マルチパス伝搬

無線通信において、マルチパスとは、電波信号が2つ以上の経路を経由して受信アンテナに到達する伝搬現象のことです。マルチパスの原因としては、大気ダクト伝搬、電離層反射・屈折、水域や山、建物などの地上物体からの反射などが挙げられます。同じ信号が複数の経路で受信されると、干渉や位相シフトが生じる可能性があります。相殺干渉はフェージングを引き起こし、特定の地域では電波信号が弱くなりすぎて適切に受信できなくなることがあります。そのため、この現象はマルチパス干渉またはマルチパス歪みとも呼ばれます。

様々な経路で到達する信号の振幅がレイリー分布と呼ばれる分布に従う場合、これはレイリーフェージングと呼ばれます。一方、1つの成分（多くの場合、見通し線成分ですが、必ずしもそうとは限りません）が支配的な場合、ライシアン分布の方がより正確なモデルとなり、これはライシアンフェージングと呼ばれます。2つの成分が支配的な場合、拡散電力を持つ2波（TWDP）分布で挙動をモデル化するのが最適です。これらの記述はすべて一般的に使用され、受け入れられており、結果をもたらします。しかし、これらは一般的なものであり、根本的な物理現象を抽象化/隠蔽/近似しています。

干渉

多重経路干渉とは、波動物理学における現象の一つで、発生源からの波が2つ以上の経路を経由して検出器に到達する際に、波の2つ（またはそれ以上）の成分が干渉し合い、強め合ったり弱め合ったりする現象です。多重経路干渉は、アナログテレビ放送における「ゴースト現象」や電波の減衰の一般的な原因となっています。

テレビ信号が空間を伝わる理想的な状況の図：信号は送信機（TX）から出て、1つの経路を通って受信機（RXと表記されるテレビ）に到達します。

この図では、物体（この場合は航空機）がシステムに別の経路を追加することで、信号を妨害しています。信号は、長さの異なる2つの経路を経由して受信機（RX）に到達します。メインの経路は直接経路であり、2つ目の経路は航空機からの反射によるものです。

必要な条件は、波の構成要素が伝播する全範囲にわたって一貫性を保つことである。

干渉は、波の2つ（またはそれ以上）の成分が、一般的に異なる距離（光路長－幾何学的長さと屈折（異なる光速）によって測定される）を伝播し、その結果、互いに位相がずれた状態で検出器に到達するために発生する。

間接経路による信号は、振幅と位相の両方において、必要な信号に干渉する。これをマルチパスフェージングと呼ぶ。

例

アナログファクシミリやテレビ放送では、マルチパスによってジッターやゴースト現象が発生し、メイン画像の右側にぼやけた複製画像として現れます。ゴースト現象は、電波が山などの大きな物体に反射すると同時に、より短い直接経路でアンテナに到達する場合に発生し、受信機は時間差のある2つの信号を受信することになります。

レーダー処理において、マルチパスによってゴーストターゲットが発生し、レーダー受信機を誤作動させる。これらのゴーストターゲットは、通常のターゲット（エコーを反射するターゲット）と同じように動き、振る舞うため、受信機が正しいターゲットのエコーを分離するのが困難になるという点で特に厄介である。これらの問題は、レーダー周辺の地表マップを組み込み、地表下または一定の高さ（高度）より上から発生したと思われるすべてのエコーを除去することで最小限に抑えることができる。

デジタル無線通信（ GSMなど）では、マルチパスによってエラーが発生し、通信品質に影響を与える可能性があります。これらのエラーは、符号間干渉（ISI）が原因です。ISIを補正するために、イコライザがよく用いられます。あるいは、直交周波数分割変調やレーキ受信機などの技術が用いられる場合もあります。

全地球測位システム（GPS）受信機では、マルチパス効果により、静止している受信機の出力が、まるでランダムに飛び跳ねたり、ゆっくりと移動しているかのように表示されることがあります。受信機が移動している場合は、この飛び跳ねやゆっくりとした動きは隠れるかもしれませんが、それでも位置と速度の表示精度は低下します。

有線メディアでは

マルチパス伝搬は、電力線通信と電話回線におけるローカルループで同様である。どちらの場合も、インピーダンスの不整合によって信号反射が発生する。

高速電力線通信システムでは、マルチパス伝搬によって発生する符号間干渉を回避するために、通常、マルチキャリア変調（ OFDMやウェーブレットOFDMなど）が用いられます。ITU -T G.hn規格は、既存の家庭用配線（電力線、電話線、同軸ケーブル）を使用して、高速（最大1ギガビット/秒）のローカルエリアネットワークを構築する方法を提供します。G.hnは、ISIを回避するために、サイクリックプレフィックス付きOFDMを使用します。マルチパス伝搬は、配線の種類によって挙動が異なるため、G.hnは各媒体に対して異なるOFDMパラメータ（OFDMシンボル持続時間、ガードインターバル持続時間）を使用します。

DSLモデムも、マルチパスが存在する場合でも、直交周波数分割多重（OFDM）を使用してDSLAMと通信します。この場合、反射は異なる太さの配線によって引き起こされる可能性がありますが、ブリッジタップからの反射は通常、より強く複雑です。OFDMトレーニングが不十分な場合は、ブリッジタップを取り外すことができます。

数理モデリング

マルチパスの数学的モデルは、線形システムを研究するために用いられるインパルス応答法を用いて表現することができる。

時刻 0 において、単一の理想的なディラックパルスの電磁パワーを送信したいとします。

x(t)=\delta (t)

受信機では、複数の電磁経路が存在するため、複数のパルスが受信され、それぞれが異なる時間に到着します。実際、電磁信号は光速で伝搬し、各経路の幾何学的長さは他の経路とは異なる可能性があるため、伝搬時間は異なります（自由空間では、光が 1 kmの距離を3 μsで通過することを考慮してください）。したがって、受信信号は次のように表されます。

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

どこ $N$ は受信したパルスの数（電磁経路の数に相当し、非常に大きい場合もある）です。 $\displaystyle \tau _{n}}$ 一般的な時間遅延は $n^{th}$ 衝動、そして $\rho _{n}e^{j\phi _{n}}$ 一般的な受信パルスの複素振幅（つまり、振幅と位相）を表します。結果として、 $y(t)$ インパルス応答関数も表す $h(t)$ 等価マルチパスモデルの。