम प्रतीक अवधि, रक्षक अंतराल अवधि) का उपयोग करते है।

बहुपथ के अतिरिक्त डीएसएल मॉडेम अपने डीएसएलएएम के साथ संचरण के लिए लांबिक आवृत्ति-विभाजन बहुभाजन का भी उपयोग करते हैं। इस स्थिति में मिश्रित तार गेज के कारण प्रतिबिंब हो सकते हैं, परन्तु सेतु के नल से सामान्यतः अधिक तीव्र और जटिल होते हैं। जहां ओएफडीएम प्रशिक्षण असंतोषजनक है, वहां सेतु के नलों को हटाया जा सकता है।

गणितीय मॉडलिंग

File:Multipath impulse response.png

बहुपथ आवेग अनुक्रिया का गणितीय मॉडल।

बहुपथ का गणितीय मॉडल रैखिक प्रणालियों के अध्ययन के लिए प्रयुक्त आवेग अनुक्रिया की विधि का उपयोग करके प्रस्तुत किए जा सकते है।

मान लीजिए कि आप समय 0, अर्थात

$x(t)=\delta (t)$

पर विद्युत चुंबकत्व शक्ति के एकल, आदर्श डिरैक डेल्टा फलन को संचारित करना चाहते हैं।

गृहीता पर, कई विद्युत चुम्बकीय पथों की उपस्थिति के कारण, एक से अधिक स्पंद प्राप्त होंगे, और उनमें से प्रत्येक अलग-अलग समय पर पहुंचेगा। वस्तुतः, चूंकि विद्युत चुम्बकीय संकेत प्रकाश की गति से यात्रा करते हैं, और चूँकि प्रत्येक पथ की ज्यामितीय लंबाई होती है जो संभवत: दूसरे पथों से भिन्न होती है, इसलिए अलग-अलग विमान यात्रा (विचार करें कि, मुक्त स्थान में, प्रकाश को 1 किमी की अवधि पार करने में 3 μs लगते हैं) करते समय हैं। इस प्रकार, प्राप्त संकेत

$y(t)=h(t)=\sum _{n=0}^{N-1}{\rho _{n}e^{j\phi _{n}}\delta (t-\tau _{n})}$

द्वारा व्यक्त किया जाएगा जहां $N$ प्राप्त आवेगों की संख्या है (विद्युत चुम्बकीय पथों की संख्या के बराबर, और संभवतः बहुत बड़ी), $\tau _{n}$ सामान्य $n^{th}$ आवेग का समय विलंब है, और $\rho _{n}e^{j\phi _{n}}$ सामान्य प्राप्त स्पंद के जटिल आयाम (अर्थात, परिमाण और चरण) का प्रतिनिधित्व करते हैं। परिणामस्वरूप, $y(t)$ समतुल्य बहुपथ मॉडल के आवेग अनुक्रिया फलन $h(t)$ का भी प्रतिनिधित्व करता है।

अधिक सामान्य रूप से, ज्यामितीय प्रतिबिंब स्थितियों के समय भिन्नता की उपस्थिति में, यह आवेग अनुक्रिया समय बदलती है, और इस प्रकार हमारे निकट

$\tau _{n}=\tau _{n}(t)$

$\rho _{n}=\rho _{n}(t)$

$\phi _{n}=\phi _{n}(t)$ है।

बहुत बार, बहुपथ स्थितियों की जटिलता को दर्शाने के लिए मात्र पैरामीटर का उपयोग किया जाता है: इसे बहुपथ समय, $T_{M}$ कहा जाता है, और इसे पूर्व और अंतिम प्राप्त आवेगों

$T_{M}=\tau _{N-1}-\tau _{0}$

के बीच विद्यमान समय विलंब के रूप में परिभाषित किए जाते है

File:Multipath transfer function.png

बहुपथ चैनल अंतरण फलन का गणितीय मॉडल।

व्यावहारिक परिस्थितियों और माप में, बहुपथ समय की गणना अंतिम आवेग के रूप में की जाती है, जो कुल संचरित शक्ति (वायुमंडलीय और संचरण हानियों द्वारा मापी गई) की निर्धारित मात्रा प्राप्त करने की अनुमति देते है, उदा. 99%।

रैखिक, समय अपरिवर्तनीय प्रणालियों पर अपना लक्ष्य रखते हुए, हम चैनल अंतरण फलन $H(f)$ द्वारा बहुपथ घटना को भी चिह्नित कर सकते हैं, जिसे आवेग अनुक्रिया $h(t)$

$H(f)={\mathfrak {F}}(h(t))=\int _{-\infty }^{+\infty }{h(t)e^{-j2\pi ft}dt}=\sum _{n=0}^{N-1}{\rho _{n}e^{j\phi _{n}}e^{-j2\pi f\tau _{n}}}$

के निरंतर समय फूरियर रूपांतरण के रूप में परिभाषित किया गया है जहां अंतिम दाहिने हाथ की अवधि पिछले समीकरण सरलता से याद करके प्राप्त किए जाते है कि डिरैक स्पंद का फूरियर रूपांतरण जटिल घातीय फलन है, प्रत्येक रैखिक प्रणाली का आईगेन फलन है।

प्राप्त चैनल स्थानांतरण विशेषता में चोटियों और घाटियों के अनुक्रम की विशिष्ट उपस्थिति होती है (जिसे नांच भी कहा जाता है); यह दिखाया जा सकता है कि, औसतन, दो निरंतर घाटियों (या दो निरंतर चोटियों) के बीच की दूरी (हर्ट्ज में), साधारणतया बहुपथ समय के व्युत्क्रमानुपाती होती है। तथाकथित सुसंगतता बैंड विस्तार को इस प्रकार

$B_{C}\approx {\frac {1}{T_{M}}}$

के रूप में परिभाषित किया गया है

उदाहरण के लिए, 3μs के बहुपथ समय के साथ (अंतिम प्राप्त आवेग के लिए 1 किमी की अतिरिक्त वायु में यात्रा के अनुरूप), लगभग 330 kHz का सुसंगत बैंड विस्तार है।

यह भी देखें

• चोक रिंग एंटीना, एक ऐसा डिज़ाइन जो बाहरी प्रतिबिंब संकेतों को अस्वीकार कर सकते है
• विविधता योजनाएं
• डॉपलर विस्तार
• क्षीणन
• लॉयड का दर्पण
• ओलिविया एमएफएसके
• समकोणकार आवृति विभाजन बहुसंकेतन
• रिकियन क्षीणन
• संकेत प्रवाह
• दो-किरण भू-प्रतिबिंब मॉडल
• अति विस्तृत बैंड

संदर्भ

• MIL-STD-188
• Federal Standard 1037C

File:PD-icon.svg This article incorporates public domain material from Federal Standard 1037C. General Services Administration. Archived from the original on 2022-01-22.