Gerçek Dünya Çevrelerinde Analog Signal Propagation'a Giriş
Analog sinyalleri sayısız iletişim sistemlerinin arka kemiği olarak kalır, AM/FM radyo yayınlarından analog televizyon, radar ve araçlama. Daha fazla bozulmadan farklı olarak, analog sinyallerin ortaya çıkmasının temelleri, farklı iklimler, araziler ve elektromanyetik alanların üzerinde güvenilir bir şekilde çalışması gereken sistemler için, temelsel olarak kullanılan çevresel etkilerden farklı olarak, temelsel olarak kullanılan temelsel olarak kullanılan temelsel faktörlerdir.
Signal Degradasyonlarının Temel Mekanizmaları
Bireysel çevresel faktörlerini keşfetmeden önce, analog sinyal yayılımını düzenleyen temel fizikleri gözden geçirmek yararlıdır. Analog sinyaller, amplitüdlerde bilgi taşıyan sürekli dalgaformları, frekansı veya fazları ile etkileşim kurarlar. Seyahat ettikleri gibi, birkaç şekilde propagasyon ortamı ile etkileşime girerler:
- [FONT:0)Attenuation:[Dönemlilik:[Dönlendirme:0)[Dönlendirme:[Dönlendirme:0)))Ingönüllü: 0,0)Ingerekleme:[Dönlenme:[Dönlenme)) Uzaylı yol kaybı, ters-square yasası ile hızlanır.
- [FONT:0)Dispersion:[Dönetici:[Dönetici: 0) Zaman içinde sinyal pul pul pul pul pul pul pulbinin yayılması, farklı hızlarda seyahat eden farklı frekans bileşenleri (grup hız dağılımı) nedeniyle özellikle optik fiberler ve uzun mesafeli bağlantılarda sorunludur.
- [FONT:0]Distortion:[Döneticileri orta veya bileşenlerdeki doğrusal olmayanlar nedeniyle dalga formdaki değişiklikler. Harmonic deme ve intermodülasyon bozulması ortak suçludur.
- [FONT:0) Hayır: [Dönetici: [Dönemli olmayan rastgele enerji, termal agitation (Johnson-Nyquist gürültü), atmosferik gürültü, insan yapımı elektromanyetik kaynaklar ve intrinsic cihazlar kusurlar (flicker gürültü, atış gürültü).
Bu mekanizmaların her biri çevresel koşullar tarafından tartışılıyor, kanal davranışını zaman içinde yaratıyor ve konum bağımlı hale getirmeli. Mühendisler en kötü davaların beklenen ortamı ve tasarım marjlarını buna göre şekillendirmelidir.
Atmospheric conditions and Their Quantifiable Effects
Precipitation: Rain, Snow, and Fog
Radyo frekansı (RF) yaklaşık 10 GHz (mikro dalga ve milimetre dalga grupları) üzerinde çalışan sistemler önemli ölçüde değerlemeye neden oluyor. Raindrops saç ve elektromanyetik enerji absorbe ediyor. Yağmurun yüksek çözünürlükte 10 dB/km ile karakterize edilebilirliği nedeniyle, bu da 50 dB'yi tamamen yok edebilir (v) bir sistemden fazla gecikmeli bir şekilde kaybolabilir.
Mühendisler güç marjını kullanarak çökerek, uyarlanabilir modülasyon, frekans çeşitliliği ve site çeşitliliği (bölgedeki alıcılar coğrafi olarak ayrılmış). Uydu iletişiminde, yüksek bağlantı kontrolü genellikle yağmur için telafi etmek için kullanılır.
Sıcaklık ve Nem Variations
Sıcaklık değişiklikleri iletkenlerin ve dielektriklerin elektrik özelliklerini değiştirir. Eş eksenel kablolarda, bakırın direnci sıcaklıkla artar (yaklaşık 0.00393 °C), ohmik kayıplara yol açan, kablolarda ve konektörlerdeki Dielektrik materyalleri, sinyal faz geçişleri ile değiştirir.
Nem, elektromanyetik dalga yayılımının hızını değiştiren havanın dielektrik sabitini etkiler. Mikrodalga frekanslarında, göreceli nemdeki %1 değişiklik, milyonlarca parçaya kadar gecikmeyi geciktirebilir (kırdaklar), bu, nanosaniyeler için zaman hatası, radar için kritik bir hale getirebilir.
Faz-stable kablolar (örneğin,flo-i izolasyon, hava-dielektrik heliax) geniş sıcaklık hızları ile ilgili dış yüklemelerde kullanılır. Yüksek hassas analog ölçüm sistemleri için, sıcaklık kontrollü muhafazalar ve tazminat algoritmaları standarttır.
Ionospheric ve Tropospheric Etkileri
Gökyüzü dalgası yayılımı (HF radyo, 3-30 MHz), ionosphere'in elektron yoğunluğu güneş aktivitesi, gün zamanı ve mevsimle değişir. Bu, VHF / UHF bandında, beklenmedik müdahale veya D-katçıkış sinyallerin resepsiyonunu binlerce kilometreden fazla sürebilir - bazen sorunlu, bazen sorunlu. Troposferik kanallamanın bir potansiyele neden olabilir.
Fiziksel Obstructions: Yanan, Diffraction ve Shadowing
Kentsel ve Kapalı Çevreler
Binalar, duvarlar, ağaçlar ve arazi özellikleri çok fazla empati yaratıyor: sinyalleri alıcıya farklı gecikmeler ve amplitüdler ile birçok yol üzerinden geliyor. analog televizyonda, bu hayaletlere (çok gecikmiş kopyalara) sebep oluyor. analog ses FM, multipath bozulması ve gürültü patlamaları üretebilir.
Gölgeleme derecesi (kesinlikle ilgili olarak) malzemeye bağlıdır. Oyuncuların sinyalini bloke etmesi için beton duvarları gerekir. Metal yapılar neredeyse toplam blokaja neden olabilir. Analog kablosuz mikrofonlar için tiyatrolarda kullanılan analog kablosuz mikrofonlar için (iki bağımsız alma yolları) standarttır.
Diffraction ve Fresnel Bölgesi Clearance
Bir sinyal bir engel kenarına yakın olduğunda, bu bölgeye ağaçlar veya binalar eğimli olarak değişir (tipik olarak 6-20 dB) oluşur. Analog mikrodalga bağlantıları en az% 60 Fresnel bölgesi izin verilen kule yükseklikleri ile tasarlanmıştır. Ortak bir alan hatası mevsimsel foliage görmezden gelir: tam olarak yapraklı ağaçlar veya binalarla dolu ağaçlar, kışın 10-15 dB ek derece kırılabilir.
Elektromanyetik Interference (EMI) ve Uyumluluk
Man-Made Gürültü Kaynağı
Elektromanyetik spektrumu, niyetle kalabalık ve sınırsız olmayan yayarlar. Analog sistemler özellikle savunmasızdır çünkü dijital sistemlerin hata düzeltme ve yeniden yükleme yeteneklerini yoksundur. Common EMI kaynakları şunları içerir:
- [FONT:0)Power hatları ve motorlar:[Döneticiler, güç malzemeleri ve değişken frekans sürücüleri DC'den yüzlerce kompresyona kadar geniş bant gürültü oluşturabilir. Bu, düşük seviyeli sinyalleri termo çift çıkışları gibi bozabilir.
- [FONT:0)Işık:[Dönetici:[Dönetici:0) Yeraltı döngüsünde büyük geçici akımlar ve antenler. Yakınlardaki yıldırım grevleri analog giriş aşamalarına kalıcı zarar verebilir.
- [FONT:0] Radio vericiler: [Dönetici: [Dönetici: 0] AM radyo kuleleri, yakındaki ses ekipmanının giriş devrelerini aşırı yükleyebilir, istenmeyen tonlar olarak görünen intermodülasyon ürünleri üretebilir.
- [FONT:0) Dijital elektronik: [Dönemli saatler ve otobüsler analog gruplara giren harmonikleri yayarlar. 16 MHz dijital saat 32, 48, 64 MHz ve benzeri, doğru bir şekilde kalkanlarsa FM yayınla (88-108 MHz) arasında yayılabilir.
Ground Loops ve Common-Mode Gürültü
Ölçüm ve ses sistemleri, zemin döngüleri pervaplı bir analog bütünlük problemidir. Farklı potansiyellerde yer alan farklı ekipmanlarla bağlantılıdır ( voltlara birkaç milivoltın gerilim farklılıkları). Bu potansiyel farklar sinyal zemininde mevcut, sinyale eklenmiş gerilim damlaları oluşturmak (50 / 1941 Hz ve harmonikler) çözümü birleştirir:
- Star zemining topology (single point of reference)
- Adaptasyon dönüştürücü transformatörler
- Common-mode chokes
- Dengeli hat iletimi (örneğin, XLR ses kabloları) 80 dB veya daha fazla reddetme oranı ile
Sistem Performansı Ortam tarafından Etkilenen
Çevre faktörleri analog sistemlerin birkaç kritik performans parametrelerini ortadan kaldırır:
Signal-to-Noise Oran (SNR)
SNR, analog ses için, 20 dB'nin altındaki bir SNR'nin zar zor anlanabilir hale gelmesi gerekir; analog video için, 45 dB, SNR'yi kabul edilebilir kalitede için gereklidir.
Bit Error Rate (BER) Analog-to- Digital Transformation
Saf analog sistemler genellikle sayısallaştırma ile sona ermektedir. Eğer analog ön uç SNR fakir ise, sayısal sinyal yüksek çözünürlükte (örneğin, 16-bit seviyenin altında performansları azaltabilir).
Faz Gürültü ve Jitter
Analog modülatörler ve demodülatörler düşük faz gürültüleri ile yerel osilatörlere güveniyor. Çevre titreşim ve sıcaklık değişiklikleri mekanik olarak stres kristal osilatörler, frekans sürüklenme ve artan faz gürültülerine neden olabilir. FM sistemlerinde, güçlü interfering sinyalleri karşılıklı karıştırabilir, bitişik kanallarda gürültü zeminini yükseltebilir.
Vaka Çalışmaları: Gerçek Dünya Örnekleri
Analog Radar Tropikal İklimlerde
Güneydoğu Asya monsoon bölgesinde çalışan bir havaalanı gözetim radarı sık sık yanlış alarmlar yaşadı ve ağır yağmur sırasında hedef düştü. Araştırma, radarın frekansında yağmurun (5.6 GHz) 0.1 dB/km'yi sadece net bir şekilde azalttığını açıkladı. 50 mm/h yağmur, maksimum algılama aralığı 120 km'den 40 km'e kadar düştü.
Stadyumlarda Analog Audio Transmission
Konser mekanı performansları sırasında sürekli kablosuz mikrofon damlaları vardı. Spectrum analizi, yüksek hacimli veri bağlantılarından güçlü bir şekilde (yüzey akustik dalga filtreleri için kullanılan) gösterdi ve VHF frekanslarında 174-216 MHz) daha iyi uzaysal çeşitlilik üretmek için kullanılan analog kablosuz mikrofonlar% 0.1 ile% 0.1 arasında düştü.
Kapsamlı Mitigation Strategies
Shielding ve En İyi Uygulamaları
Temel muhafaza kalkanının ötesinde, tasarımcılar kullanır:
- Multikat PCB sürekli zemin uçaklarla tasarım
- Ferrite beads ve tüm I / O hatlarında ortak mod filtreleri
- Uzun analog kablo için optik izolasyon çalışır
- Kabin kapıları için elektromanyetik gazketler
Frekans Planlaması ve Licensing
Doğru işletim frekansının seçilmesi birçok çevresel problemi önleyemez. Aşağı frekansları (daha düşük 1 GHz) foliage ve yağmurdan daha az ineneğe sahiptir, ancak daha fazla yayılabilir gürültüyü sunar. Yüksek frekanslar daha fazla bantlama ve daha az kesintiye neden olur.
Signal Processing Techniquess
Analog sinyallendirme performansı olumsuz koşullar altında artırabilir:
- Pre-emphasis ve de-emphasis ( FM yayınında kullanılır) yüksek frekansları iletmeden önce, yüksek frekanslı gürültü etkisini azaltın.
- Gürültülü kanallarda dinamik aralığı korumak için (kompresyon/expansion) kurmak.
- Belirli dar bant müdahalelerini kaldırmak için uyarlanabilir filtreler.
- Yavaş fading için telafi etmek için otomatik kazanç kontrolü (AGC).
Reddanış ve Çeşitlilik
Eleştirel analog bağlantılar genellikle birden fazla yol ile inşa edilir:
- Spasal çeşitlilik (multiple antenler birkaç dalga ile ayrılır)
- Frekans çeşitliliği (iki veya daha fazla frekansta aynı bilgiyi)
- Polarizasyon çeşitliliği (horizontal ve dikey polarizasyon)
- Zaman çeşitliliği (Görüntüden sonra bilgi edinmek, patlama müdahalesi için faydalı)
Gelişen Zorluklar: Dijital Altyapı ile Etkileşimler
Şehirler 5G küçük hücrelerle giderek daha fazla doygun hale geldikçe, Wi-Fi noktaları ve IoT cihazları, elektromanyetik çevre yoğun bir şekilde ön uçları sağlar. Analog sistemler daha geniş çaplı enerjilere sahip olan nabızlı iletimlerle birlikte gelir. Endüstri ayarlarında analog sensörler için, kablo koruyucular yıllarca süren tesisler için genellikle on yıllar boyunca uzlaşmalıdır.
Sonuç: Tahmin edilemez için tasarım
Çevre faktörleri sadece arka plan sinir bozucu değildir; ilk sipariş sistemi parametreleri, dağıtım yoluyla konseptten hesaplanmalıdır. Analog sistem basit bir sıcaklık ölçüm veya karmaşık bir radar, performans, atmosferik bir değerleme, çokpath, EMI ve termal gürültünün fiziği ile sınırlıdır.
Daha teknik okuma için, danışmanlık:0)ITU-R P.838 yağmurun dayanıklılık modelleri), [[Üyesel işaretler [Dönetici TV'de çok fazla benzerlik sağlar).