Penurunan intensitas komunikasi nirkabelFading adalah variasi amplitudo, fase, atau daya sinyal yang diterima yang disebabkan oleh perubahan jalur perambatan. Hal ini dapat mengurangi margin tautan, mendistorsi sinyal pita lebar, dan membuat pengukuran RF sulit direproduksi. Memahami jenis fading yang ada dalam suatu sistem membantu para insinyur memilih antena, metode pengujian, dan teknik mitigasi yang tepat.
Panduan ini menjelaskan tentang pelemahan sinyal skala besar dan skala kecil, kanal datar dan kanal selektif frekuensi, pelemahan sinyal lambat dan cepat, serta model kanal statistik yang paling umum. Panduan ini juga menunjukkan bagaimana pola antena, polarisasi, dan geometri pengujian memengaruhi pengukuran pelemahan sinyal praktis.
Apa Itu Penurunan Kualitas Sinyal Nirkabel (Wireless Channel Fading)?
Sinyal radio jarang mencapai penerima hanya melalui satu jalur ideal. Bangunan, medan, kendaraan, peralatan, dan objek lain dapat menghalangi, memantulkan, mendifraksi, atau menghamburkan gelombang elektromagnetik. Oleh karena itu, beberapa salinan sinyal yang sama dapat tiba dengan penundaan, amplitudo, fase, dan sudut kedatangan yang berbeda. Kombinasinya dapat bersifat konstruktif di satu lokasi atau frekuensi dan destruktif di lokasi atau frekuensi lain.
Peredaman (fading) berbeda dari kehilangan daya jalur ruang bebas deterministik. Kehilangan daya jalur menggambarkan pengurangan daya secara umum seiring bertambahnya jarak dan frekuensi, sedangkan peredaman menggambarkan variasi tambahan di sekitar nilai rata-rata tersebut. Para insinyur biasanya mengklasifikasikan peredaman pada dua sumbu independen: skala spasial dan selektivitas saluran.
Gambar 1.Variasi lambat dan cepat pada tingkat sinyal yang diterima menggambarkan skala waktu atau jarak pelemahan yang berbeda.
Bagaimana Klasifikasi Redaman Nirkabel
Pudarnya skala besarMenggambarkan perubahan bertahap dalam jarak yang relatif panjang, terutama dari variasi redaman jalur dan bayangan.Pudarnya skala kecilMenggambarkan perubahan cepat dalam jarak pendek atau interval waktu singkat karena adanya banyak jalur dan gerakan.
Peredaman skala kecil kemudian dapat diklasifikasikan berdasarkan penyebaran penundaan sebagai datar atau selektif frekuensi, dan berdasarkan penyebaran Doppler sebagai lambat atau cepat. Ini adalah klasifikasi terpisah: suatu saluran dapat datar dan cepat, datar dan lambat, selektif frekuensi dan cepat, atau selektif frekuensi dan lambat.
Pudar Skala Besar: Kehilangan Jalur dan Bayangan
Tren kehilangan jalur
Rugi lintasan adalah pengurangan rata-rata daya yang diterima seiring dengan jarak perambatan. Di ruang bebas tanpa halangan, rugi lintasan berkaitan dengan panjang gelombang dan jarak. Lingkungan nyata menambahkan medan, gangguan, efek atmosfer, dan ketergantungan ketinggian antena, sehingga anggaran tautan praktis biasanya menggunakan model perambatan yang sesuai dengan skenario penyebaran.
Bayangan memudar
Peredaman sinyal terjadi ketika objek besar sebagian atau seluruhnya menghalangi jalur perambatan langsung. Bangunan, bukit, mesin, dan badan kendaraan dapat menghasilkan perubahan tingkat penerimaan yang relatif lambat seiring perubahan pemancar, penerima, atau lingkungan sekitarnya. Peredaman sinyal akibat bayangan sering kali direpresentasikan secara statistik di sekitar rata-rata kehilangan jalur lokal.
Peredupan Skala Kecil: Multipath dan Gerakan
Peredupan datar vs. peredupan selektif frekuensi
Sebuah saluran kira-kirapudar rataketika lebar pita koherensinya lebih lebar daripada lebar pita sinyal yang ditempati. Saluran tersebut kemudian mengubah amplitudo dan fase sinyal tanpa mengubah spektrumnya secara signifikan.
Sebuah saluran menjadiselektif frekuensiKetika lebar pita sinyal besar dibandingkan dengan lebar pita koherensi, komponen spektral yang berbeda mengalami penguatan dan fase yang berbeda. Penyebab mendasarnya adalah penyebaran penundaan multipath yang dapat diatasi, yang dapat menciptakan interferensi antar simbol dalam tautan digital.
Pudarnya warna secara perlahan vs. pudarnya warna secara cepat
Memudar perlahanartinya saluran tersebut hanya sedikit berubah selama interval pensinyalan yang relevan.Pudar dengan cepatArtinya, kanal berubah secara signifikan selama interval tersebut. Gerakan relatif antara pemancar, penerima, dan penghambur di sekitarnya menghasilkan pergeseran Doppler dan memperpendek waktu koherensi kanal.
| Klasifikasi | Perbandingan utama | Efek tipikal |
|---|---|---|
| Pudar rata | Lebar pita sinyal lebih kecil daripada lebar pita koherensi. | Variasi amplitudo dan fase yang luas di seluruh sinyal. |
| Selektif frekuensi | Lebar pita sinyal lebih besar daripada lebar pita koherensi. | Distorsi spektral dan kemungkinan interferensi antar simbol |
| Memudar perlahan | Waktu koherensi relatif lama dibandingkan dengan interval pensinyalan. | Variasi bertahap pada tingkat tautan |
| Pudar dengan cepat | Waktu koherensi relatif singkat dibandingkan dengan interval pensinyalan. | Variasi cepat dan gangguan terkait Doppler |
Model-Model Peredaman Statistik Umum
- Peredaman Rayleigh:Umumnya digunakan ketika tidak ada komponen garis pandang dominan tunggal dan sinyal yang diterima terbentuk dari banyak komponen yang tersebar.
- Rician memudar:mencakup komponen dominan bersama dengan komponen multipath yang tersebar. Faktor K Rician menyatakan rasio daya antara komponen dominan dan komponen difus.
- Nakagami memudar:distribusi empiris fleksibel yang dapat mewakili berbagai tingkat keparahan pelemahan sinyal melalui parameter bentuknya.
- Peredaman Weibull:distribusi statistik adaptif lainnya yang digunakan untuk lingkungan propagasi terukur tertentu.
Pemilihan model harus didasarkan pada lingkungan aktual, frekuensi, mobilitas, konfigurasi antena, dan data pengukuran. Alur kerja MATLAB modern menggunakan objek seperti...comm.RayleighChannelDancomm.RicianChannelalih-alih fungsi usang yang dirujuk dalam versi sebelumnya dari artikel ini.
Gambar 3.Distribusi amplop statistik memberikan model ringkas untuk perilaku pelemahan sinyal yang terukur.
Bagaimana Fading Mempengaruhi Kinerja Sistem RF
Peredaman sinyal dapat mengurangi daya terima, menurunkan rasio sinyal terhadap derau, meningkatkan tingkat kesalahan, dan mengganggu tautan radio. Peredaman sinyal selektif frekuensi juga dapat mendistorsi bentuk gelombang pita lebar, sementara variasi Doppler yang cepat dapat mempersulit estimasi kanal.
Metode mitigasi umum meliputi:
- margin tautan yang memadai dan kontrol penguatan otomatis;
- waktu, frekuensi, spasial ataukeragaman polarisasi;
- penyetaraan dan desain bentuk gelombang multicarrier;
- pengkodean kanal, interleaving, dan modulasi adaptif;
- Pemrosesan MIMO dan pengarahan berkas;
- Penempatan antena yang cermat, pemilihan pola, dan kontrol polarisasi.
Tidak ada satu teknik pun yang dapat menghilangkan setiap mekanisme pelemahan sinyal. Pendekatan yang tepat bergantung pada statistik saluran, lebar pita yang ditempati, mobilitas, persyaratan cakupan, dan probabilitas gangguan yang dapat diterima.
Gambar 4.Data terukur harus menentukan apakah distribusi statistik sesuai untuk saluran tertentu.
Pemilihan Antena untuk Pengujian Penentuan Saluran dan Fading
Antena tidak menciptakan saluran perambatan dengan sendirinya, tetapi sangat memengaruhi jalur dan polarisasi mana yang ditransmisikan atau diterima. Gain, lebar pancaran, pola radiasi, kemurnian polarisasi, stabilitas fasa, dan geometri pemasangan semuanya dapat memengaruhi perilaku saluran yang terukur.
Untuk pengukuran saluran atau pelemahan yang dapat diulang, dokumentasikan:
- rentang frekuensi lengkap dan bandwidth pengukuran sesaat;
- Penguatan antena dan lebar pancaran terhadap frekuensi;
- persyaratan polarisasi linier, linier ganda, atau melingkar;
- tinggi antena, orientasi, jarak, dan struktur di sekitarnya;
- Konektor RF, kehilangan kabel, dan bidang referensi kalibrasi;
- Gerakan pemancar, penerima, dan penghambur;
- Penyebaran penundaan, penyebaran Doppler, dan rentang dinamis yang dibutuhkan.
Opsi antena RF MISO
RF MISO mendesain dan memasok antena RF dan gelombang mikro untuk pekerjaan laboratorium, lapangan, dan integrasi sistem. Tergantung pada cakupan dan geometri pengukuran yang dibutuhkan, para insinyur dapat mempertimbangkanantena tanduk pita lebaruntuk pengukuran pita lebar terarah,antena log-periodikuntuk cakupan frekuensi yang luas, atauantena omnidirectionaluntuk studi cakupan dan penyebaran terpilih.
Periksa lembar data model terkini untuk rentang frekuensi, penguatan, polarisasi, VSWR, konektor, dan dimensi mekanis. Untuk pemilihan yang spesifik untuk aplikasi, bagikan pita uji, lebar pita, pola yang dibutuhkan, polarisasi, batasan pemasangan, dan lingkungan pengukuran dengan tim RF MISO.
Pertanyaan yang Sering Diajukan Tentang Peredupan Nirkabel
Apa yang dimaksud dengan fading dalam komunikasi nirkabel?
Dalam komunikasi nirkabel, pelemahan sinyal (fading) adalah variasi amplitudo, fase, atau daya sinyal yang diterima yang disebabkan oleh perambatan multipath, bayangan, pergerakan, atau perubahan lingkungan radio.
Apa saja jenis-jenis pudar yang utama?
Peredaman sinyal umumnya diklasifikasikan sebagai skala besar atau skala kecil. Peredaman sinyal skala kecil juga dapat bersifat datar atau selektif frekuensi, dan lambat atau cepat, tergantung pada penyebaran penundaan dan penyebaran Doppler.
Apa penyebab terjadinya pelemahan sinyal pada saluran nirkabel?
Penyebab umum meliputi halangan, pantulan, difraksi, hamburan, penundaan multipath, dan pergeseran Doppler yang disebabkan oleh pergerakan pemancar, penerima, atau objek di sekitarnya.
Bagaimana pemilihan antena memengaruhi pengukuran redaman?
Penguatan antena, lebar pancaran, polarisasi, pemasangan, dan geometri pengujian memengaruhi jalur perambatan mana yang ditransmisikan atau diterima, sehingga faktor-faktor ini harus dikontrol dan didokumentasikan.
Diskusikan Kebutuhan Pengukuran RF Anda
RF MISO dapat membantu mengidentifikasi opsi antena untuk penapisan kanal, studi propagasi, evaluasi sistem nirkabel, dan pengukuran RF terkait.
Referensi dan Bacaan Lebih Lanjut
Waktu posting: 14 Agustus 2023
