बहुपथ प्रसार

This article is about the electromagnetic propagation phenomenon. For usage in computing, see Multipath (disambiguation).

रेडियो संचार में, मल्टीपाथ रेडियो प्रसार घटना है जिसके परिणामस्वरूप रेडियो सिग्नलिंग (दूरसंचार) दो या दो से अधिक रास्तों से प्राप्त एंटीना (इलेक्ट्रॉनिक्स) तक पहुंचता है। मल्टीपाथ के कारणों में वायुमंडलीय डक्टिंग, आयनोस्फेरिक प्रतिबिंब और अपवर्तन, और जल निकायों और पहाड़ों और इमारतों जैसे स्थलीय वस्तुओं से प्रतिबिंब (भौतिकी) शामिल हैं। जब एक ही संकेत एक से अधिक रास्तों पर प्राप्त होता है, तो यह संकेत के हस्तक्षेप (तरंग प्रसार) और चरण (तरंगों) का निर्माण कर सकता है। विनाशकारी हस्तक्षेप लुप्त होती का कारण बनता है; इससे कुछ क्षेत्रों में पर्याप्त रूप से प्राप्त होने के लिए एक रेडियो सिग्नल बहुत कमजोर हो सकता है। इस कारण से, इस प्रभाव को मल्टीपाथ इंटरफेरेंस या मल्टीपाथ डिस्टॉर्शन के रूप में भी जाना जाता है।

जहां विभिन्न रास्तों से आने वाले संकेतों के परिमाण का वितरण रेले वितरण के रूप में जाना जाता है, इसे रेले लुप्तप्राय के रूप में जाना जाता है। जहां एक घटक (अक्सर, लेकिन जरूरी नहीं कि दृष्टि की एक रेखा (दूरसंचार) घटक) हावी हो, एक चावल वितरण एक अधिक सटीक मॉडल प्रदान करता है, और इसे वैधानिक द्वारा आरआई शब्द के रूप में जाना जाता है। जहां दो घटक हावी होते हैं, व्यवहार को दो-तरंग के साथ फैलाने वाली शक्ति लुप्त होती | दो-लहर फैलाने वाली शक्ति (TWDP) वितरण के साथ सबसे अच्छा मॉडल किया जाता है। ये सभी विवरण आमतौर पर उपयोग किए जाते हैं और स्वीकार किए जाते हैं और परिणाम की ओर ले जाते हैं। हालांकि, वे सामान्य हैं और अंतर्निहित भौतिकी को सार/छुपाएं/अनुमानित करते हैं।

हस्तक्षेप

Main article: Wave interference

File:Phase shift.svg

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

मल्टीपाथ हस्तक्षेप तरंगों के भौतिकी में एक घटना है जिससे एक स्रोत से एक तरंग दो या दो से अधिक पथों के माध्यम से डिटेक्टर तक जाती है और तरंग के दो (या अधिक) घटक रचनात्मक या विनाशकारी रूप से हस्तक्षेप करते हैं। मल्टीपाथ इंटरफेरेंस एनालॉग टेलीविजन प्रसारण और रेडियो तरंगों के लुप्त होने का एक सामान्य कारण है।

File:IdealTVpathnoghost.png

अंतरिक्ष के माध्यम से चलने वाले टीवी सिग्नल के लिए आदर्श स्थिति का आरेख: सिग्नल ट्रांसमीटर (TX) को छोड़ देता है और रिसीवर (टीवी सेट, जिसे आरएक्स लेबल किया जाता है) के लिए एक पथ के माध्यम से यात्रा करता है।

File:MultipathTVghost.png

इस दृष्टांत में, एक वस्तु (इस मामले में एक विमान) दूसरा रास्ता जोड़कर सिस्टम को प्रदूषित करती है। सिग्नल रिसीवर (आरएक्स) के माध्यम से आता है दो अलग-अलग रास्तों की जिनकी लंबाई अलग-अलग है। मुख्य मार्ग सीधा मार्ग है, जबकि दूसरा समतल से परावर्तन के कारण है।

आवश्यक शर्त यह है कि तरंग के घटक अपनी पूरी यात्रा के दौरान संसक्ति (भौतिकी) बने रहें।

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

अप्रत्यक्ष पथों के कारण संकेत आयाम के साथ-साथ चरण में आवश्यक संकेत के साथ हस्तक्षेप करता है जिसे मल्टीपाथ फेडिंग कहा जाता है।

उदाहरण

एनालॉग फैक्स और टेलीविजन ट्रांसमिशन (दूरसंचार) में, मल्टीपाथ घबराहट और घोस्टिंग का कारण बनता है, जिसे मुख्य छवि के दाईं ओर एक फीकी डुप्लिकेट छवि के रूप में देखा जाता है। भूत तब होते हैं जब प्रसारण एक पहाड़ या अन्य बड़ी वस्तु से उछलता है, जबकि एंटीना पर एक छोटे, सीधे मार्ग से पहुंचता है, जिसमें रिसीवर दो संकेतों को देरी से अलग करता है।

File:Multipath propagation diagram en.svg

रडार मल्टीपाथ एक वास्तविक लक्ष्य से भूतों के प्रकट होने का कारण बनता है।

रडार प्रसंस्करण में, मल्टीपाथ घोस्ट टारगेट को प्रकट करने का कारण बनता है, जो रडार रिसीवर (रेडियो) को धोखा देता है। ये भूत विशेष रूप से कष्टप्रद होते हैं क्योंकि वे चलते हैं और सामान्य लक्ष्य (जो वे प्रतिध्वनित करते हैं) की तरह व्यवहार करते हैं, और इसलिए रिसीवर को सही लक्ष्य प्रतिध्वनि को अलग करने में कठिनाई होती है। इन समस्याओं को राडार के आसपास के जमीनी मानचित्र को शामिल करके और जमीन के नीचे या एक निश्चित ऊंचाई (ऊंचाई) से उत्पन्न होने वाली सभी प्रतिध्वनियों को समाप्त करके कम किया जा सकता है।

डिजिटल रेडियो संचार (जैसे जीएसएम) में मल्टीपाथ त्रुटियों का कारण बन सकता है और संचार की गुणवत्ता को प्रभावित कर सकता है। त्रुटियां इंटरसिंबल हस्तक्षेप (ISI) के कारण होती हैं। आईएसआई को सही करने के लिए अक्सर समानता (संचार) का उपयोग किया जाता है। वैकल्पिक रूप से, ऑर्थोगोनल फ्रीक्वेंसी डिवीजन मॉड्यूलेशन और रेक रिसीवर जैसी तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है।

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बहुपथ के कारण GPS त्रुटि

ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम रिसीवर में, मल्टीपाथ प्रभाव एक स्थिर रिसीवर के आउटपुट को इंगित करने का कारण बन सकता है जैसे कि यह यादृच्छिक रूप से कूद रहा था या रेंग रहा था। जब इकाई चलती है तो कूदना या रेंगना छिपा हो सकता है, लेकिन यह अभी भी स्थान और गति की प्रदर्शित सटीकता को कम करता है।

वायर्ड मीडिया में

मल्टीपाथ प्रचार बिजली लाइन संचार और टेलीफोन स्थानीय लूप में समान है। किसी भी मामले में, प्रतिबाधा मिलान संकेत प्रतिबिंब का कारण बनता है।

हाई-स्पीड पावर लाइन कम्युनिकेशन सिस्टम आमतौर पर बहु-वाहक मॉड्यूलेशन (जैसे ओएफडीएम या छोटा लहर ओएफडीएम) को नियोजित करते हैं ताकि मल्टीपाथ प्रसार के कारण होने वाले इंटरसिंबल हस्तक्षेप से बचा जा सके। ITU-T G.hn मानक मौजूदा होम वायरिंग (पॉवर लाइन कम्युनिकेशन, फोन लाइन, और मनाना पर ईथरनेट) का उपयोग करके हाई-स्पीड (1 गीगाबिट प्रति सेकंड तक) लोकल एरिया नेटवर्क बनाने का एक तरीका प्रदान करता है। G.hn, ISI से बचने के लिए चक्रीय उपसर्ग के साथ OFDM का उपयोग करता है। क्योंकि मल्टीपाथ प्रसार प्रत्येक प्रकार के तार में अलग तरह से व्यवहार करता है, G.hn प्रत्येक मीडिया के लिए अलग-अलग OFDM पैरामीटर (OFDM प्रतीक अवधि, गार्ड अंतराल अवधि) का उपयोग करता है।

मल्टीपाथ के बावजूद डीएसएल मॉडेम अपने डीएसएलएएम के साथ संवाद करने के लिए ऑर्थोगोनल फ्रीक्वेंसी-डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग का भी उपयोग करते हैं। इस मामले में मिश्रित तार गेज के कारण प्रतिबिंब हो सकते हैं, लेकिन पुल के नल से आमतौर पर अधिक तीव्र और जटिल होते हैं। जहां ओएफडीएम प्रशिक्षण असंतोषजनक है, वहां ब्रिज के नलों को हटाया जा सकता है।

गणितीय मॉडलिंग

File:Multipath impulse response.png

बहुपथ आवेग प्रतिक्रिया का गणितीय मॉडल।

बहुपथ का गणितीय मॉडल रैखिक प्रणालियों के अध्ययन के लिए प्रयुक्त आवेग प्रतिक्रिया की विधि का उपयोग करके प्रस्तुत किया जा सकता है।

मान लीजिए कि आप समय 0 पर विद्युत चुंबकत्व शक्ति के एकल, आदर्श डिराक डेल्टा समारोह को प्रसारित करना चाहते हैं, अर्थात।

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

रिसीवर पर, कई विद्युत चुम्बकीय पथों की उपस्थिति के कारण, एक से अधिक पल्स प्राप्त होंगे, और उनमें से प्रत्येक अलग-अलग समय पर पहुंचेगा। वास्तव में, चूंकि विद्युत चुम्बकीय संकेत प्रकाश की गति से यात्रा करते हैं, और चूँकि प्रत्येक पथ की एक ज्यामितीय लंबाई होती है जो संभवत: दूसरे पथों से भिन्न होती है, इसलिए अलग-अलग हवाई यात्रा समय होते हैं (विचार करें कि, मुक्त स्थान में, प्रकाश 3 μs लेता है 1 किमी की अवधि पार करने के लिए)। इस प्रकार, प्राप्त संकेत द्वारा व्यक्त किया जाएगा

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

कहाँ $N$ प्राप्त आवेगों की संख्या है (विद्युत चुम्बकीय पथों की संख्या के बराबर, और संभवतः बहुत बड़ी), $\tau _{n}$ जेनेरिक का समय विलंब है $n^{th}$ आवेग, और $\rho _{n}e^{j\phi _{n}}$ जेनेरिक प्राप्त पल्स के जटिल आयाम (यानी, परिमाण और चरण) का प्रतिनिधित्व करते हैं। एक परिणाम के रूप में, $y(t)$ आवेग प्रतिक्रिया समारोह का भी प्रतिनिधित्व करता है $h(t)$ समतुल्य मल्टीपाथ मॉडल का।

अधिक सामान्य रूप से, ज्यामितीय प्रतिबिंब स्थितियों के समय भिन्नता की उपस्थिति में, यह आवेग प्रतिक्रिया समय बदलती है, और इस तरह हमारे पास है

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

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

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

बहुत बार, मल्टीपाथ स्थितियों की गंभीरता को दर्शाने के लिए केवल एक पैरामीटर का उपयोग किया जाता है: इसे बहुपथ समय कहा जाता है, $T_{M}$, और इसे पहले और अंतिम प्राप्त आवेगों के बीच मौजूद समय की देरी के रूप में परिभाषित किया गया है

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

File:Multipath transfer function.png

मल्टीपाथ चैनल ट्रांसफर फ़ंक्शन 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 प्रसार हानियों द्वारा मापी गई) की निर्धारित मात्रा प्राप्त करने की अनुमति देता है, उदा। 99%।

अपने उद्देश्य को रैखिक, समय अपरिवर्तनीय प्रणालियों पर रखते हुए, हम चैनल ट्रांसफर फ़ंक्शन द्वारा मल्टीपाथ घटना को भी चिह्नित कर सकते हैं $H(f)$, जिसे आवेग प्रतिक्रिया के निरंतर समय फूरियर रूपांतरण के रूप में परिभाषित किया गया है $h(t)$

$H(f)=\mathfrak{F}(h(t))={\int <!--\; \int \; -->}_{-<!--\; -\; -->\mathrm{\infty <!--\; \infty \; -->}}^{+\mathrm{\infty <!--\; \infty \; -->}}h(t)e^{-<!--\; -\; -->j2\mathrm{\pi <!--\; \pi \; -->}ft}dt=\underset{n=0}{\overset{N-<!--\; -\; -->1}{\sum <!--\; \sum \; -->}}{\mathrm{\rho <!--\; \rho \; -->}}_n{e}^{j{\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}}_n}{e}^{-<!--\; -\; -->}$