การลดทอนของช่องสัญญาณไร้สายการลดทอนสัญญาณ (Fading) คือการเปลี่ยนแปลงของแอมพลิจูด เฟส หรือกำลังของสัญญาณที่ได้รับ ซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงในเส้นทางการแพร่กระจายสัญญาณ การลดทอนสัญญาณสามารถลดระยะขอบการเชื่อมต่อ บิดเบือนสัญญาณบรอดแบนด์ และทำให้การวัดค่า RF ทำได้ยาก การทำความเข้าใจประเภทของการลดทอนสัญญาณในระบบจะช่วยให้วิศวกรเลือกเสาอากาศ วิธีการทดสอบ และเทคนิคการลดผลกระทบที่เหมาะสมได้
คู่มือนี้อธิบายถึงการลดทอนสัญญาณในวงกว้างและวงแคบ ช่องสัญญาณแบบราบเรียบและแบบเลือกความถี่ การลดทอนสัญญาณแบบช้าและแบบเร็ว และแบบจำลองช่องสัญญาณทางสถิติที่พบได้บ่อยที่สุด นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่ารูปแบบเสาอากาศ โพลาไรเซชัน และรูปทรงเรขาคณิตของการทดสอบมีอิทธิพลต่อการวัดการลดทอนสัญญาณในทางปฏิบัติอย่างไร
การลดทอนสัญญาณของช่องสัญญาณไร้สายคืออะไร?
สัญญาณวิทยุแทบจะไม่สามารถเดินทางไปถึงเครื่องรับได้ผ่านเส้นทางที่สมบูรณ์แบบเพียงเส้นทางเดียว อาคาร ภูมิประเทศ ยานพาหนะ อุปกรณ์ และวัตถุอื่นๆ สามารถปิดกั้น สะท้อน หักเห หรือกระจายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ ดังนั้น สัญญาณเดียวกันอาจเดินทางมาถึงหลายชุดด้วยความล่าช้า แอมพลิจูด เฟส และมุมการมาถึงที่แตกต่างกัน การรวมกันของสัญญาณเหล่านี้อาจเสริมกันที่ตำแหน่งหรือความถี่หนึ่ง และหักล้างกันที่อื่นได้
การเฟดแตกต่างจากการสูญเสียกำลังส่งสัญญาณในพื้นที่ว่างแบบกำหนดได้ การสูญเสียกำลังส่งสัญญาณหมายถึงการลดลงโดยทั่วไปของกำลังส่งสัญญาณเมื่อระยะทางและความถี่เพิ่มขึ้น ในขณะที่การเฟดอธิบายถึงความผันแปรเพิ่มเติมรอบค่าเฉลี่ยนั้น วิศวกรมักจะจำแนกการเฟดตามแกนอิสระสองแกน ได้แก่ ขนาดเชิงพื้นที่และการเลือกช่องสัญญาณ
รูปที่ 1.การเปลี่ยนแปลงระดับสัญญาณที่ได้รับอย่างช้าๆ และรวดเร็ว แสดงให้เห็นถึงช่วงเวลาหรือระยะทางที่สัญญาณอ่อนลงแตกต่างกัน
การจำแนกประเภทสัญญาณรบกวนไร้สาย
การจางหายไปในวงกว้างอธิบายถึงการเปลี่ยนแปลงทีละน้อยในระยะทางค่อนข้างไกล โดยส่วนใหญ่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของการสูญเสียสัญญาณและการบดบังสัญญาณการจางหายในขนาดเล็กอธิบายถึงการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในระยะทางสั้นๆ หรือช่วงเวลาสั้นๆ อันเนื่องมาจากสัญญาณสะท้อนหลายเส้นทางและการเคลื่อนที่
การลดทอนสัญญาณในระดับเล็กสามารถจำแนกได้ตามการกระจายของเวลาหน่วงเป็นแบบราบเรียบหรือแบบเลือกความถี่ และตามการกระจายของดอปเปลอร์เป็นแบบช้าหรือแบบเร็ว การจำแนกเหล่านี้เป็นคนละประเภทกัน กล่าวคือ ช่องสัญญาณอาจเป็นแบบราบเรียบและเร็ว แบบราบเรียบและช้า แบบเลือกความถี่และเร็ว หรือแบบเลือกความถี่และช้า
การลดทอนสัญญาณในวงกว้าง: การสูญเสียเส้นทางและการเกิดเงา
แนวโน้มการสูญเสียเส้นทาง
การสูญเสียสัญญาณตามระยะทาง คือค่าเฉลี่ยของกำลังรับสัญญาณที่ลดลงเมื่อระยะทางการแพร่กระจายเพิ่มขึ้น ในพื้นที่โล่งที่ไม่มีสิ่งกีดขวาง การสูญเสียจะสัมพันธ์กับความยาวคลื่นและระยะทาง แต่ในสภาพแวดล้อมจริงจะมีภูมิประเทศ สิ่งรบกวน ผลกระทบจากบรรยากาศ และความสูงของเสาอากาศเข้ามาเกี่ยวข้อง ดังนั้นงบประมาณการเชื่อมต่อในทางปฏิบัติจึงมักใช้แบบจำลองการแพร่กระจายสัญญาณที่เหมาะสมกับสถานการณ์การใช้งาน
เงาจางหายไป
การลดทอนสัญญาณเนื่องจากเงาเกิดขึ้นเมื่อวัตถุขนาดใหญ่กีดขวางเส้นทางการส่งสัญญาณโดยตรงบางส่วนหรือทั้งหมด อาคาร เนินเขา เครื่องจักร และตัวถังรถยนต์สามารถทำให้ระดับการรับสัญญาณเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ ตามการเปลี่ยนแปลงของเครื่องส่ง เครื่องรับ หรือสภาพแวดล้อมโดยรอบ การลดทอนสัญญาณเนื่องจากเงา มักแสดงในเชิงสถิติโดยอ้างอิงจากค่าเฉลี่ยการสูญเสียสัญญาณในพื้นที่นั้นๆ
การลดทอนสัญญาณในระดับเล็ก: เส้นทางการสะท้อนหลายเส้นทางและการเคลื่อนไหว
การลดระดับเสียงแบบราบเรียบเทียบกับการลดระดับเสียงแบบเลือกความถี่
ช่องทางหนึ่งมีขนาดประมาณการเฟดแบบเรียบเมื่อแบนด์วิดท์ความสอดคล้องของช่องสัญญาณกว้างกว่าแบนด์วิดท์สัญญาณที่ใช้งานอยู่ ช่องสัญญาณจะเปลี่ยนแอมพลิจูดและเฟสของสัญญาณโดยไม่เปลี่ยนแปลงสเปกตรัมอย่างมาก
ช่องทางกลายเป็นเลือกความถี่เมื่อแบนด์วิดท์ของสัญญาณมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับแบนด์วิดท์ของความสอดคล้อง ส่วนประกอบสเปกตรัมที่แตกต่างกันจะได้รับอัตราขยายและเฟสที่แตกต่างกัน สาเหตุหลักคือการแพร่กระจายความล่าช้าแบบมัลติพาธที่สามารถแก้ไขได้ ซึ่งสามารถสร้างการรบกวนระหว่างสัญลักษณ์ในลิงก์ดิจิทัลได้
การเฟดแบบช้าเทียบกับการเฟดแบบเร็ว
ค่อยๆจางหายหมายความว่าช่องสัญญาณมีการเปลี่ยนแปลงน้อยมากในช่วงเวลาส่งสัญญาณที่เกี่ยวข้องสีซีดจางเร็วหมายความว่าช่องสัญญาณมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญในช่วงเวลานั้น การเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างตัวส่ง ตัวรับ และตัวกระจายสัญญาณโดยรอบทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแบบดอปเปลอร์และลดระยะเวลาการคงความสอดคล้องของช่องสัญญาณลง
| การจำแนกประเภท | การเปรียบเทียบที่สำคัญ | ผลกระทบทั่วไป |
|---|---|---|
| การเฟดแบบเรียบ | แบนด์วิดท์ของสัญญาณแคบกว่าแบนด์วิดท์ของความสอดคล้อง | ความผันผวนของแอมพลิจูดและเฟสในวงกว้างตลอดทั้งสัญญาณ |
| เลือกความถี่ | แบนด์วิดท์ของสัญญาณมีขนาดใหญ่กว่าแบนด์วิดท์ของความสอดคล้อง | การบิดเบือนสเปกตรัมและการรบกวนระหว่างสัญลักษณ์ที่อาจเกิดขึ้น |
| ค่อยๆจางหาย | ระยะเวลาคงความสอดคล้องนั้นยาวนานเมื่อเทียบกับช่วงเวลาการส่งสัญญาณ | การเปลี่ยนแปลงระดับลิงก์แบบค่อยเป็นค่อยไป |
| สีซีดจางเร็ว | ระยะเวลาการคงความสอดคล้องนั้นสั้นเมื่อเทียบกับช่วงเวลาการส่งสัญญาณ | การเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วและความบกพร่องที่เกี่ยวข้องกับดอปเปลอร์ |
แบบจำลองการลดทอนทางสถิติทั่วไป
- การจางหายแบบเรย์ลี:โดยทั่วไปจะใช้เมื่อไม่มีองค์ประกอบแนวสายตาที่เด่นชัดเพียงองค์ประกอบเดียว และสัญญาณที่ได้รับนั้นเกิดจากองค์ประกอบที่กระจัดกระจายจำนวนมาก
- การจางหายไปของริเชียน:ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักและส่วนประกอบแบบมัลติพาธที่กระจัดกระจาย ค่า K-factor ของ Rician แสดงถึงอัตราส่วนกำลังระหว่างส่วนประกอบหลักและส่วนประกอบแบบกระจาย
- นากากามิค่อยๆจางหายไป:การแจกแจงเชิงประจักษ์ที่มีความยืดหยุ่น ซึ่งสามารถแสดงถึงระดับความรุนแรงของการจางหายที่หลากหลายผ่านพารามิเตอร์รูปร่างของมัน
- แนวโน้ม Weibull ลดลง:อีกหนึ่งการแจกแจงทางสถิติที่ปรับเปลี่ยนได้ ซึ่งใช้สำหรับสภาพแวดล้อมการแพร่กระจายที่วัดได้ที่เลือกไว้
การเลือกแบบจำลองต้องพิจารณาจากสภาพแวดล้อมจริง ความถี่ การเคลื่อนที่ การกำหนดค่าเสาอากาศ และข้อมูลการวัด เวิร์กโฟลว์ MATLAB สมัยใหม่ใช้วัตถุต่างๆ เช่นคอม.เรย์ลีห์แชนเนลและcomm.RicianChannelแทนที่จะเป็นฟังก์ชันที่ล้าสมัยซึ่งอ้างถึงในบทความฉบับก่อนหน้านี้
รูปที่ 3.การแจกแจงซองสัญญาณทางสถิติให้แบบจำลองที่กระชับสำหรับพฤติกรรมการลดทอนสัญญาณที่วัดได้
การลดทอนสัญญาณส่งผลต่อประสิทธิภาพของระบบ RF อย่างไร
การลดทอนสัญญาณสามารถลดกำลังรับสัญญาณ ลดอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน เพิ่มอัตราข้อผิดพลาด และขัดจังหวะการเชื่อมต่อวิทยุได้ การลดทอนสัญญาณแบบเลือกความถี่ยังสามารถบิดเบือนรูปคลื่นแบบบรอดแบนด์ได้ ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงดอปเปลอร์อย่างรวดเร็วอาจทำให้การประมาณค่าช่องสัญญาณทำได้ยากขึ้น
วิธีการบรรเทาผลกระทบที่พบได้ทั่วไป ได้แก่:
- ระยะขอบการเชื่อมต่อที่เพียงพอและการควบคุมอัตราขยายอัตโนมัติ
- ความหลากหลายด้านเวลา ความถี่ พื้นที่ หรือโพลาไรเซชัน;
- การออกแบบรูปคลื่นแบบปรับสมดุลและหลายพาหะ;
- การเข้ารหัสช่องสัญญาณ การสลับลำดับ และการปรับสัญญาณแบบปรับได้
- การประมวลผล MIMO และการควบคุมทิศทางลำแสง;
- การจัดวางเสาอากาศอย่างระมัดระวัง การเลือกรูปแบบการรับส่งสัญญาณ และการควบคุมโพลาไรเซชัน
ไม่มีเทคนิคใดเทคนิคเดียวที่สามารถกำจัดกลไกการลดทอนสัญญาณได้ทุกอย่าง วิธีการที่เหมาะสมนั้นขึ้นอยู่กับสถิติของช่องสัญญาณ แบนด์วิดท์ที่ใช้งาน การเคลื่อนที่ ข้อกำหนดด้านการครอบคลุม และความน่าจะเป็นของการหยุดชะงักที่ยอมรับได้
รูปที่ 4.ข้อมูลที่วัดได้ควรเป็นตัวกำหนดว่าการแจกแจงทางสถิติแบบใดเหมาะสมสำหรับช่องทางเฉพาะนั้น
การเลือกเสาอากาศสำหรับการทดสอบการรับสัญญาณช่องสัญญาณและการลดทอนสัญญาณ
เสาอากาศไม่ได้สร้างช่องทางการแพร่กระจายสัญญาณด้วยตัวมันเอง แต่มีผลอย่างมากต่อเส้นทางและทิศทางการส่งสัญญาณที่ส่งหรือรับ อัตราขยาย ความกว้างของลำแสง รูปแบบการแผ่รังสี ความบริสุทธิ์ของทิศทางการส่งสัญญาณ ความเสถียรของเฟส และรูปทรงการติดตั้ง ล้วนมีอิทธิพลต่อพฤติกรรมของช่องสัญญาณที่วัดได้
สำหรับการวัดค่าช่องสัญญาณหรือการลดทอนสัญญาณซ้ำๆ โปรดบันทึกข้อมูลดังต่อไปนี้:
- ช่วงความถี่ทั้งหมดและแบนด์วิดท์การวัดแบบทันที;
- อัตราขยายของเสาอากาศและความกว้างของลำแสงเมื่อเทียบกับความถี่ต่างๆ
- ข้อกำหนดการโพลาไรซ์แบบเส้นตรง แบบเส้นตรงคู่ หรือแบบวงกลม;
- ความสูงของเสาอากาศ ทิศทาง ระยะห่าง และโครงสร้างโดยรอบ;
- ขั้วต่อ RF, การสูญเสียของสายเคเบิล และระนาบอ้างอิงสำหรับการสอบเทียบ;
- การเคลื่อนที่ของตัวส่ง ตัวรับ และตัวกระจายสัญญาณ;
- การกระจายเวลาหน่วง การกระจายแบบดอปเปลอร์ และช่วงไดนามิกที่ต้องการ
ตัวเลือกเสาอากาศ RF MISO
RF MISO ออกแบบและจัดหาเสาอากาศ RF และไมโครเวฟสำหรับงานในห้องปฏิบัติการ งานภาคสนาม และงานบูรณาการระบบ ขึ้นอยู่กับระยะการครอบคลุมและรูปทรงการวัดที่ต้องการ วิศวกรอาจพิจารณาเลือกใช้เสาอากาศแบบต่างๆเสาอากาศฮอร์นบรอดแบนด์สำหรับการวัดแบบบรอดแบนด์เชิงทิศทางเสาอากาศแบบลอการิทึมเป็นระยะเพื่อการครอบคลุมความถี่ในวงกว้าง หรือเสาอากาศแบบรอบทิศทางสำหรับการศึกษาการครอบคลุมและการแพร่กระจายที่เลือกไว้
ตรวจสอบข้อมูลจำเพาะของรุ่นปัจจุบันสำหรับช่วงความถี่ อัตราขยาย โพลาไรเซชัน VSWR ขั้วต่อ และขนาดทางกล สำหรับการเลือกใช้งานเฉพาะด้าน โปรดแจ้งย่านความถี่ทดสอบ แบนด์วิดท์ รูปแบบที่ต้องการ โพลาไรเซชัน ข้อจำกัดในการติดตั้ง และสภาพแวดล้อมการวัดให้ทีม RF MISO ทราบ
ปรึกษาหารือเกี่ยวกับความต้องการการวัดคลื่นความถี่วิทยุของคุณ
RF MISO สามารถช่วยระบุตัวเลือกเสาอากาศสำหรับการสำรวจช่องสัญญาณ การศึกษาการแพร่กระจายคลื่น การประเมินระบบไร้สาย และการวัดค่า RF ที่เกี่ยวข้อง
เอกสารอ้างอิงและแหล่งข้อมูลเพิ่มเติม
วันที่โพสต์: 14 สิงหาคม 2566
